试论薄煤层综采自动化采煤技术的应用

秦晋凯

（山西煤销集团晋城有限公司调度指挥中心，山西　晋城　048000）

引言

随着技术要求低的中厚及厚煤层的煤炭储量开采完毕，提高薄煤层综采自动化采煤技术非常重要。薄煤层和极薄煤层在我国已勘探出来的煤矿区占8成以上，能够满足全国15%左右的煤炭需求，薄煤层的有效勘采技术是煤炭产业和国民经济持续发展的重要内容。

1　自动化开采技术现状及存在的问题

据1995年数据统计，在我国重点采矿的机械化程度达到71.58%，而其中中薄煤层的采煤机械化程度要低很多，我国产业中大部分煤炭均来自成熟的深层采煤技术，薄煤层的煤炭产量仅占全部煤炭产量的10%左右。而随着中厚煤层开采量的不断加大，使得中厚煤层的煤储量急剧减少。我国在薄煤层的开采技术上相对落后，主要采用放炮后落煤液压支柱支撑或使用水力进行采煤[1]。

由于矿井的条件有限，尤其是薄煤层采煤的情况特殊，顶层较薄，巷道难以保持稳定安全。摄像系统成像的清晰度不高，还需要再进一步提高摄像系统清晰度；切割煤炭时震动较大，采煤机上的元件容易受到损伤；需要进一步提高各类传感器的可靠性和通信能力，提高系统的自动化水平和远程操作能力；提高系统稳定，减小维修次数；在巷道窄、顶层薄等状况下的自动化切割煤技术的发展。

2　薄煤层开采关键技术

2.1　支撑技术

我国传统的采煤技术一般选用四连杆的液压支架，支撑虽然稳定，但是支架十分笨重，且不适应薄煤层顶板较薄的现实问题。在薄煤层的采煤支架中将对传统的四连杆进行改造使其具有支撑油缸以及油缸两端分别铰接于顶梁和底座。通过控制油缸位置来控制整个顶梁的状态，与此同时，增加有效支撑的载荷，提高机构的稳定性和可靠性。支架的自动控制需要使用红外线的发射与接收装置，实现采煤机位置和支架自动控制的要求，同时为了克服采煤机线缆传输信息的恶劣环境，需要在改进的支架中增加一定数量的采煤机辅助摄像头，使其具有较高的可视化操作能力，提高自动化水平[2]。

2.2　电控自动化技术

薄煤层开采空间狭窄，顶层较薄，采煤设备中的电源箱耦合器及其他的一些必要的设备和装置智能重叠进行安装。在满足开采设备稳定性和可靠性的前提下，在开采过程中采用分散式的监控模式，保证操作人员的人身安全，实现人性化的设备操作和工作面综采的自动化。

2.3　综采技术

在薄煤层的采煤过程中，因为转机滚筒的横截面和纵深均较大，所以在采高固定条件下，采用支护的方式进行防护支架的搭建，在整个采煤过程中，可以随着采煤机跟机自动退役刮送板并移架。

由于薄煤层的采煤条件特殊，采煤空间有限，所以在进行采煤作业时，在待机维修时，需要用电液进行集中控制，完成输送机的成组外推工作。在完成维修之后，将刮板输送机组转移到空的采集区，为接下来的采煤工作进行安排，同时需要注意的是在采煤期间要使用千斤顶来保障作业人员的人身安全。

2.4　采煤机自动化技术

采煤机要能够直接进入巷道之中，采用较小的机身设计，不能让采煤机以斜切进刀进行作业。以上提到的改进型支架能够完成巷道的支撑，使得其能够使采煤机顺利前移。在传统的采煤设备的自动化程度不高、一般没有通信接口，不能实现数据通信和控制。在现代化的采煤设备中，需要采煤机自控系统的双向通信，完成对采煤数据的采集、转子转速的精确估计和牵引速度的完成。

为了提高的采煤机的自动化水平，进一步提高其工作效率，需要将采煤机的载波信号及刮板输送机信号与监管中心进行连接，进而实现对工作面设备的集中自动化控制，同时进一步简化操作系统、降低其运行成本[3]。

3　自动化技术的应用

3.1　经济效益和安全效果

薄煤层的自动化采煤技术在简化了操作的同时降低了作业风险，最大程度地降低了顶板事故的发生，实现了安全生产。在自动化液压升降架、移架和输送机的应用能够实现远程的操作，从根本上提高薄煤层的安全生产工作。

初期投资与产能效益中，采用螺旋采煤机和改进版支架之后，初期投资将式传统采煤设施投资的1.7～2.1倍左右，但产量和工效将大幅度提高，在一个中型煤矿企业中，将在大概2年内赶上传统方式的盈利，并具有更好的科技延展性和投入回报转化率[4]。

3.2　应用效果

改进的支架结构、供液系统能够实现快速移架，提高循环进度。在采用工作面的远程精确监控系统之后，工作面的切割煤、移架等工序能够在监控中心进行远程的操作，还能减少工作面的工作人员人数、降低人员的伤亡事故率，将会取得良好的经济效益和社会效益。在地质条件复杂、地质构造多、工作面有过断层和在薄煤层等情况下的各种故障问题且有些功能没有充分发挥作用，因此不断研发薄煤层的综采自动化技术拥有广泛前景。

3.3　推广价值

薄煤层的综采自动化技术，应注重实际，分布实效，分布实施，逐步推广。不仅要强调理论上的完整和完善而且要将自动化技术科学运用于实际中，在实际应用后效果比较好的话，可以发挥推广的价值。通过对薄煤层开采工艺的研究，提高储量利用率，提高经济效益。通过改进能够满足采高0.9m的要求，并应用斜板直行侧推原理，降低刮板输送机的整体高度，极大地提高装煤效果，然后通过对薄煤层采煤的大量研究与分析，简化操作程序，减少生产用工和生产材料，并降低了生产成本，全面提高了工作人员的安全系数。最后通过远程操控支架电液和采煤机，使得切割煤岩的速度达到5m/min以上，推进度大大加快，及时开采解放层，保证煤炭采集的进度要求。薄煤层和极薄煤层开采机械化和自动化均需达到国内领先技术水平，并且该项技术为薄煤层的开采在装备配套和开采工艺上提供了有效的技术途径[5]。4结语

近年来，各煤矿企业紧紧依靠科技创新，提高薄煤层综采的自动化采煤技术，实现煤炭产业高效、快速、全面发展。而传统的薄煤层采煤模式作业空间小，技术装备落后，工人作业安全系数低，采煤效益低，经济效益差等，这种停滞性的薄煤层采煤状态促使我们进一步研究有利于薄煤层的自动化采煤技术和方法，并且进行实践探索，从而促进煤炭行业的可持续发展。

[1]于月森，左腾，周娟，等.薄煤层综采工作面自动化技术综述[J].工矿自动化，2013，39（5）：27-30.

[2]李文昌，邸志平，冯利宁.薄煤层综采工作面自动化技术与装备应用及改进[J].煤炭科学技术，2014，42（9）：40-43.

[3]太生.薄煤层综采自动化采煤工艺技术研究与应用思考[J].中国化工贸易，2014（28）：31.

[4]张步勤.薄煤层综采自动化关键技术及应用研究[D].北京：中国矿业大学，2015.

[5]商和福，陈飞，申世平.薄煤层综采自动化关键技术及应用研究[J].工程技术，2016（5）：205.