試論薄煤層綜采自動化采煤技術的應用

秦晉凱

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

引言

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

1　自動化開采技術現(xiàn)狀及存在的問題

據(jù)1995年數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在我國重點采礦的機械化程度達到71.58%，而其中中薄煤層的采煤機械化程度要低很多，我國產(chǎn)業(yè)中大部分煤炭均來自成熟的深層采煤技術，薄煤層的煤炭產(chǎn)量僅占全部煤炭產(chǎn)量的10%左右。而隨著中厚煤層開采量的不斷加大，使得中厚煤層的煤儲量急劇減少。我國在薄煤層的開采技術上相對落后，主要采用放炮后落煤液壓支柱支撐或使用水力進行采煤[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，還需要再進一步提高攝像系統(tǒng)清晰度；切割煤炭時震動較大，采煤機上的元件容易受到損傷；需要進一步提高各類傳感器的可靠性和通信能力，提高系統(tǒng)的自動化水平和遠程操作能力；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化切割煤技術的發(fā)展。

2　薄煤層開采關鍵技術

2.1　支撐技術

我國傳統(tǒng)的采煤技術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，且不適應薄煤層頂板較薄的現(xiàn)實問題。在薄煤層的采煤支架中將對傳統(tǒng)的四連桿進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。通過控制油缸位置來控制整個頂梁的狀態(tài)，與此同時，增加有效支撐的載荷，提高機構的穩(wěn)定性和可靠性。支架的自動控制需要使用紅外線的發(fā)射與接收裝置，實現(xiàn)采煤機位置和支架自動控制的要求，同時為了克服采煤機線纜傳輸信息的惡劣環(huán)境，需要在改進的支架中增加一定數(shù)量的采煤機輔助攝像頭，使其具有較高的可視化操作能力，提高自動化水平[2]。

2.2　電控自動化技術

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

2.3　綜采技術

在薄煤層的采煤過程中，因為轉(zhuǎn)機滾筒的橫截面和縱深均較大，所以在采高固定條件下，采用支護的方式進行防護支架的搭建，在整個采煤過程中，可以隨著采煤機跟機自動退役刮送板并移架。

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

2.4　采煤機自動化技術

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

為了提高的采煤機的自動化水平，進一步提高其工作效率，需要將采煤機的載波信號及刮板輸送機信號與監(jiān)管中心進行連接，進而實現(xiàn)對工作面設備的集中自動化控制，同時進一步簡化操作系統(tǒng)、降低其運行成本[3]。

3　自動化技術的應用

3.1　經(jīng)濟效益和安全效果

薄煤層的自動化采煤技術在簡化了操作的同時降低了作業(yè)風險，最大程度地降低了頂板事故的發(fā)生，實現(xiàn)了安全生產(chǎn)。在自動化液壓升降架、移架和輸送機的應用能夠?qū)崿F(xiàn)遠程的操作，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，采用螺旋采煤機和改進版支架之后，初期投資將式傳統(tǒng)采煤設施投資的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轉(zhuǎn)化率[4]。

3.2　應用效果

改進的支架結構、供液系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)快速移架，提高循環(huán)進度。在采用工作面的遠程精確監(jiān)控系統(tǒng)之后，工作面的切割煤、移架等工序能夠在監(jiān)控中心進行遠程的操作，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，將會取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。在地質(zhì)條件復雜、地質(zhì)構造多、工作面有過斷層和在薄煤層等情況下的各種故障問題且有些功能沒有充分發(fā)揮作用，因此不斷研發(fā)薄煤層的綜采自動化技術擁有廣泛前景。

3.3　推廣價值

薄煤層的綜采自動化技術，應注重實際，分布實效，分布實施，逐步推廣。不僅要強調(diào)理論上的完整和完善而且要將自動化技術科學運用于實際中，在實際應用后效果比較好的話，可以發(fā)揮推廣的價值。通過對薄煤層開采工藝的研究，提高儲量利用率，提高經(jīng)濟效益。通過改進能夠滿足采高0.9m的要求，并應用斜板直行側(cè)推原理，降低刮板輸送機的整體高度，極大地提高裝煤效果，然后通過對薄煤層采煤的大量研究與分析，簡化操作程序，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)。最后通過遠程操控支架電液和采煤機，使得切割煤巖的速度達到5m/min以上，推進度大大加快，及時開采解放層，保證煤炭采集的進度要求。薄煤層和極薄煤層開采機械化和自動化均需達到國內(nèi)領先技術水平，并且該項技術為薄煤層的開采在裝備配套和開采工藝上提供了有效的技術途徑[5]。4結語

近年來，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化采煤技術，實現(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，技術裝備落后，工人作業(yè)安全系數(shù)低，采煤效益低，經(jīng)濟效益差等，這種停滯性的薄煤層采煤狀態(tài)促使我們進一步研究有利于薄煤層的自動化采煤技術和方法，并且進行實踐探索，從而促進煤炭行業(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化技術綜述[J].工礦自動化，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化技術與裝備應用及改進[J].煤炭科學技術，2014，42（9）：40-43.

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

[4]張步勤.薄煤層綜采自動化關鍵技術及應用研究[D].北京：中國礦業(yè)大學，2015.

[5]商和福，陳飛，申世平.薄煤層綜采自動化關鍵技術及應用研究[J].工程技術，2016（5）：205.