秦晉凱

（山西煤銷(xiāo)集團(tuán)晉城有限公司調(diào)度指揮中心，山西　晉城　048000）

引言

隨著技術(shù)要求低的中厚及厚煤層的煤炭?jī)?chǔ)量開(kāi)采完畢，提高薄煤層綜采自動(dòng)化采煤技術(shù)非常重要。薄煤層和極薄煤層在我國(guó)已勘探出來(lái)的煤礦區(qū)占8成以上，能夠滿足全國(guó)15%左右的煤炭需求，薄煤層的有效勘采技術(shù)是煤炭產(chǎn)業(yè)和國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)發(fā)展的重要內(nèi)容。

1　自動(dòng)化開(kāi)采技術(shù)現(xiàn)狀及存在的問(wèn)題

據(jù)1995年數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)重點(diǎn)采礦的機(jī)械化程度達(dá)到71.58%，而其中中薄煤層的采煤機(jī)械化程度要低很多，我國(guó)產(chǎn)業(yè)中大部分煤炭均來(lái)自成熟的深層采煤技術(shù)，薄煤層的煤炭產(chǎn)量?jī)H占全部煤炭產(chǎn)量的10%左右。而隨著中厚煤層開(kāi)采量的不斷加大，使得中厚煤層的煤儲(chǔ)量急劇減少。我國(guó)在薄煤層的開(kāi)采技術(shù)上相對(duì)落后，主要采用放炮后落煤液壓支柱支撐或使用水力進(jìn)行采煤[1]。

由于礦井的條件有限，尤其是薄煤層采煤的情況特殊，頂層較薄，巷道難以保持穩(wěn)定安全。攝像系統(tǒng)成像的清晰度不高，還需要再進(jìn)一步提高攝像系統(tǒng)清晰度；切割煤炭時(shí)震動(dòng)較大，采煤機(jī)上的元件容易受到損傷；需要進(jìn)一步提高各類(lèi)傳感器的可靠性和通信能力，提高系統(tǒng)的自動(dòng)化水平和遠(yuǎn)程操作能力；提高系統(tǒng)穩(wěn)定，減小維修次數(shù)；在巷道窄、頂層薄等狀況下的自動(dòng)化切割煤技術(shù)的發(fā)展。

2　薄煤層開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)

2.1　支撐技術(shù)

我國(guó)傳統(tǒng)的采煤技術(shù)一般選用四連桿的液壓支架，支撐雖然穩(wěn)定，但是支架十分笨重，且不適應(yīng)薄煤層頂板較薄的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題。在薄煤層的采煤支架中將對(duì)傳統(tǒng)的四連桿進(jìn)行改造使其具有支撐油缸以及油缸兩端分別鉸接于頂梁和底座。通過(guò)控制油缸位置來(lái)控制整個(gè)頂梁的狀態(tài)，與此同時(shí)，增加有效支撐的載荷，提高機(jī)構(gòu)的穩(wěn)定性和可靠性。支架的自動(dòng)控制需要使用紅外線的發(fā)射與接收裝置，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)位置和支架自動(dòng)控制的要求，同時(shí)為了克服采煤機(jī)線纜傳輸信息的惡劣環(huán)境，需要在改進(jìn)的支架中增加一定數(shù)量的采煤機(jī)輔助攝像頭，使其具有較高的可視化操作能力，提高自動(dòng)化水平[2]。

2.2　電控自動(dòng)化技術(shù)

薄煤層開(kāi)采空間狹窄，頂層較薄，采煤設(shè)備中的電源箱耦合器及其他的一些必要的設(shè)備和裝置智能重疊進(jìn)行安裝。在滿足開(kāi)采設(shè)備穩(wěn)定性和可靠性的前提下，在開(kāi)采過(guò)程中采用分散式的監(jiān)控模式，保證操作人員的人身安全，實(shí)現(xiàn)人性化的設(shè)備操作和工作面綜采的自動(dòng)化。

2.3　綜采技術(shù)

在薄煤層的采煤過(guò)程中，因?yàn)檗D(zhuǎn)機(jī)滾筒的橫截面和縱深均較大，所以在采高固定條件下，采用支護(hù)的方式進(jìn)行防護(hù)支架的搭建，在整個(gè)采煤過(guò)程中，可以隨著采煤機(jī)跟機(jī)自動(dòng)退役刮送板并移架。

由于薄煤層的采煤條件特殊，采煤空間有限，所以在進(jìn)行采煤作業(yè)時(shí)，在待機(jī)維修時(shí)，需要用電液進(jìn)行集中控制，完成輸送機(jī)的成組外推工作。在完成維修之后，將刮板輸送機(jī)組轉(zhuǎn)移到空的采集區(qū)，為接下來(lái)的采煤工作進(jìn)行安排，同時(shí)需要注意的是在采煤期間要使用千斤頂來(lái)保障作業(yè)人員的人身安全。

2.4　采煤機(jī)自動(dòng)化技術(shù)

采煤機(jī)要能夠直接進(jìn)入巷道之中，采用較小的機(jī)身設(shè)計(jì)，不能讓采煤機(jī)以斜切進(jìn)刀進(jìn)行作業(yè)。以上提到的改進(jìn)型支架能夠完成巷道的支撐，使得其能夠使采煤機(jī)順利前移。在傳統(tǒng)的采煤設(shè)備的自動(dòng)化程度不高、一般沒(méi)有通信接口，不能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通信和控制。在現(xiàn)代化的采煤設(shè)備中，需要采煤機(jī)自控系統(tǒng)的雙向通信，完成對(duì)采煤數(shù)據(jù)的采集、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速的精確估計(jì)和牽引速度的完成。

為了提高的采煤機(jī)的自動(dòng)化水平，進(jìn)一步提高其工作效率，需要將采煤機(jī)的載波信號(hào)及刮板輸送機(jī)信號(hào)與監(jiān)管中心進(jìn)行連接，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面設(shè)備的集中自動(dòng)化控制，同時(shí)進(jìn)一步簡(jiǎn)化操作系統(tǒng)、降低其運(yùn)行成本[3]。

3　自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用

3.1　經(jīng)濟(jì)效益和安全效果

薄煤層的自動(dòng)化采煤技術(shù)在簡(jiǎn)化了操作的同時(shí)降低了作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，最大程度地降低了頂板事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)了安全生產(chǎn)。在自動(dòng)化液壓升降架、移架和輸送機(jī)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)遠(yuǎn)程的操作，從根本上提高薄煤層的安全生產(chǎn)工作。

初期投資與產(chǎn)能效益中，采用螺旋采煤機(jī)和改進(jìn)版支架之后，初期投資將式傳統(tǒng)采煤設(shè)施投資的1.7～2.1倍左右，但產(chǎn)量和工效將大幅度提高，在一個(gè)中型煤礦企業(yè)中，將在大概2年內(nèi)趕上傳統(tǒng)方式的盈利，并具有更好的科技延展性和投入回報(bào)轉(zhuǎn)化率[4]。

3.2　應(yīng)用效果

改進(jìn)的支架結(jié)構(gòu)、供液系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)快速移架，提高循環(huán)進(jìn)度。在采用工作面的遠(yuǎn)程精確監(jiān)控系統(tǒng)之后，工作面的切割煤、移架等工序能夠在監(jiān)控中心進(jìn)行遠(yuǎn)程的操作，還能減少工作面的工作人員人數(shù)、降低人員的傷亡事故率，將會(huì)取得良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。在地質(zhì)條件復(fù)雜、地質(zhì)構(gòu)造多、工作面有過(guò)斷層和在薄煤層等情況下的各種故障問(wèn)題且有些功能沒(méi)有充分發(fā)揮作用，因此不斷研發(fā)薄煤層的綜采自動(dòng)化技術(shù)擁有廣泛前景。

3.3　推廣價(jià)值

薄煤層的綜采自動(dòng)化技術(shù)，應(yīng)注重實(shí)際，分布實(shí)效，分布實(shí)施，逐步推廣。不僅要強(qiáng)調(diào)理論上的完整和完善而且要將自動(dòng)化技術(shù)科學(xué)運(yùn)用于實(shí)際中，在實(shí)際應(yīng)用后效果比較好的話，可以發(fā)揮推廣的價(jià)值。通過(guò)對(duì)薄煤層開(kāi)采工藝的研究，提高儲(chǔ)量利用率，提高經(jīng)濟(jì)效益。通過(guò)改進(jìn)能夠滿足采高0.9m的要求，并應(yīng)用斜板直行側(cè)推原理，降低刮板輸送機(jī)的整體高度，極大地提高裝煤效果，然后通過(guò)對(duì)薄煤層采煤的大量研究與分析，簡(jiǎn)化操作程序，減少生產(chǎn)用工和生產(chǎn)材料，并降低了生產(chǎn)成本，全面提高了工作人員的安全系數(shù)。最后通過(guò)遠(yuǎn)程操控支架電液和采煤機(jī)，使得切割煤巖的速度達(dá)到5m/min以上，推進(jìn)度大大加快，及時(shí)開(kāi)采解放層，保證煤炭采集的進(jìn)度要求。薄煤層和極薄煤層開(kāi)采機(jī)械化和自動(dòng)化均需達(dá)到國(guó)內(nèi)領(lǐng)先技術(shù)水平，并且該項(xiàng)技術(shù)為薄煤層的開(kāi)采在裝備配套和開(kāi)采工藝上提供了有效的技術(shù)途徑[5]。4結(jié)語(yǔ)

近年來(lái)，各煤礦企業(yè)緊緊依靠科技創(chuàng)新，提高薄煤層綜采的自動(dòng)化采煤技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤炭產(chǎn)業(yè)高效、快速、全面發(fā)展。而傳統(tǒng)的薄煤層采煤模式作業(yè)空間小，技術(shù)裝備落后，工人作業(yè)安全系數(shù)低，采煤效益低，經(jīng)濟(jì)效益差等，這種停滯性的薄煤層采煤狀態(tài)促使我們進(jìn)一步研究有利于薄煤層的自動(dòng)化采煤技術(shù)和方法，并且進(jìn)行實(shí)踐探索，從而促進(jìn)煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

[1]于月森，左騰，周娟，等.薄煤層綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)綜述[J].工礦自動(dòng)化，2013，39（5）：27-30.

[2]李文昌，邸志平，馮利寧.薄煤層綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)與裝備應(yīng)用及改進(jìn)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，42（9）：40-43.

[3]太生.薄煤層綜采自動(dòng)化采煤工藝技術(shù)研究與應(yīng)用思考[J].中國(guó)化工貿(mào)易，2014（28）：31.

[4]張步勤.薄煤層綜采自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究[D].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)，2015.

[5]商和福，陳飛，申世平.薄煤層綜采自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用研究[J].工程技術(shù)，2016（5）：205.