薄煤層智能化綜采工作面回采技術實踐

齊琦

摘 要：淮北礦業集團朱莊煤礦3煤為平均采厚只有1.3m的薄煤層，受開采空間的影響一直未進行回采，隨著智能化工作面回采的發展，該礦在Ⅲ32上5綜采工作面引進薄煤層智能化開采設備，自動化控制系統，達到了降低職工勞動強度、減少工作面用人、提高生產效率的目的，取得了很好的經濟效益和社會效益，可在淮北礦區薄煤層開采中推廣應用。

關鍵詞：薄煤層;智能化開采;自動化控制;推廣應用

引言

我國薄煤層資源儲量占已探明總資源儲量的20%，但受開采空間的影響，薄煤層回采始終達不到高效生產的目標。近年來，各級當地政府積極推進智慧城市和智慧礦山建設，智能化工作面回采技術也逐步得以推廣應用。采煤工作面智能化技術是傳感器技術、圖像分析技術、通信技術、自動化技術、信息技術等一系列技術的高度集成，通過采用采煤機自主導航三機聯動的自主控制，對設備系統環境的實時監測與控制等功能，實現采煤工作面的自動化、智能化、安全化的高效開采。采煤工作面智能化設備在煤炭行業領域的應用極大地提高了生產效率，同時有效地降低了井下作業人員的安全風險，成為國內外越來越多煤炭企業的選擇，有力地推動著煤炭行業高質量發展，已成為煤炭行業未來發展趨勢。

目前我國煤礦智能化開采一般用于地質構造簡單，煤層賦存穩定的中厚煤層，很少用于薄煤層開采，淮北礦業集團薄煤層資源儲量近4億噸，在薄煤層中采用智能化開采，能夠有效緩解礦區資源匱乏的問題，延長礦區服務年限。

1.智能化工作面應用情況

（1）工作面概況

朱莊煤礦Ⅲ32上5綜采工作面為Ⅲ2上采區右翼3煤層第三個區段，左至Ⅲ2上采區軌道下山，右至3煤層巖漿侵蝕邊界，下至Ⅲ42上7工作面采動影響邊界，上區段Ⅲ32上3工作面尚未掘進。

該工作面所采3煤，層位屬二疊系下統下石盒子組，煤層結構簡單，局部煤層中上部有一層炭質泥巖夾矸，厚度0～0.2m，平均煤厚1.3m;煤層傾角平均6°，屬緩傾斜煤層;煤層賦存穩定。工作面整體為一單斜構造，整體趨勢呈里高外低，煤層地質構造簡單;主要充水水源為3煤層頂底板砂巖裂隙水，工作面回采期間正常涌水量約0.7m3/h，最大涌水量約1.4m3/h。工作面設計可采走向長663m，傾斜長174m。

（2）工作面設備

Ⅲ32上5綜采工作面綜采設備：ZY5000-08/18D液壓支架，ZQL2×4000/18/35型超前支架，ZY6800-14/28型端頭支架，MG330/730-WD采煤機，刮板輸送機為SGZ-730/400型，機巷后段鋪設一部SZZ-830/315刮板轉載機和一部PLM-2000型破碎機，鋪設一部DSJ-150型膠帶輸送機運煤。該工作面設備配套方案具有以下優勢：

①支架采用箱體設計且配有伸縮粱，增強支架的臨時支護能力，克服了復合頂板條件下工作面端面距控制的難題;頂粱、掩粱側護板單獨控制，有利于支架調整狀態，提高支架對工作面地質條件變化的適應能力。

②采煤機截割功率達到330KW，對工作面地質條件有良好的適應性且能夠滿足工作面過斷層破巖需要;采煤機煤機機面高度0.85m，配備直徑1.15m滾筒，最低采高為1.2m，過煤高度0.285m，搖臂擺動中心距3340mm，最大牽引速度7.2m/min，對煤層變化具有較好的適應性且能保障工作面煤質和生產穩定。

2.綜采自動化控制系統

3.回采存在的問題及整改措施

（1）端部進刀

在工作面調試生產過程中，為了確保調試進度，技術人員將工作面分為上、中、下三個工藝段，其中中段為正常割煤段，上下段為上下端頭斜切進刀段。在調試生產階段，工作面中段調試工作進展順利，但是由于上下端頭的進刀方式和頂板條件的特殊性，出現了煤機與支架互相干涉的現象。針對這一問題，工程技術人員與生產一線職工進行了廣泛的交流和討論，對集控中心的割煤程序進行了多次調整，解決了端部進刀困難的難題，大大提高了生產效率，確保了工作面的智能化運轉。

（2）精確定位

煤機實現自動截割時，由于空載時煤機兩搖臂調高傳感器采集數據波動范圍大，在自動割煤時煤機兩搖臂會不斷自動小范圍上下浮動。割三角煤時，煤機是根據支架控制器中編碼器識別煤機具體位置（紅外設備→ 支架控制器→ 集控中心），割穿后，智能化不能識別現場頂底板情況，拾煤效果差，會造成抵車受阻、拉架不到，為了確保正常推進需要在集控中心進行人為修正，對工作面生產產生了較大的影響。經過廣泛調研交流，最終確定了利用采煤機編碼器為主定位裝置，支架傳感器作為校核的定位方式，將原有的最大誤差2m以上控制到了0.15m以下，保證了工作面正常運轉。

（3）線纜保護

薄煤層智能化工作面各種攝像頭、本安電源、傳感器較多，傳輸線纜、電源線纜等各種型號電纜密布，為了避免支架拉移、人員通行等因素造成電纜損壞，經過多次比較試驗，確定了采用細麻繩外包電纜的保護方式，保障了工作面各類數據的傳輸和生產供電安全。

（4）數據集成使用

利用兩巷超前支架加裝的壓力傳感器，實時完成兩巷超前管理段采動壓力和支護強度的動態監測，動態掌握兩巷礦壓顯現規律;利用推移行程傳感器對工作面進尺情況實時監控，可以實時數據化的調整工作面運輸機曲直度和回采方向;利用支架內安裝的平衡傳感器和壓力傳感器完成支架支護狀態監控，動態調整支架支護狀態;利用通訊網絡系統實現煤機、運輸機、泵站等設備的電流、電壓、負荷、壓力等數據的實時監控;利用設備狀態監控軟件可以完成設備狀態的實時預警和故障提示、事件存儲，做到機電設備精細化管理。

4.應用效果

智能化系統具有故障判定功能，可以實現機電設備的精準檢修;智能化系統具有“一鍵啟停”功能，可以實現崗位優化配置，通過智能化綜采工藝的應用，工作面生產工序由原來的3名煤機司機跟機操作、5名支架工分段跟機拉架，變為1人在順槽監控中心遠程操控;順槽設備控制由以往的1人就地控制變為遠程操控，將職工從有限、危險的作業空間中解放出來，在降低職工勞動強度、節約人工的同時也大大提高了安全系數;與原有生產工藝相比區隊生產人員減少50人，實現了減員提效。

薄煤層智能化工藝減少了回采期間人和機械造成的影響，提高了工時利用率，有利于綜合單產的提高，薄煤層智能化工藝達到了“煤厚即采高”的要求，有效地降低了工作面采高，大大的減少了破矸量，較以往薄煤層綜采裝備相比灰分降低10%以上，煤質的提高有效的保障了礦井的經營效果。