煤礦綜合機械化采煤設備與工藝的應用分析

張金寶，陳旭，張朋

（兗礦能源集團股份有限公司濟寧二號煤礦，山東 濟寧 272072）

煤炭作為全球最重要的能源資源之一，在能源供應和工業發展中具有重要地位。然而，傳統的人工采煤方式存在效率低下、勞動強度高和安全風險大的問題。為了提高采煤效率、降低勞動強度并保障礦工安全，煤礦綜合機械化采煤技術應運而生。該技術通過應用先進的設備和工藝，實現了煤炭開采的自動化和機械化，為煤炭行業帶來了重大變革。

1 煤礦綜合機械化采煤設備分析

1.1 轉載機

煤礦綜合機械化采煤是指利用現代化機械設備實現采煤過程中的裝運、支護、通風等工作的采煤方式。其中，轉載機作為重要的裝運設備，在提高采煤效率、降低勞動強度和保障礦工安全方面發揮著重要作用。轉載機運作前需要進行必要的準備工作。首先，檢查轉載機的各項部件是否正常運行，如液壓系統、電氣系統等。其次，對轉載機進行潤滑和加油，確保設備的正常運轉。轉載機通過礦井的巷道進入采煤工作面。在進入前，操作人員需要了解工作面的情況，包括煤層的傾角、頂板情況等，以便進行合理的作業計劃。轉載機主要通過切割和鏟運的方式進行煤炭的挖掘，配備有切割頭和鏟斗，可以將煤炭切割成合適的大小，并將其裝入鏟斗中。轉載機裝滿鏟斗后，將煤炭運輸到運輸車輛或運輸帶上。這通常需要通過轉載機的行走和轉動功能，使鏟斗的出料口對準目標裝載位置，然后傾倒煤炭。當采煤工作完成后，轉載機從采煤工作面返回巷道。操作人員需要對轉載機進行清洗和檢查，以確保下次作業的順利進行。煤礦采煤工作環境復雜，對人工采煤的身體要求很高。轉載機的運用可以減輕礦工的勞動強度，降低工傷風險，提高勞動條件。并且采煤工作面存在瓦斯、煤塵等安全隱患，采用轉載機進行采煤可以減少礦工的直接接觸，降低安全風險，提高采煤作業的安全性。

1.2 輸送設備

在煤礦綜合機械化采煤中，輸送設備主要負責將挖掘出的煤炭從采煤工作面或轉載機等裝載設備上運輸到目標位置，如煤炭堆放區、煤炭清洗廠等。輸送設備首先接收來自挖掘設備或轉載機的煤炭，可以通過各種方式，如輸送帶、槽式輸送機、鏈式輸送機等進行裝載。這些設備能夠有效地將煤炭從挖掘設備或轉載機上卸載到輸送設備上，并保持連續的物料流動。通過運輸帶、輸送管道或鏈條等輸送介質將煤炭從裝載點輸送到目標位置。這些輸送設備通常由電動機驅動，通過傳動裝置將動力傳遞給輸送帶或鏈條，以便推動煤炭的運輸。將煤炭運送到目標位置后，需要進行卸載。這可以通過卸料口、傾倒機構或其他相應的裝置實現。輸送設備的設計和配置應使煤炭能夠順利卸載到指定位置，確保整個卸煤過程的高效性和安全性。輸送設備的功率隨著輸送物料的質量和數量的增加而增加。較大的負載需要更大的功率來推動輸送帶或鏈條的運轉。一臺輸送設備的平均功率消耗在1～10kW之間，具體數值取決于設備的類型、尺寸和工作條件等因素。同時，高效地輸送設備可以降低能源消耗，提高煤礦綜合機械化采煤系統的整體效率。

1.3 液壓支架

液壓支架作為一種關鍵設備，承擔著支撐煤炭層、保護礦工和設備的重要職責。液壓支架進入采煤工作面后，通過液壓缸的伸縮調整支架高度。這是為了適應不同煤層的傾角和厚度，并保持工作面的穩定性。液壓支架的主要作用是支撐煤炭層，防止頂板下沉和坍塌。通過調整支柱的位置和壓力，液壓支架可以有效地支撐煤炭層，保護礦工和設備的安全。現代液壓支架通常具備自動化控制功能，可以根據工作面的需要進行自動調整。通過傳感器和控制系統，液壓支架可以實現智能化操作，提高采煤效率和安全性。根據不同的煤礦工作條件和要求，液壓支架具有多種型號和規格。常見的液壓支架型號包括ZMJ、DWY、GJK等，其中ZMJ型號是較為常用的一種。在液壓支架的參數調節方面，關鍵的參數包括支柱壓力、伸縮速度和工作面的水平位置。這些參數的調節可以根據工作面的具體情況進行優化，以提高支架的穩定性和工作效率。液壓支架的承載能力通常在500～2000t，而最大的伸縮行程可達到3mm以上。

1.4 移動變電站和乳化液泵站

移動變電站主要負責將輸送線路的高壓電能轉換為適合采煤機械設備使用的低壓電能。移動變電站需要與輸送線路連接，接收高壓電能。通過連接電纜和開關設備，將輸送線路的高壓電能引入變電站。變壓器是關鍵設備，可以將電壓適配到采煤機械設備所需的工作電壓范圍。經過變壓器變換后，移動變電站輸出適合采煤機械設備使用的低壓電能。這些低壓電能通過電纜輸送到采煤機械設備，為其提供可靠的電力供應。乳化液泵站主要用于向采煤工作面輸送乳化液，用于防塵、噴霧冷卻、濕法降塵等作業。乳化液泵站需要與儲液罐或乳化液供應管道連接，接收乳化液。通過連接管道和閥門設備，將乳化液引入泵站。通過泵送設備將乳化液從儲液罐或供應管道中抽取，并通過管道輸送到采煤工作面。泵送設備通常由離心泵或柱塞泵等組成。根據工作面地需要，控制噴灑裝置和閥門設備，實現乳化液的噴霧冷卻、防塵噴灑等作業。根據不同的煤礦工作條件和要求，常見的型號包括移動變電站的KYN28型、KYTX型，以及乳化液泵站的JHCB型、JCY型等。這些設備具有不同的規格和功能，可以根據具體的應用需求進行選擇。移動變電站的輸出功率通常在500～2000kVA，而乳化液泵站的流量通常在20～200m3/h。

1.5 采煤機

在綜合機械化采煤系統中，采煤機作為核心設備，承擔著煤炭開采和切割的重要任務。采煤機主要通過切割和裝運的方式進行煤炭的開采，配備有切割頭，通過切割裝置將煤炭切割成合適的大小。切割頭通常由多個刀盤組成，可以快速而有效地切割煤炭。通過輸送帶或鏈條等裝運設備，將切割好的煤炭運送到運輸車輛或運輸帶上。這需要采煤機的行走和轉動功能，使裝運設備對準目標裝載位置，然后將煤炭裝載。當采煤工作完成后，采煤機從采煤工作面返回巷道。操作人員需要對采煤機進行清洗和檢查，以確保下次作業的順利進行。根據不同的煤礦工作條件和要求，常見的采煤機型號包括割煤機、滾筒式采煤機、鏈條式采煤機等。這些設備具有不同的結構和功能，可以根據具體的煤層特點和工作面情況進行選擇。切割高度通常在1.8～4.0m。切割能力通常在100～600t/h。

2 煤礦綜合機械化采煤工藝的應用分析

2.1 薄煤層綜采工藝

薄煤層綜合機械化采煤工藝是一種適用于薄煤層開采的高效、安全的采煤工藝。傳統的手工采煤方式在薄煤層中存在很多難題，如作業空間狹小、作業面積限制、安全風險高等。而薄煤層綜合機械化采煤工藝通過采用特殊設計的采煤機和輔助設備，有效克服了這些問題。在薄煤層綜采工藝中，常用的采煤機包括割煤機和滾筒式采煤機。割煤機采用切割和裝運的方式進行煤炭的開采，適用于低強度和薄煤層。滾筒式采煤機通過滾筒的滾動和刮板的刮取，將煤炭刮下，并通過輸送帶或鏈條進行裝運。這些采煤機具有小巷道適應性強、作業效率高的特點，能夠適應薄煤層的特殊條件。薄煤層綜合機械化采煤工藝的應用帶來了多重好處。首先，它大大提高了采煤效率，能夠在較短的時間內開采出更多的煤炭。其次，它減少了人力投入，降低了礦工的勞動強度和工傷風險。此外，薄煤層綜合機械化采煤工藝還能減少煤礦事故的發生率，提高采煤作業的安全性。

2.2 長臂綜合機械化采煤工藝

長臂綜合機械化采煤工藝是一種適用于煤炭礦井底部或高傾角煤層開采的工藝。傳統的人工采煤方式在這些情況下存在很多困難，如礦井底部空間狹小、頂板條件差、安全風險高等。而長臂綜合機械化采煤工藝通過采用具有延伸式臂架的采煤機和輔助設備，有效地解決了這些問題。采煤機通常搭配延伸式臂架，可以延伸到較遠的距離，實現煤炭的開采。采煤機通常還配備有剪切頭和裝載設備，能夠實現煤炭的切割和裝運。這種工藝適用于礦井底部或高傾角煤層，能夠在較為惡劣的條件下進行高效的采煤作業。

2.3 巷道布置技術

巷道布置技術主要包括巷道寬度、高度、坡度、交通通道和供電通道等方面的設計和安排。合理的巷道布置能夠提供安全、高效的工作環境，確保機械設備的順利運行和礦工的安全作業。巷道寬度應能夠容納機械設備的通行和操作，同時保證礦工的安全作業。根據煤炭開采地需求和機械設備的尺寸，巷道寬度通常在4～6m。巷道高度應滿足機械設備的運行和煤炭的采運需求，同時保證礦工的安全作業。根據機械設備的高度和煤炭層的厚度，巷道高度通常在2.5～3.5m。坡度的設置應能夠保證煤炭順利運輸和機械設備的正常工作。坡度的選擇應根據煤層傾角、機械設備的適應范圍和采煤工藝的要求等因素綜合考慮。交通通道和供電通道是巷道布置中的重要部分。交通通道應設計為安全、暢通的通行道路，方便機械設備和人員進出采煤工作面。供電通道應確保機械設備的電力供應和照明等需求，同時考慮防火、防爆等安全要求。

2.4 煤礦集中化開采技術

在綜合機械化采煤系統中，集中化開采技術是實現高效、連續煤炭開采的關鍵。集中化開采技術的核心思想是通過集中布置和調度多臺采煤設備，同時對煤炭開采過程進行協調管理，實現煤炭的高效開采。通過合理的礦井布局，將多臺采煤機和輔助設備集中安置在同一工作面上。這樣可以減少設備之間的重復工作，提高設備的利用率，并且減少設備的行走和轉場時間，進一步提高采煤效率。對作業面的劃分和管理，實現多臺采煤機的協調作業。根據煤層特點和采煤機的工作能力，合理安排采煤機的工作順序和工作范圍，避免重復開采和空白開采，提高采煤的連續性和效率。為了支持多臺采煤機的集中化開采，供電和通風系統需要進行相應的優化。通過合理布置變電站和風機站，保證采煤機的電力供應和通風條件，提高采煤機的工作效率和礦工的安全作業環境。集中化開采技術在提高采煤效率和優化礦井布局方面具有顯著的優勢。通過集中布置多臺采煤機，可以實現煤炭的高效開采和連續供應，大大提高了采煤效率。據統計，采用集中化開采技術的煤礦，在同等工作面長度下，采煤效率相比傳統方式提高了30%以上。

2.5 放項煤綜合機械化采煤工藝

放項煤是指煤礦開采過程中不可避免地產生的薄煤層或質量較差的煤炭。傳統的采煤方式難以有效開采和利用放項煤，而放項煤綜合機械化采煤工藝的應用可以有效解決這一難題。放項煤綜合機械化采煤工藝是指通過采用特殊設計的采煤機和輔助設備，對放項煤進行高效開采和利用的技術。針對放項煤的特點，選擇合適的采煤機進行開采。常見的采煤機包括割煤機、滾筒式采煤機等。割煤機適用于低強度和薄煤層，而滾筒式采煤機適用于較厚的放項煤層。根據放項煤的特點和工作面的要求，調節采煤機的參數以實現最佳的開采效果。參數包括切割高度、切割能力、切割速度等。通過合理的參數調節，可以提高采煤機的效率和質量。熟練掌握采煤機的操控技術，包括操作規程、操作手冊和安全操作要求等。運用合理的操作技術，可以提高放項煤的開采效率和煤炭質量。對開采的放項煤進行處理和利用，以提高煤炭資源的利用率。處理方法包括洗煤、選煤、破碎等，利用方式可以是發電、煤化工、建材等領域。放項煤綜合機械化采煤工藝的應用帶來了多重好處。首先，它能夠實現放項煤的高效開采和利用，充分利用煤炭資源，減少浪費。其次，放項煤綜合機械化采煤工藝減少了人工勞動，降低了礦工的勞動強度和工傷風險。此外，放項煤綜合機械化采煤工藝還能減少環境的影響，降低煤礦的碳排放和廢棄物產生。放項煤綜合機械化采煤工藝可以顯著提高放項煤的開采率和煤炭回收率。在某些工程實踐中，采用放項煤綜合機械化采煤工藝，放項煤回收率可以達到80%以上，大大提高了煤炭資源的利用效率。

3 結語

綜上，隨著煤礦綜合機械化采煤技術的不斷發展，設備性能和智能化水平將進一步提升，為煤炭行業的可持續發展提供了有力的支持。仍然需要不斷進行研發和創新，進一步優化設備與工藝的應用，以滿足不斷變化的需求。相信通過不斷推進煤礦綜合機械化采煤技術的應用，將為煤炭行業帶來更加高效、安全和可持續的發展。