煤炭综合机械化开采技术与装备的发展

康 贵

（阳煤集团一矿， 山西 阳泉 045000）

引言

目前，我国国有煤矿基本上全部实现了综采，但是地方煤矿的机械化程度较低。经过多年的发展，我国综采所使用的液压支架以及液压控制系统基本上能实现了国产化，而且我国研发的成套综采设备得到了国际上的认可。但是也存在着很多技术上的问题，例如采煤机所采用的变频器、齿轮以及电控系统的使用寿命较短、可靠性很差，导致设备的关键零部件还需要进口，这是我国综采设备研发急需解决的问题[1]。

1 急倾斜煤层综采综放成套装备的发展

急倾斜煤层开采是煤炭开采所面临的难题，主要是由于在煤层倾角较大时，综采设备的问题性较差导致易发生安全事故。为了实现大倾角煤层的高产高效开采，在国家“十一五”期间，天地科技在多家单位的协助下攻克了大倾角煤层开采的技术难关。解决了在煤层倾角较大时综采工作面的稳定性问题，并研发了一套复杂煤层综采、综放工作面成套装备及技术。实现了35°～56°大倾角复杂煤层的安全高效生产。该技术装备的创新点有以下几点[2]：

研发了适用于大倾角煤层的专用低位放顶煤液压支架，在工作面回采期间，液压支架的防倒以及防滑通过“自撑—邻拉—底推—顶挤”的方式来实现。为了解决回采过程中液压支架的移架困难问题，在液压支架的底部安装了滑靴式抬底机构。解决了大倾角下采煤机导向滑靴使用寿命较短的问题。研发了大倾角采煤机牵引制动技术、采煤机远程控制技术，解决了在煤层开采过程中采煤机出现的下滑问题。通过刮板输送机圆环链单环回火处理技术，解决了复杂煤层条件下刮板输送机圆环链损坏率高、销轨使用寿命短。采用现场总线隔离传输器增强信号的抗干扰能力，以及插拔式可旋转电缆铠装连接器增加信号的响应速度，提高了综采过程中液压支架的移架速度。为了解决复杂煤层综采工作面设备的配套问题，建立了工作面设备选型体系。

2 复杂薄煤层自动化综采成套装备的发展

薄煤层在我国有着丰富的储量，但是由于其赋存不稳定、硬夹矸比较多、工作空间狭小导致开采极其困难。一些矿井采用炮采和机采的方式尝试性开采，开采过程中生产效率极低。因此，很多矿区面对这种薄煤层选择抛弃，造成了资源的大量浪费。

目前，国内外的薄煤层综采技术装备智能开采1.5 m以上的薄煤层，而对于1.5 m以下的薄煤层无能为力。为此，天地科技股份有限公司与冀中能源峰峰集团和中国矿业大学等单位合作，通过长期技术攻关，研发了0.6～1.3 m薄煤层自动化综采成套装备，并且实现了工作面的全自动化，同时也实现了薄煤层开采的高产高效，为矿井创造了巨大的经济效益。该技术的创新点如下：

基于滚筒采煤机，设计了自动化控制系统，研发了适用于0.6～1.3 m薄煤层综采自动化成套装备。通过安装在工作面上的传感器，实现了工作面内无人，减少了人力投入，大大提高了安全性和生产的效率。研发了超大可伸缩智能液压支架，解决了工作阻力对液压支架高度的限制，使支架的最小高度可以达到0.45 m。研发了可反冲洗过滤器以及电液卸载阀等关键电液元件，实现了液压直接的智能支护。充分考虑了煤岩的强度，研制了小高度大功率滚筒采煤机综采自动化机组，实现了0.6 m以上坚硬夹矸、半煤岩或硬煤薄煤层的高效率开采。

3 特厚煤层大采高综放成套技术与装备的发展

山西和内蒙地区存在大量的14～20 m特厚或巨厚煤层，采用传统的综采技术需要进行分层开采，限制了特厚煤层的高产高效。在“十一五”期间，中煤科工集团联合大同煤矿等十几家单位攻克了特厚煤层的高效开采的技术难题，研发了适用于特厚煤层开采的工艺及设备。

研发了特厚煤层综采放顶煤成套设备及工艺，并掌握了大采高综采放顶煤的矿压规律以及相应的矿压控制技术，首次实现了14～20 m特厚煤层一次采全厚开采。为了控制大采高条件下矿山压力的剧烈显现问题，研发了世界上15 000 kN高阻力、5.2 m最大高度综采放顶煤液压支架。该支架通过两前两后连杆稳定机构，实现了对剧烈矿山压力显现的控制。此外，新型液压支架还能实现综放工作面端头的过渡段放煤。

研发了针对特厚煤层以及松软煤层的大断面全煤巷锚杆及锚索支护技术，并生产了相应的配套锚杆与锚索。为了解决特厚煤层的大断面巷道掘进问题，在现有的掘锚一体机的基础上研制出了轨道式大断面巷道掘进机。

制定了大采高综放技术的开采标准，形成了相关的技术规范，大采高综放成套装备具有完整的体系。2011年，大采高综采放顶煤技术在同煤塔山矿8105工作面进行了工业性试验，当年工作面累计产量达到了1 084.9万t，实现了厚煤层的高产高效。目前，该技术及装备正在有条件的矿区进行推广应用。

4 结语

要保证工作面回采的高产高效以及安全生产，需确保综采设备具有较高的可靠性、自动化、安全性和操控性能。这就要求煤炭行业加快相关技术装备的研发，增加研发投入，培养大量的专业性技术人才，解决综采设备的关键元部件的自主生产，以及设备故障诊断检测等技术难题，研发智能型综采成套技术装备，增强综采成套技术装备对地质条件的适应性，特别是急倾斜、薄煤层等条件，研发适用于充填技术的高效充填液压支架已经成套设备。