薄煤層機(jī)械化采煤技術(shù)及其發(fā)展

陳硯章

（西山煤電晉興公司斜溝煤礦綜采三隊(duì)， 山西 太原 030000）

引言

薄煤層在我國煤炭總量中占有極大份額，儲(chǔ)備豐富，可釆儲(chǔ)量也相當(dāng)可觀，但實(shí)際現(xiàn)在對(duì)薄煤層的開采產(chǎn)量的占比卻非常低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于正常水平，且產(chǎn)量呈逐年下降的趨勢(shì)。根據(jù)煤炭行業(yè)近幾年來制定的科學(xué)發(fā)展觀與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，國家在加大力度對(duì)煤炭資源進(jìn)行整合重組的同時(shí)，不斷促進(jìn)煤炭行業(yè)綜合機(jī)械化采煤技術(shù)向前發(fā)展。發(fā)展薄煤層采煤機(jī)械化等提高薄煤層煤炭資源開采率的采煤技術(shù)，研制薄煤層綜采成套機(jī)械設(shè)備，逐漸提高薄煤層開采的機(jī)械化水平，對(duì)減小勞動(dòng)強(qiáng)度、提高煤炭的開采率與煤炭開采的安全性具有很重要的意義[1]。

1 薄煤層機(jī)械化采煤技術(shù)現(xiàn)狀

薄煤層由于受自身地質(zhì)條件的限制，采用機(jī)械化作業(yè)具有一定的難度。如果推廣采用傳統(tǒng)開采作業(yè)方法對(duì)煤炭的開采質(zhì)量和開采率都會(huì)產(chǎn)生不良影響。為了進(jìn)一步提高薄層煤炭的開采效果，相關(guān)領(lǐng)域的科研人員對(duì)薄煤層機(jī)械化開采技術(shù)進(jìn)行深入研究，以找到一種具備普適應(yīng)性的機(jī)械化采煤方法，但是受到薄煤層苛刻的地理環(huán)境的限制，薄層的機(jī)械化采煤設(shè)備始終無法得到大范圍的推廣。目前薄層煤炭采用的機(jī)械化作業(yè)技術(shù)主要是薄層綜合機(jī)械化采煤技術(shù)。為了滿足市場需求，合理最大化地利用綜合機(jī)械化采煤技術(shù)在薄煤層中發(fā)揮作用，并充分運(yùn)用現(xiàn)有的薄煤層新機(jī)械技術(shù)，促進(jìn)薄層煤炭的綜合機(jī)械化技術(shù)更具科學(xué)性與合理性[2]。

2 機(jī)械化采煤技術(shù)在薄煤層中的應(yīng)用分析

2.1 滾筒采煤機(jī)在薄煤層中的應(yīng)用分析

滾筒采煤機(jī)開采配套設(shè)備主要有雙滾筒采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架等。以電牽引、自動(dòng)化操控檢測及診斷技術(shù)為一體的采煤機(jī)和電液混合驅(qū)動(dòng)控制的液壓支架等較為先進(jìn)的設(shè)備應(yīng)用到薄煤層開采領(lǐng)域，是當(dāng)前薄煤層采煤技術(shù)主要發(fā)展方向之一。該種滾筒式采煤機(jī)薄煤層開采技術(shù)的作業(yè)方式與中厚煤層基本一樣，即采煤機(jī)在工作面兩端開切口，然后沿工作面全場切割，采煤機(jī)過后拉架推溜，完成一個(gè)循環(huán)。采用滾筒采煤機(jī)開采方式需要在以下幾個(gè)方面進(jìn)行完善和改進(jìn)：

1）根據(jù)采煤機(jī)滾筒受力分解圖對(duì)采煤機(jī)機(jī)身、截割及牽引部等部位進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，使其機(jī)身能夠高度滿足薄煤層低采高的要求，縮短機(jī)身長度，保證截割及牽引部等部位的強(qiáng)度，以滿足特殊工況下的正常使用，延長設(shè)備壽命，提高采煤效率。

2）對(duì)刮板輸送機(jī)中部槽的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改進(jìn)，優(yōu)化其結(jié)構(gòu)，降低其槽高。

3）對(duì)液壓支架頂梁的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿足其承載能力的前提下減小其厚度，保證通風(fēng)斷面滿足大瓦斯涌出量的礦區(qū)瓦斯的排放。

滾筒采煤機(jī)開采方式能夠很好地適應(yīng)煤層厚度變化大和頂?shù)装甯叩筒▌?dòng)不平的工作面，且對(duì)斷層較多的煤層同樣適應(yīng)，支護(hù)效果好，生產(chǎn)效率高，產(chǎn)量大。在滿足薄煤層相應(yīng)地質(zhì)條件的情況下，應(yīng)優(yōu)先采用滾筒采煤機(jī)開采方式。

2.2 刨煤機(jī)在薄煤層中的應(yīng)用分析

隨著電液一體化控制技術(shù)的應(yīng)用推廣和定程推溜傳感技術(shù)的提高，刨煤機(jī)開采技術(shù)的采區(qū)無人化開采方式在薄煤層開采應(yīng)用中已逐漸趨向成熟，成為目前薄煤層開采技術(shù)中發(fā)展比較完善的一種開采方式。刨煤機(jī)包括溜刨和拖鉤刨。該種采煤作業(yè)方式的工作面較常采用的是中部在機(jī)頭前面、機(jī)尾2～4 m（可能還要大一些）的液壓支架布置方式，沿工作面液壓支架基本呈凸?fàn)罨⌒尾贾?，刨深由定程推溜傳感設(shè)置的定程推溜來確定。刨煤機(jī)綜采工作面大致工藝流程為：刨煤機(jī)刨煤→定程推溜→刨煤→定程推溜至600 mm→拉架。晉城煤業(yè)集團(tuán)于2004年采購了一套全自動(dòng)刨煤機(jī)設(shè)備應(yīng)用在鳳凰山礦的薄煤層采區(qū)，整個(gè)該采區(qū)薄煤層的開采實(shí)現(xiàn)了完全由計(jì)算機(jī)控制的遠(yuǎn)程管理模式及完全無人化的開采作業(yè)方式，不僅提高了煤礦煤炭的生產(chǎn)效率，同時(shí)避免了人員傷亡等事故的發(fā)生。

2.3 螺旋鉆機(jī)在薄煤層中的應(yīng)用分析

螺旋鉆機(jī)開采主要是由螺旋鉆機(jī)完成采煤作業(yè)工作面的整個(gè)采煤作業(yè)工作，包括煤炭的落、裝、運(yùn)等全部過程，對(duì)其設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)也是在工作面巷道中現(xiàn)場解決。該種采煤方式適應(yīng)的煤層厚度一般為0.6～0.8 m。其工藝過程大致為：螺旋鉆機(jī)完成采、裝、運(yùn)等過程之后，通過刮板輸送機(jī)將煤從回采點(diǎn)處運(yùn)出，之后再用單軌吊車將煤運(yùn)出煤倉。螺旋鉆機(jī)鉆采工作面布置示意圖如圖1所示。螺旋鉆機(jī)采煤技術(shù)有以下優(yōu)勢(shì)：能對(duì)巷道進(jìn)行很好的支護(hù)，工作面作業(yè)危險(xiǎn)系數(shù)小，可靠性高；一次性采煤作業(yè)不需進(jìn)行回采，作業(yè)流程簡單；開采速度快，效率高，采煤含鉛塊等其他雜質(zhì)少；幾乎可以實(shí)現(xiàn)無人操作。

圖1 螺旋鉆機(jī)鉆采工作面布置示意圖

螺旋鉆機(jī)適用于煤與瓦斯突出等危險(xiǎn)的工作面。徐州礦務(wù)局采購一套螺旋鉆機(jī)采煤設(shè)備，應(yīng)用于其下屬韓橋煤礦，完全實(shí)現(xiàn)了地下無人作業(yè)及管理的自動(dòng)化作業(yè)方式，煤礦開采的安全性大大提高，避免了人員傷亡等情況的發(fā)生，踐行了國家提倡的“以人為本安全開采”的采煤作業(yè)，同時(shí)提高了該礦區(qū)的煤炭開采率。

隨著更高產(chǎn)高效、自動(dòng)化更高、適應(yīng)更好、配套設(shè)備更加齊全的螺旋鉆采煤技術(shù)的發(fā)展，將大大提高薄煤層的開采效率。

3 薄煤層機(jī)械化采煤技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

為了提高薄煤層礦區(qū)的生產(chǎn)效率和煤炭資源的產(chǎn)量，提高煤礦井下開采作業(yè)的安全性和可靠性，實(shí)現(xiàn)井下無人化開采作業(yè)，薄煤層采煤技術(shù)應(yīng)該向著更高產(chǎn)高效、自動(dòng)化程度更高、更高可靠性的方向發(fā)展。

一是將一些自動(dòng)化、智能化技術(shù)集成應(yīng)用在煤炭開采機(jī)械設(shè)備中，比如工作面的三維定位技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)、煤巖自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、自動(dòng)找直技術(shù)及相關(guān)輔助機(jī)構(gòu)等。

二是建立對(duì)液壓支架、采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)等綜采成套設(shè)備的計(jì)算機(jī)遠(yuǎn)程集中協(xié)同控制的控制基地，將井下作業(yè)設(shè)備整個(gè)作業(yè)流程形成程序化、智能化作業(yè)，實(shí)現(xiàn)地面控制、地下無人的管理作業(yè)模式。

三是薄煤采煤機(jī)要向大功率、電牽引方向發(fā)展，在技術(shù)可行、成本可控制的范圍之內(nèi)提高其適應(yīng)性。采用交流變頻調(diào)速牽引技術(shù)，用集成化程度高、更輕巧、體積小的新型變頻器取代傳統(tǒng)變壓器等電器控制裝置，結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，機(jī)身長度變短，提高了采煤機(jī)對(duì)薄煤層特殊煤層環(huán)境的適應(yīng)性。液壓支架要向電液一體化控制方向發(fā)展，集成基于圖像識(shí)別的煤巖識(shí)別技術(shù)，在采煤過程中能夠?qū)崿F(xiàn)液壓支架對(duì)煤巖界面的自動(dòng)識(shí)別，并能夠滿足工作智能化判別運(yùn)行補(bǔ)償位移。刮板運(yùn)輸機(jī)要向矮型重型耐磨方向發(fā)展，能夠很好適應(yīng)小煤層厚度及頂板起伏變動(dòng)大的特殊環(huán)境，減小故障率，提高其可靠性。

4 結(jié)語

提高薄煤采煤機(jī)械設(shè)備的智能化、自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)操控方式和設(shè)備功能自動(dòng)檢測報(bào)警停機(jī)及故障判別診斷的自動(dòng)化，保證設(shè)備運(yùn)行的可靠性和安全性，實(shí)現(xiàn)作業(yè)面的無人化，提高煤炭開采的經(jīng)濟(jì)效益。