薄煤層智能化綜采工作面回采技術(shù)實(shí)踐

齊琦

摘 要：淮北礦業(yè)集團(tuán)朱莊煤礦3煤為平均采厚只有1.3m的薄煤層，受開(kāi)采空間的影響一直未進(jìn)行回采，隨著智能化工作面回采的發(fā)展，該礦在Ⅲ32上5綜采工作面引進(jìn)薄煤層智能化開(kāi)采設(shè)備，自動(dòng)化控制系統(tǒng)，達(dá)到了降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度、減少工作面用人、提高生產(chǎn)效率的目的，取得了很好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，可在淮北礦區(qū)薄煤層開(kāi)采中推廣應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：薄煤層;智能化開(kāi)采;自動(dòng)化控制;推廣應(yīng)用

引言

我國(guó)薄煤層資源儲(chǔ)量占已探明總資源儲(chǔ)量的20%，但受開(kāi)采空間的影響，薄煤層回采始終達(dá)不到高效生產(chǎn)的目標(biāo)。近年來(lái)，各級(jí)當(dāng)?shù)卣e極推進(jìn)智慧城市和智慧礦山建設(shè)，智能化工作面回采技術(shù)也逐步得以推廣應(yīng)用。采煤工作面智能化技術(shù)是傳感器技術(shù)、圖像分析技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)等一系列技術(shù)的高度集成，通過(guò)采用采煤機(jī)自主導(dǎo)航三機(jī)聯(lián)動(dòng)的自主控制，對(duì)設(shè)備系統(tǒng)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制等功能，實(shí)現(xiàn)采煤工作面的自動(dòng)化、智能化、安全化的高效開(kāi)采。采煤工作面智能化設(shè)備在煤炭行業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用極大地提高了生產(chǎn)效率，同時(shí)有效地降低了井下作業(yè)人員的安全風(fēng)險(xiǎn)，成為國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多煤炭企業(yè)的選擇，有力地推動(dòng)著煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，已成為煤炭行業(yè)未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

目前我國(guó)煤礦智能化開(kāi)采一般用于地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單，煤層賦存穩(wěn)定的中厚煤層，很少用于薄煤層開(kāi)采，淮北礦業(yè)集團(tuán)薄煤層資源儲(chǔ)量近4億噸，在薄煤層中采用智能化開(kāi)采，能夠有效緩解礦區(qū)資源匱乏的問(wèn)題，延長(zhǎng)礦區(qū)服務(wù)年限。

1.智能化工作面應(yīng)用情況

（1）工作面概況

朱莊煤礦Ⅲ32上5綜采工作面為Ⅲ2上采區(qū)右翼3煤層第三個(gè)區(qū)段，左至Ⅲ2上采區(qū)軌道下山，右至3煤層巖漿侵蝕邊界，下至Ⅲ42上7工作面采動(dòng)影響邊界，上區(qū)段Ⅲ32上3工作面尚未掘進(jìn)。

該工作面所采3煤，層位屬二疊系下統(tǒng)下石盒子組，煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，局部煤層中上部有一層炭質(zhì)泥巖夾矸，厚度0～0.2m，平均煤厚1.3m;煤層傾角平均6°，屬緩傾斜煤層;煤層賦存穩(wěn)定。工作面整體為一單斜構(gòu)造，整體趨勢(shì)呈里高外低，煤層地質(zhì)構(gòu)造簡(jiǎn)單;主要充水水源為3煤層頂?shù)装迳皫r裂隙水，工作面回采期間正常涌水量約0.7m3/h，最大涌水量約1.4m3/h。工作面設(shè)計(jì)可采走向長(zhǎng)663m，傾斜長(zhǎng)174m。

（2）工作面設(shè)備

Ⅲ32上5綜采工作面綜采設(shè)備：ZY5000-08/18D液壓支架，ZQL2×4000/18/35型超前支架，ZY6800-14/28型端頭支架，MG330/730-WD采煤機(jī)，刮板輸送機(jī)為SGZ-730/400型，機(jī)巷后段鋪設(shè)一部SZZ-830/315刮板轉(zhuǎn)載機(jī)和一部PLM-2000型破碎機(jī)，鋪設(shè)一部DSJ-150型膠帶輸送機(jī)運(yùn)煤。該工作面設(shè)備配套方案具有以下優(yōu)勢(shì)：

①支架采用箱體設(shè)計(jì)且配有伸縮粱，增強(qiáng)支架的臨時(shí)支護(hù)能力，克服了復(fù)合頂板條件下工作面端面距控制的難題;頂粱、掩粱側(cè)護(hù)板單獨(dú)控制，有利于支架調(diào)整狀態(tài)，提高支架對(duì)工作面地質(zhì)條件變化的適應(yīng)能力。

②采煤機(jī)截割功率達(dá)到330KW，對(duì)工作面地質(zhì)條件有良好的適應(yīng)性且能夠滿(mǎn)足工作面過(guò)斷層破巖需要;采煤機(jī)煤機(jī)機(jī)面高度0.85m，配備直徑1.15m滾筒，最低采高為1.2m，過(guò)煤高度0.285m，搖臂擺動(dòng)中心距3340mm，最大牽引速度7.2m/min，對(duì)煤層變化具有較好的適應(yīng)性且能保障工作面煤質(zhì)和生產(chǎn)穩(wěn)定。

2.綜采自動(dòng)化控制系統(tǒng)

3.回采存在的問(wèn)題及整改措施

（1）端部進(jìn)刀

在工作面調(diào)試生產(chǎn)過(guò)程中，為了確保調(diào)試進(jìn)度，技術(shù)人員將工作面分為上、中、下三個(gè)工藝段，其中中段為正常割煤段，上下段為上下端頭斜切進(jìn)刀段。在調(diào)試生產(chǎn)階段，工作面中段調(diào)試工作進(jìn)展順利，但是由于上下端頭的進(jìn)刀方式和頂板條件的特殊性，出現(xiàn)了煤機(jī)與支架互相干涉的現(xiàn)象。針對(duì)這一問(wèn)題，工程技術(shù)人員與生產(chǎn)一線(xiàn)職工進(jìn)行了廣泛的交流和討論，對(duì)集控中心的割煤程序進(jìn)行了多次調(diào)整，解決了端部進(jìn)刀困難的難題，大大提高了生產(chǎn)效率，確保了工作面的智能化運(yùn)轉(zhuǎn)。

（2）精確定位

煤機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)截割時(shí)，由于空載時(shí)煤機(jī)兩搖臂調(diào)高傳感器采集數(shù)據(jù)波動(dòng)范圍大，在自動(dòng)割煤時(shí)煤機(jī)兩搖臂會(huì)不斷自動(dòng)小范圍上下浮動(dòng)。割三角煤時(shí)，煤機(jī)是根據(jù)支架控制器中編碼器識(shí)別煤機(jī)具體位置（紅外設(shè)備→ 支架控制器→ 集控中心），割穿后，智能化不能識(shí)別現(xiàn)場(chǎng)頂?shù)装迩闆r，拾煤效果差，會(huì)造成抵車(chē)受阻、拉架不到，為了確保正常推進(jìn)需要在集控中心進(jìn)行人為修正，對(duì)工作面生產(chǎn)產(chǎn)生了較大的影響。經(jīng)過(guò)廣泛調(diào)研交流，最終確定了利用采煤機(jī)編碼器為主定位裝置，支架傳感器作為校核的定位方式，將原有的最大誤差2m以上控制到了0.15m以下，保證了工作面正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

（3）線(xiàn)纜保護(hù)

薄煤層智能化工作面各種攝像頭、本安電源、傳感器較多，傳輸線(xiàn)纜、電源線(xiàn)纜等各種型號(hào)電纜密布，為了避免支架拉移、人員通行等因素造成電纜損壞，經(jīng)過(guò)多次比較試驗(yàn)，確定了采用細(xì)麻繩外包電纜的保護(hù)方式，保障了工作面各類(lèi)數(shù)據(jù)的傳輸和生產(chǎn)供電安全。

（4）數(shù)據(jù)集成使用

利用兩巷超前支架加裝的壓力傳感器，實(shí)時(shí)完成兩巷超前管理段采動(dòng)壓力和支護(hù)強(qiáng)度的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，動(dòng)態(tài)掌握兩巷礦壓顯現(xiàn)規(guī)律;利用推移行程傳感器對(duì)工作面進(jìn)尺情況實(shí)時(shí)監(jiān)控，可以實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)化的調(diào)整工作面運(yùn)輸機(jī)曲直度和回采方向;利用支架內(nèi)安裝的平衡傳感器和壓力傳感器完成支架支護(hù)狀態(tài)監(jiān)控，動(dòng)態(tài)調(diào)整支架支護(hù)狀態(tài);利用通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、泵站等設(shè)備的電流、電壓、負(fù)荷、壓力等數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)控;利用設(shè)備狀態(tài)監(jiān)控軟件可以完成設(shè)備狀態(tài)的實(shí)時(shí)預(yù)警和故障提示、事件存儲(chǔ)，做到機(jī)電設(shè)備精細(xì)化管理。

4.應(yīng)用效果

智能化系統(tǒng)具有故障判定功能，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的精準(zhǔn)檢修;智能化系統(tǒng)具有“一鍵啟?！惫δ埽梢詫?shí)現(xiàn)崗位優(yōu)化配置，通過(guò)智能化綜采工藝的應(yīng)用，工作面生產(chǎn)工序由原來(lái)的3名煤機(jī)司機(jī)跟機(jī)操作、5名支架工分段跟機(jī)拉架，變?yōu)?人在順槽監(jiān)控中心遠(yuǎn)程操控;順槽設(shè)備控制由以往的1人就地控制變?yōu)檫h(yuǎn)程操控，將職工從有限、危險(xiǎn)的作業(yè)空間中解放出來(lái)，在降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度、節(jié)約人工的同時(shí)也大大提高了安全系數(shù);與原有生產(chǎn)工藝相比區(qū)隊(duì)生產(chǎn)人員減少50人，實(shí)現(xiàn)了減員提效。

薄煤層智能化工藝減少了回采期間人和機(jī)械造成的影響，提高了工時(shí)利用率，有利于綜合單產(chǎn)的提高，薄煤層智能化工藝達(dá)到了“煤厚即采高”的要求，有效地降低了工作面采高，大大的減少了破矸量，較以往薄煤層綜采裝備相比灰分降低10%以上，煤質(zhì)的提高有效的保障了礦井的經(jīng)營(yíng)效果。