薄煤层机械化采煤技术及其发展

2018-09-18陈砚章

机械管理开发 2018年9期

陈砚章

（西山煤电晋兴公司斜沟煤矿综采三队，山西太原 030000）

引言

薄煤层在我国煤炭总量中占有极大份额，储备丰富，可釆储量也相当可观，但实际现在对薄煤层的开采产量的占比却非常低，远远低于正常水平，且产量呈逐年下降的趋势。根据煤炭行业近几年来制定的科学发展观与可持续发展战略，国家在加大力度对煤炭资源进行整合重组的同时，不断促进煤炭行业综合机械化采煤技术向前发展。发展薄煤层采煤机械化等提高薄煤层煤炭资源开采率的采煤技术，研制薄煤层综采成套机械设备，逐渐提高薄煤层开采的机械化水平，对减小劳动强度、提高煤炭的开采率与煤炭开采的安全性具有很重要的意义[1]。

1 薄煤层机械化采煤技术现状

薄煤层由于受自身地质条件的限制，采用机械化作业具有一定的难度。如果推广采用传统开采作业方法对煤炭的开采质量和开采率都会产生不良影响。为了进一步提高薄层煤炭的开采效果，相关领域的科研人员对薄煤层机械化开采技术进行深入研究，以找到一种具备普适应性的机械化采煤方法，但是受到薄煤层苛刻的地理环境的限制，薄层的机械化采煤设备始终无法得到大范围的推广。目前薄层煤炭采用的机械化作业技术主要是薄层综合机械化采煤技术。为了满足市场需求，合理最大化地利用综合机械化采煤技术在薄煤层中发挥作用，并充分运用现有的薄煤层新机械技术，促进薄层煤炭的综合机械化技术更具科学性与合理性[2]。

2 机械化采煤技术在薄煤层中的应用分析

2.1 滚筒采煤机在薄煤层中的应用分析

滚筒采煤机开采配套设备主要有双滚筒采煤机、刮板输送机和液压支架等。以电牵引、自动化操控检测及诊断技术为一体的采煤机和电液混合驱动控制的液压支架等较为先进的设备应用到薄煤层开采领域，是当前薄煤层采煤技术主要发展方向之一。该种滚筒式采煤机薄煤层开采技术的作业方式与中厚煤层基本一样，即采煤机在工作面两端开切口，然后沿工作面全场切割，采煤机过后拉架推溜，完成一个循环。采用滚筒采煤机开采方式需要在以下几个方面进行完善和改进：

1）根据采煤机滚筒受力分解图对采煤机机身、截割及牵引部等部位进行结构优化设计，使其机身能够高度满足薄煤层低采高的要求，缩短机身长度，保证截割及牵引部等部位的强度，以满足特殊工况下的正常使用，延长设备寿命，提高采煤效率。

2）对刮板输送机中部槽的结构进行改进，优化其结构，降低其槽高。

3）对液压支架顶梁的结构进行优化设计，满足其承载能力的前提下减小其厚度，保证通风断面满足大瓦斯涌出量的矿区瓦斯的排放。

滚筒采煤机开采方式能够很好地适应煤层厚度变化大和顶底板高低波动不平的工作面，且对断层较多的煤层同样适应，支护效果好，生产效率高，产量大。在满足薄煤层相应地质条件的情况下，应优先采用滚筒采煤机开采方式。

2.2 刨煤机在薄煤层中的应用分析

随着电液一体化控制技术的应用推广和定程推溜传感技术的提高，刨煤机开采技术的采区无人化开采方式在薄煤层开采应用中已逐渐趋向成熟，成为目前薄煤层开采技术中发展比较完善的一种开采方式。刨煤机包括溜刨和拖钩刨。该种采煤作业方式的工作面较常采用的是中部在机头前面、机尾2～4 m（可能还要大一些）的液压支架布置方式，沿工作面液压支架基本呈凸状弧形布置，刨深由定程推溜传感设置的定程推溜来确定。刨煤机综采工作面大致工艺流程为：刨煤机刨煤→定程推溜→刨煤→定程推溜至600 mm→拉架。晋城煤业集团于2004年采购了一套全自动刨煤机设备应用在凤凰山矿的薄煤层采区，整个该采区薄煤层的开采实现了完全由计算机控制的远程管理模式及完全无人化的开采作业方式，不仅提高了煤矿煤炭的生产效率，同时避免了人员伤亡等事故的发生。

2.3 螺旋钻机在薄煤层中的应用分析

螺旋钻机开采主要是由螺旋钻机完成采煤作业工作面的整个采煤作业工作，包括煤炭的落、装、运等全部过程，对其设备的维护保养也是在工作面巷道中现场解决。该种采煤方式适应的煤层厚度一般为0.6～0.8 m。其工艺过程大致为：螺旋钻机完成采、装、运等过程之后，通过刮板输送机将煤从回采点处运出，之后再用单轨吊车将煤运出煤仓。螺旋钻机钻采工作面布置示意图如图1所示。螺旋钻机采煤技术有以下优势：能对巷道进行很好的支护，工作面作业危险系数小，可靠性高；一次性采煤作业不需进行回采，作业流程简单；开采速度快，效率高，采煤含铅块等其他杂质少；几乎可以实现无人操作。

图1 螺旋钻机钻采工作面布置示意图

螺旋钻机适用于煤与瓦斯突出等危险的工作面。徐州矿务局采购一套螺旋钻机采煤设备，应用于其下属韩桥煤矿，完全实现了地下无人作业及管理的自动化作业方式，煤矿开采的安全性大大提高，避免了人员伤亡等情况的发生，践行了国家提倡的“以人为本安全开采”的采煤作业，同时提高了该矿区的煤炭开采率。

随着更高产高效、自动化更高、适应更好、配套设备更加齐全的螺旋钻采煤技术的发展，将大大提高薄煤层的开采效率。

3 薄煤层机械化采煤技术发展趋势

为了提高薄煤层矿区的生产效率和煤炭资源的产量，提高煤矿井下开采作业的安全性和可靠性，实现井下无人化开采作业，薄煤层采煤技术应该向着更高产高效、自动化程度更高、更高可靠性的方向发展。

一是将一些自动化、智能化技术集成应用在煤炭开采机械设备中，比如工作面的三维定位技术、视频监控技术、煤岩自动识别技术、自动找直技术及相关辅助机构等。

二是建立对液压支架、采煤机、刮板运输机、转载机和破碎机等综采成套设备的计算机远程集中协同控制的控制基地，将井下作业设备整个作业流程形成程序化、智能化作业，实现地面控制、地下无人的管理作业模式。

三是薄煤采煤机要向大功率、电牵引方向发展，在技术可行、成本可控制的范围之内提高其适应性。采用交流变频调速牵引技术，用集成化程度高、更轻巧、体积小的新型变频器取代传统变压器等电器控制装置，结构经过优化设计后，机身长度变短，提高了采煤机对薄煤层特殊煤层环境的适应性。液压支架要向电液一体化控制方向发展，集成基于图像识别的煤岩识别技术，在采煤过程中能够实现液压支架对煤岩界面的自动识别，并能够满足工作智能化判别运行补偿位移。刮板运输机要向矮型重型耐磨方向发展，能够很好适应小煤层厚度及顶板起伏变动大的特殊环境，减小故障率，提高其可靠性。