神東薄煤層綜采工作面自動化開采技術研究

王繼文

摘 要：我國煤炭工業經過了幾十年的發展，中厚煤層開采技術、巷道系統布置已日臻成熟，厚煤層、特厚煤層的開采技術也在迅速發展之中，但薄煤層的開采水平仍不盡人意。同時我國薄煤層資源不僅分布廣泛，且煤質較好，一些省區薄煤層儲量比重很大，如：四川省占60%，山東省54%，黑龍江省占51%，貴州省占37%，其它產煤省份如山西、內蒙、河北、吉林等也有豐富的薄和較薄煤層資源。因此，在煤炭資源日益緊缺、開采成本日益增高的今天，研究薄煤層開采的安全高效開采技術，對于煤炭資源保護和利用、延長礦井開采壽命、實現煤炭工業的可持續發展具有重要意義。

關鍵詞：神東；薄煤層；自動化；綜采

一、薄煤層開采的特點

薄煤層由于其開采厚度較小，與中厚及厚煤層相比，主要存在以下特點：

（一）煤層薄、采高低、煤質硬、勞動效益低

煤層厚度多在1.3 m以下，并且華南地區龍潭組、東北侏羅紀煤層多不足1.0 m，煤層硬度系數f多大于3～4，使得人員進入或在工作面內作業以及設備移動都十分困難，采煤機經常需要挑頂或割底，機電事故增多，工作面內的工作條件差，勞動強度大。煤質相對較硬，炸藥、截齒、刨刀的噸煤消耗量較大，回采成本較高。

（二）采掘比例大、掘進率高，采掘接替緊張

隨著刨煤機、螺旋鉆機等設備的投入，工作面推進加快，而回采巷道多為半煤巖巷，綜掘設備難以投入，放炮也不能一次全斷面爆破，煤矸分裝，掘進速度很慢，造成工作面接替緊張。

（三）煤層的厚度、傾角變化，褶曲、斷層等構造對采煤方法影響很大

由于薄煤地質條件及賦存狀況較復雜，一有褶曲或斷層就很難布置巷道，掘進送面時提前圈切眼，致使工作面縮短，回采率降低，巷道掘進率高；或者回采時搬家重新送切眼，使得回采效率降低，很難有效益。

二、薄煤層工作面自動化開采技術現狀

目前，國內外薄及中厚煤層長壁開采技術應用比較成熟的主要有：一是采用刨煤機、刮板輸送機和液壓支架的刨煤機綜采機組；二是采用滾筒采煤機、刮板輸送機和液壓支架配套的綜采機組。刨煤機綜采工藝簡單、安全、塊煤率高，適于開采厚度較薄、硬度較低且地質條件變化不大的煤層；滾筒式采煤機綜采對煤層硬度、厚度及地質條件適應能力強。

（一）刨煤機工作面自動化開采技術

刨煤機采煤是利用帶刨刀的煤刨沿工作面往復落煤和裝煤，煤刨靠工作面輸送機導向。刨煤機結構簡單、工作可靠，便于維修；截深小，僅刨落煤壁壓酥區表層，故刨落單位煤量能耗少；刨落煤的塊度大，煤粉及煤塵量少。

20世紀90年代初，德國DBT公司開始研制電液控制系統。1998年，鐵煤集團開始立項《薄煤層高產高效自動化開采配套技術研究與應用》這一科研課題，通過與德國DBT公司合作，于2000年9月引進了全國第一套全自動化刨煤機生產技術裝備。引進了德國DBT公司生產制造的刨煤機、輸送機及計算機遠程控制等先進技術，其余配套設備由國內各生產廠家協助制造。設備具有體積小，通風阻力小，自動化程度高，工作面可以實現無人作業等優點，有利于工作面的安全生產。該工作面的主要設備集中體現了機、電、智能一體化的特點，科技含量高、技術密集且關聯性強、工藝先進、自動化程度高，是國產設備與引進設備的成功組合配套。在中國實現了無人工作面開采和薄煤層高產高效兩項歷史性的突破。

（二）滾筒采煤機工作面自動化開采技術

滾筒采煤機自動化工作面的實現主要依靠工作面“三機”的自動化控制及井下環境安全信息實時監洲。工作面的“三機”主要包括：采煤機、液壓支架和刮板輸送機，實現三機自動控制是實現自動化工作面的基礎。采煤機是自動化工作面設備的核心部件，采煤機的自動控制系統包括自主定位與自動導航系統及自動調高系統。液壓支架電液控制系統是目前最先進的支架控制方式，集機械、液壓、電子、計算機和通信網絡等技術于一身，可實現拉架、推溜、伸護幫板、收護幫板以及架間噴霧等隨機聯動自動化，以及自動控制液壓支架動作，實現支架本架控制、鄰架控制、隔架控制、分組控制運行狀態和工作面礦壓監測的遠程控制等。新型智能化刮板輸送機在各性能方面取得了很大的發展，代表了當今世界刮板輸送機的最高水平，實現了自動推移控制，同時向大型化、智能化、高可靠性及元部件標準化方向發展。

三、71301工作面自動化開采關鍵技術

（一）采煤機自動控制技術

通過調研分析，石圪臺煤礦71301工作面選用美國JOY公司生產的7LS1A采煤機，配備記憶截割系統（即記憶智能程控煤巖分界識別及控制系統）。該系統是一種基于位置傳感器和計算機記憶截割，通過計算機記憶儲存及自動控制來實現采煤機滾筒自動調高的先進技術，實現采煤機的自動控制是實現整個工作面自動化開采的中心環節。

記憶截割系統增強了采煤機支架聯動（SIRSA）系統功能，可在JNA Face Boss電控系統中編制不同的割煤方法。一旦編制了這些方法并啟動后，采煤機將在司機最小限度的干預下自動運行。

（二）液壓支架電液控制技術

石圪臺煤礦71301薄煤層工作面裝備了鄭煤機廠的ZY10200-1.4/2.8型二柱掩護式液壓支架，采用北京天地瑪珂電液控制系統有限公司研制的PM31電液控制系統。

PM31電液控制系統的主要功能是控制支架的所有動作。控制命令由操作人員通過鍵操作或根據采煤機位置由系統自動發出，傳感器檢測的實時值和用戶設置的各種參數也是控制過程的重要條件。PM31系統發揮計算機網絡控制技術的優勢，賦予系統豐富的功能，使支架控制方便、靈活、協調、安全，尤其是應用程序修改的易行性和控制參數項目的完善周密及調整簡便，使系統做到控制功能與工作面條件和生產工藝要求盡可能好地配合適應。

（三）采煤機-支架聯動技術

在采煤機實現自動控制的基礎上，要實現采煤機支架聯動即支架的跟機自動化，需要有3個基本條件：

（1）跟機自動化必須需要有準確的采煤機位置信號。

（2）實現跟機自動化必須保證工作面的整體工作狀態正常。其中包括：電液控制系統連接完整；從工作面到主控計算機的通訊正常；所有參與跟機自動化的支架液壓系統工作正常。

（3）電液控制系統參數配置正確。即工作面支架成組拉架、成組推溜、成組護幫板等動作都可以正常進行。

（四）71301綜采工作面自動化實施情況

71301綜采工作面作為石圪臺煤礦的第一個薄煤層試驗工作面，從2013年7月7日開始安裝，至7月17日歷時11天完成了安裝工作。由于廠家原因，部分配件還未按時到貨，至2013年7月20日才開始調試、試生產，7月23日正式生產。該工作面除采煤機外，其他設備基本實現了國產化。

71301薄煤層綜采工作面勞動組織采用“三八制”作業，兩班半生產，半班檢修。工作面從切眼開始進行了部分自動化生產工藝的試驗，工作面地質條件正常時段，可保證自動化生產工藝的順利進行，生產中采煤機牽引速度一般可達6-8m/min，每刀煤平均用時1.5h，生產班割煤4-6刀，每天割煤10刀，工作面平均日產8000t。當工作面遇到煤層條件發生變化時，終止自動化割煤，采用人工控制。

截止到2014年1月24日工作面貫通，共生產了6個月，工作面推進1327m，生產原煤約125萬t，最高日產13559t（2014年1月8日），最高月產270266t（2014年1月） ，平均月進220m，月產21萬t。總之，以國產設備為主的71301薄煤層綜采工作面具備了年產250萬t的生產能力。

四、結論

71301工作面自動化開采試驗，標志著神東礦區實現了薄煤層國產設備自動化開采，在探索薄煤層自動化開采的過程中，石圪臺煤礦成功實現了液壓支架與采煤機聯動調試，采煤機記憶割煤等實驗，逐步形成了一套成熟的實施方案，通過薄煤層安全高效集約化開采關鍵技術的研究與實踐，運用信息化、數字化、自動化與智能化技術，解決了薄煤層煤層綜采設備安全高效自動化開采的一系列技術難題，初步形成了薄煤層（滾筒采煤機）綜采工作面設備自動化開采的成套技術。

參考文獻：

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