煤矿综合机械化采煤设备与工艺的应用分析

2024-05-19张金宝陈旭张朋

中国设备工程 2024年7期

张金宝，陈旭，张朋

（兖矿能源集团股份有限公司济宁二号煤矿，山东济宁 272072）

煤炭作为全球最重要的能源资源之一，在能源供应和工业发展中具有重要地位。然而，传统的人工采煤方式存在效率低下、劳动强度高和安全风险大的问题。为了提高采煤效率、降低劳动强度并保障矿工安全，煤矿综合机械化采煤技术应运而生。该技术通过应用先进的设备和工艺，实现了煤炭开采的自动化和机械化，为煤炭行业带来了重大变革。

1 煤矿综合机械化采煤设备分析

1.1 转载机

煤矿综合机械化采煤是指利用现代化机械设备实现采煤过程中的装运、支护、通风等工作的采煤方式。其中，转载机作为重要的装运设备，在提高采煤效率、降低劳动强度和保障矿工安全方面发挥着重要作用。转载机运作前需要进行必要的准备工作。首先，检查转载机的各项部件是否正常运行，如液压系统、电气系统等。其次，对转载机进行润滑和加油，确保设备的正常运转。转载机通过矿井的巷道进入采煤工作面。在进入前，操作人员需要了解工作面的情况，包括煤层的倾角、顶板情况等，以便进行合理的作业计划。转载机主要通过切割和铲运的方式进行煤炭的挖掘，配备有切割头和铲斗，可以将煤炭切割成合适的大小，并将其装入铲斗中。转载机装满铲斗后，将煤炭运输到运输车辆或运输带上。这通常需要通过转载机的行走和转动功能，使铲斗的出料口对准目标装载位置，然后倾倒煤炭。当采煤工作完成后，转载机从采煤工作面返回巷道。操作人员需要对转载机进行清洗和检查，以确保下次作业的顺利进行。煤矿采煤工作环境复杂，对人工采煤的身体要求很高。转载机的运用可以减轻矿工的劳动强度，降低工伤风险，提高劳动条件。并且采煤工作面存在瓦斯、煤尘等安全隐患，采用转载机进行采煤可以减少矿工的直接接触，降低安全风险，提高采煤作业的安全性。

1.2 输送设备

在煤矿综合机械化采煤中，输送设备主要负责将挖掘出的煤炭从采煤工作面或转载机等装载设备上运输到目标位置，如煤炭堆放区、煤炭清洗厂等。输送设备首先接收来自挖掘设备或转载机的煤炭，可以通过各种方式，如输送带、槽式输送机、链式输送机等进行装载。这些设备能够有效地将煤炭从挖掘设备或转载机上卸载到输送设备上，并保持连续的物料流动。通过运输带、输送管道或链条等输送介质将煤炭从装载点输送到目标位置。这些输送设备通常由电动机驱动，通过传动装置将动力传递给输送带或链条，以便推动煤炭的运输。将煤炭运送到目标位置后，需要进行卸载。这可以通过卸料口、倾倒机构或其他相应的装置实现。输送设备的设计和配置应使煤炭能够顺利卸载到指定位置，确保整个卸煤过程的高效性和安全性。输送设备的功率随着输送物料的质量和数量的增加而增加。较大的负载需要更大的功率来推动输送带或链条的运转。一台输送设备的平均功率消耗在1～10kW之间，具体数值取决于设备的类型、尺寸和工作条件等因素。同时，高效地输送设备可以降低能源消耗，提高煤矿综合机械化采煤系统的整体效率。

1.3 液压支架

液压支架作为一种关键设备，承担着支撑煤炭层、保护矿工和设备的重要职责。液压支架进入采煤工作面后，通过液压缸的伸缩调整支架高度。这是为了适应不同煤层的倾角和厚度，并保持工作面的稳定性。液压支架的主要作用是支撑煤炭层，防止顶板下沉和坍塌。通过调整支柱的位置和压力，液压支架可以有效地支撑煤炭层，保护矿工和设备的安全。现代液压支架通常具备自动化控制功能，可以根据工作面的需要进行自动调整。通过传感器和控制系统，液压支架可以实现智能化操作，提高采煤效率和安全性。根据不同的煤矿工作条件和要求，液压支架具有多种型号和规格。常见的液压支架型号包括ZMJ、DWY、GJK等，其中ZMJ型号是较为常用的一种。在液压支架的参数调节方面，关键的参数包括支柱压力、伸缩速度和工作面的水平位置。这些参数的调节可以根据工作面的具体情况进行优化，以提高支架的稳定性和工作效率。液压支架的承载能力通常在500～2000t，而最大的伸缩行程可达到3mm以上。

1.4 移动变电站和乳化液泵站

移动变电站主要负责将输送线路的高压电能转换为适合采煤机械设备使用的低压电能。移动变电站需要与输送线路连接，接收高压电能。通过连接电缆和开关设备，将输送线路的高压电能引入变电站。变压器是关键设备，可以将电压适配到采煤机械设备所需的工作电压范围。经过变压器变换后，移动变电站输出适合采煤机械设备使用的低压电能。这些低压电能通过电缆输送到采煤机械设备，为其提供可靠的电力供应。乳化液泵站主要用于向采煤工作面输送乳化液，用于防尘、喷雾冷却、湿法降尘等作业。乳化液泵站需要与储液罐或乳化液供应管道连接，接收乳化液。通过连接管道和阀门设备，将乳化液引入泵站。通过泵送设备将乳化液从储液罐或供应管道中抽取，并通过管道输送到采煤工作面。泵送设备通常由离心泵或柱塞泵等组成。根据工作面地需要，控制喷洒装置和阀门设备，实现乳化液的喷雾冷却、防尘喷洒等作业。根据不同的煤矿工作条件和要求，常见的型号包括移动变电站的KYN28型、KYTX型，以及乳化液泵站的JHCB型、JCY型等。这些设备具有不同的规格和功能，可以根据具体的应用需求进行选择。移动变电站的输出功率通常在500～2000kVA，而乳化液泵站的流量通常在20～200m3/h。

1.5 采煤机

在综合机械化采煤系统中，采煤机作为核心设备，承担着煤炭开采和切割的重要任务。采煤机主要通过切割和装运的方式进行煤炭的开采，配备有切割头，通过切割装置将煤炭切割成合适的大小。切割头通常由多个刀盘组成，可以快速而有效地切割煤炭。通过输送带或链条等装运设备，将切割好的煤炭运送到运输车辆或运输带上。这需要采煤机的行走和转动功能，使装运设备对准目标装载位置，然后将煤炭装载。当采煤工作完成后，采煤机从采煤工作面返回巷道。操作人员需要对采煤机进行清洗和检查，以确保下次作业的顺利进行。根据不同的煤矿工作条件和要求，常见的采煤机型号包括割煤机、滚筒式采煤机、链条式采煤机等。这些设备具有不同的结构和功能，可以根据具体的煤层特点和工作面情况进行选择。切割高度通常在1.8～4.0m。切割能力通常在100～600t/h。

2 煤矿综合机械化采煤工艺的应用分析

2.1 薄煤层综采工艺

薄煤层综合机械化采煤工艺是一种适用于薄煤层开采的高效、安全的采煤工艺。传统的手工采煤方式在薄煤层中存在很多难题，如作业空间狭小、作业面积限制、安全风险高等。而薄煤层综合机械化采煤工艺通过采用特殊设计的采煤机和辅助设备，有效克服了这些问题。在薄煤层综采工艺中，常用的采煤机包括割煤机和滚筒式采煤机。割煤机采用切割和装运的方式进行煤炭的开采，适用于低强度和薄煤层。滚筒式采煤机通过滚筒的滚动和刮板的刮取，将煤炭刮下，并通过输送带或链条进行装运。这些采煤机具有小巷道适应性强、作业效率高的特点，能够适应薄煤层的特殊条件。薄煤层综合机械化采煤工艺的应用带来了多重好处。首先，它大大提高了采煤效率，能够在较短的时间内开采出更多的煤炭。其次，它减少了人力投入，降低了矿工的劳动强度和工伤风险。此外，薄煤层综合机械化采煤工艺还能减少煤矿事故的发生率，提高采煤作业的安全性。

2.2 长臂综合机械化采煤工艺

长臂综合机械化采煤工艺是一种适用于煤炭矿井底部或高倾角煤层开采的工艺。传统的人工采煤方式在这些情况下存在很多困难，如矿井底部空间狭小、顶板条件差、安全风险高等。而长臂综合机械化采煤工艺通过采用具有延伸式臂架的采煤机和辅助设备，有效地解决了这些问题。采煤机通常搭配延伸式臂架，可以延伸到较远的距离，实现煤炭的开采。采煤机通常还配备有剪切头和装载设备，能够实现煤炭的切割和装运。这种工艺适用于矿井底部或高倾角煤层，能够在较为恶劣的条件下进行高效的采煤作业。

2.3 巷道布置技术

巷道布置技术主要包括巷道宽度、高度、坡度、交通通道和供电通道等方面的设计和安排。合理的巷道布置能够提供安全、高效的工作环境，确保机械设备的顺利运行和矿工的安全作业。巷道宽度应能够容纳机械设备的通行和操作，同时保证矿工的安全作业。根据煤炭开采地需求和机械设备的尺寸，巷道宽度通常在4～6m。巷道高度应满足机械设备的运行和煤炭的采运需求，同时保证矿工的安全作业。根据机械设备的高度和煤炭层的厚度，巷道高度通常在2.5～3.5m。坡度的设置应能够保证煤炭顺利运输和机械设备的正常工作。坡度的选择应根据煤层倾角、机械设备的适应范围和采煤工艺的要求等因素综合考虑。交通通道和供电通道是巷道布置中的重要部分。交通通道应设计为安全、畅通的通行道路，方便机械设备和人员进出采煤工作面。供电通道应确保机械设备的电力供应和照明等需求，同时考虑防火、防爆等安全要求。

2.4 煤矿集中化开采技术

在综合机械化采煤系统中，集中化开采技术是实现高效、连续煤炭开采的关键。集中化开采技术的核心思想是通过集中布置和调度多台采煤设备，同时对煤炭开采过程进行协调管理，实现煤炭的高效开采。通过合理的矿井布局，将多台采煤机和辅助设备集中安置在同一工作面上。这样可以减少设备之间的重复工作，提高设备的利用率，并且减少设备的行走和转场时间，进一步提高采煤效率。对作业面的划分和管理，实现多台采煤机的协调作业。根据煤层特点和采煤机的工作能力，合理安排采煤机的工作顺序和工作范围，避免重复开采和空白开采，提高采煤的连续性和效率。为了支持多台采煤机的集中化开采，供电和通风系统需要进行相应的优化。通过合理布置变电站和风机站，保证采煤机的电力供应和通风条件，提高采煤机的工作效率和矿工的安全作业环境。集中化开采技术在提高采煤效率和优化矿井布局方面具有显著的优势。通过集中布置多台采煤机，可以实现煤炭的高效开采和连续供应，大大提高了采煤效率。据统计，采用集中化开采技术的煤矿，在同等工作面长度下，采煤效率相比传统方式提高了30%以上。

2.5 放项煤综合机械化采煤工艺

放项煤是指煤矿开采过程中不可避免地产生的薄煤层或质量较差的煤炭。传统的采煤方式难以有效开采和利用放项煤，而放项煤综合机械化采煤工艺的应用可以有效解决这一难题。放项煤综合机械化采煤工艺是指通过采用特殊设计的采煤机和辅助设备，对放项煤进行高效开采和利用的技术。针对放项煤的特点，选择合适的采煤机进行开采。常见的采煤机包括割煤机、滚筒式采煤机等。割煤机适用于低强度和薄煤层，而滚筒式采煤机适用于较厚的放项煤层。根据放项煤的特点和工作面的要求，调节采煤机的参数以实现最佳的开采效果。参数包括切割高度、切割能力、切割速度等。通过合理的参数调节，可以提高采煤机的效率和质量。熟练掌握采煤机的操控技术，包括操作规程、操作手册和安全操作要求等。运用合理的操作技术，可以提高放项煤的开采效率和煤炭质量。对开采的放项煤进行处理和利用，以提高煤炭资源的利用率。处理方法包括洗煤、选煤、破碎等，利用方式可以是发电、煤化工、建材等领域。放项煤综合机械化采煤工艺的应用带来了多重好处。首先，它能够实现放项煤的高效开采和利用，充分利用煤炭资源，减少浪费。其次，放项煤综合机械化采煤工艺减少了人工劳动，降低了矿工的劳动强度和工伤风险。此外，放项煤综合机械化采煤工艺还能减少环境的影响，降低煤矿的碳排放和废弃物产生。放项煤综合机械化采煤工艺可以显著提高放项煤的开采率和煤炭回收率。在某些工程实践中，采用放项煤综合机械化采煤工艺，放项煤回收率可以达到80%以上，大大提高了煤炭资源的利用效率。