薄煤層智能成套綜采設備選型

黃越田 宋永哲

摘?要：目前我國經濟發展迅速，煤炭企業為我國發展做出了很大貢獻。為了有效解決薄煤層開采存在的諸多問題，開發一套鏈牽引薄煤層采煤、運輸、支護、集中控制為一體的成套裝備，通過智能自移設備列車、地面井下智能集中控制中心及采煤機，完成等高切割、地面遠程控制、工作面智能巡檢等功能，完成割煤、牽引、運輸、移架、推溜、動力設備列車協同循環控制，實現了薄煤層無人化開采。

關鍵詞：薄煤層;智能成套綜采設備;選型

引言

高產高效薄煤層綜采工作面，配套的液壓支架、采煤機、輸送機及其他輔助設備，必須能夠根據工作面煤層賦存條件實現自主耦合和協同運轉。這就要求工作面各設備控制系統高度集中，以保證各設備系統之間協調和交互暢通。因此，采用1家企業統一提供成套智能一體化裝備，綜合考慮采煤機、輸送機、支架等的選型和配合尺寸，從整個系統層面進行優化，運用于薄煤層工作面，以取得好的效果。

1綜采自動化發展概況

美國和澳大利亞煤礦開采自動化水平普遍較高，自20世紀80年代起，就建立了“一井一面”高效集約化的長壁開采模式，在工作面采用了計算機技術、大功率變頻牽引采煤機控制技術、液壓支架電液控制技術、刮板輸送機軟啟動和變頻技術，逐步實現了工作面少人操作自動化采煤，每個生產班工作面全員僅有6～8人。我國自2000年以來，逐步引進和創新高效集約化現代化礦井生產模式，發展高端綜采裝備，開發應用自動化和智能化技術，實現井下工作面少人化高效生產，在薄煤層和大傾角等復雜難采煤層綜采、大采高、特厚煤層綜采放頂煤開采技術水平方面走在了世界前列。

國際煤礦綜采裝備制造商經過了市場激烈競爭的優勝劣汰和多輪兼并重組，形成了JOY、Eickhoff、CAT等高端設備制造商，其產品在可靠性和自動化、智能化程度方面達到了很高水平。在采煤機、刮板輸送機、液壓支架等設備實現高可靠性單機自動控制功能的基礎上，通過工作面“三機”與巷道監控中心聯網、通信，實現監控中心對“三機”及井下環境安全信息實時監測與控制。

2薄煤層智能成套綜采設備選型

2.1雙滾筒采煤機及控制系統設計

雙滾筒采煤機主要由整體機身、滾筒、自動隨機拖纜裝置、傳動系統及鏈牽引裝置組成，采用分體式模塊化設計，結構緊湊，體積小，前后共2個滾筒割煤，截割電動機功率為450kW，采高范圍為1.0-1.8m，過煤高度為300mm，截深為630和800mm，整機長度為7500mm，機身高度為950mm，電源電壓為3300V，截割能力為1000t/h，牽引速度范圍為11.5-25.0m/min，采用水冷系統進行冷卻，通過4G網絡控制平臺以及智能控制系統，將雙滾筒采煤機、視頻監控慣導裝置、紅外傳感器等多設備連接，實現截割軌跡實時修正、三維空間運行姿態快速調整、自動記憶截割及超遠距離控制等功能。

2.2螺旋鉆采煤機開采技術

薄煤層螺旋鉆無人工作面開采技術是指工人不進入回采工作面，而是利用螺旋鉆采煤機在巷道內完成工作面內的破煤、裝煤、運煤等各工序，使薄煤層工作面復雜的回采工藝簡單化。老式三軸聯動式螺旋鉆采煤機（引進烏克蘭生產的BSHK—2DM），兩邊軸為可旋轉的螺旋鉆桿，用于向外排煤，中間軸為不可旋轉的通風管道，用于向鉆孔內通風、供水。

由2臺110kW電動機分別驅動兩邊的螺旋桿鉆進，中間鉆頭通過頭部齒輪傳動箱由一側鉆桿提供動力，實現三軸聯動鉆進。BSHK-2DM采煤機一次采寬2m，采深上采85m，下采45m，適用于0.6～1.0m煤層傾角15°以下的各種硬度薄煤層，單機設計日產量可達250～350t。

2.3刮板輸送機及控制系統設計

刮板輸送機主要由機頭、機尾、中部槽、過渡槽、輸送驅動部及牽引驅動部等組成，輸送部理論設計長度為330m，運輸能力為1200t/h，變頻電動機功率為2×750kW，工作電壓為3300V，規格為1750mm×850mm，水平彎曲±1°，垂直彎曲±3°，卸載方式為端部卸載。通過4G網絡控制平臺、視頻監控系統、智能控制系統，以及壓力、速度、流量等傳感器，實時監控刮板輸送機工作狀態，預判關鍵部件壽命，實時調節工作面“三機”空間位置關系，保持刮板輸送機良好的直線度。中部槽采用整體鍛造工藝，以提高使用壽命。輸送驅動部和牽引驅動部與刮板輸送機垂直布置，降低了機頭和機尾的高度與長度，保持整個工作面等高割煤的工藝要求，驅動部采用變頻一體機+減速器+液壓限矩器的傳動方式。刮板鏈形式為中雙鏈，圓環鏈采用大直徑高強度扁平鏈。機尾設置自動調節張緊裝置，維持刮板輸送機合理的張緊狀態，保持其正常運輸能力。

2.4連續采煤機開采技術和裝備

在厚煤層中連續采煤機可以掘進巷道（煤巷），為長壁工作面開采準備，也可以進行短壁開采，例如房柱式開采（條帶式、旺格維利和塊段式短壁開采方法），開采邊角煤、不規則煤層以及煤柱等。塊段式短壁開采，使用4臺履帶式行走液壓支架，采出率從40%或60%提高到75%。

隨著垮落法連續采煤機開采工藝的發展，在薄煤層和中厚煤層中同樣可以使用連續采煤機開采。國外不僅有成熟的連續采煤機系列產品（如小松Komatsu（JOY）、CAT、Sandvik、Eickhoff等公司的產品），而且后配套產品齊全，薄煤層連續采煤機產品系列化和成套化，開采技術應用成熟。連續采煤機開采按照運輸分為間斷和連續方式，連續運輸開采產量提高1倍以上。國外CAT公司有薄煤層開采連續采煤機產品CM200系列，CM210最小采高達0.76m，已經在0.86m厚的煤層開采實踐過。顯然國外已經使用連續采煤機開采薄煤層，國內還沒有應用和發展，采用薄煤層線性支架垮落法開采，采區采出率會更高。JOY公司4FCT連續運輸技術能有效增強開采作業安全和提高生產效率，在美國伊利諾伊州煤田安裝的4FCT用于房柱式開采，煤層采高2.4m，最高月產量達到182300t。美國GE公司研制的F330薄煤層連續采煤機最小可采0.61m厚煤層，其霍爾馬克連運系統高度達到0.66m以及其生產的薄煤層鏟運車等，已經將薄煤層連續采煤機成套化。Eickhoff有連續采煤機系列產品，如CM2H-30采高1.4～3.0m;Sandvik沒有薄煤層產品。

3 結語

薄煤層成套智能一體化綜采裝備會隨著研發和應用的持續深入，在我國薄煤層安全、綠色、高效、智能開采中作出更大貢獻。

參考文獻

[1]王國法.薄煤層安全高效開采成套裝備研發及應用[J].煤炭科學技術，2009，37（9）：86-89.

[2]李祥松.煤礦綜采裝備技術發展趨勢分析[J].煤炭工程，2015，47（10）：135-137.