短壁機(jī)械化成套裝備關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展

閻志偉

中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司 山西太原 030006

高效、安全的開采煤炭，并保證其回收率是我國(guó)在產(chǎn)業(yè)方面的重要政策，煤炭資源的合理開發(fā)及科學(xué)利用非常重要。在經(jīng)過(guò)不斷探索及實(shí)踐，形成了一種短壁開采技術(shù)體系，其與掘采一體機(jī)、連續(xù)采煤機(jī)以及單滾筒、短機(jī)身的采煤機(jī)作為核心在這之中最成熟的是龍頭為采煤機(jī)的短壁機(jī)械化成套裝備與其關(guān)鍵技術(shù)，這一技術(shù)的工藝基礎(chǔ)是旺格維利采煤法，其主要特點(diǎn)是配套靈活、采掘合一、高效安全以及適應(yīng)能力強(qiáng)等，采出率平均可達(dá)到70%。本文主要研究這一成套裝備的關(guān)鍵技術(shù)。這一技術(shù)能夠補(bǔ)充長(zhǎng)壁綜采技術(shù)，可以開采長(zhǎng)壁開采后形成的殘留煤柱、殘采區(qū)與無(wú)法用長(zhǎng)壁設(shè)備工作的不規(guī)則塊段以及“三下”壓煤，以此將資源回收率有效提高。此外，可在技術(shù)方面支撐我國(guó)機(jī)械化開采煤礦，轉(zhuǎn)變機(jī)械化程度低、安全狀況差、人員勞動(dòng)強(qiáng)度大以及嚴(yán)重資源破壞等情況，保證開采的高效性和安全性[1]。

1 關(guān)鍵技術(shù)現(xiàn)狀

短壁工作面存在著空間狹小、頻繁調(diào)動(dòng)設(shè)備以及地質(zhì)條件復(fù)雜等問(wèn)題，這將增加通風(fēng)以及安全管理的難度，而使用短壁機(jī)械化裝備關(guān)鍵技術(shù)的難度也會(huì)增加。

1.1 截割技術(shù)

短壁工作面地質(zhì)構(gòu)造比較復(fù)雜，主要類型有褶皺、斷層和裂隙等，對(duì)于截割系統(tǒng)在過(guò)載能力以及生產(chǎn)效率有著較高的要求，針對(duì)這一要求我國(guó)研究制作出重載、體積小、比功率大、橫軸式的截割減速器，其能有效應(yīng)對(duì)保護(hù)機(jī)電多重截割系統(tǒng)技術(shù)以及寬截、大截的齒排列技術(shù)等問(wèn)題，研制出截割機(jī)構(gòu)的截割功率為340kW[2]。

1.2 行走技術(shù)

因?yàn)槎瘫诠ぷ髅嬗兄^小空間，并且需要頻繁調(diào)動(dòng)設(shè)備，這對(duì)于采煤機(jī)的調(diào)速范圍、啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩有較高要求，并且其履帶行走裝置能夠反復(fù)啟停，梭車行走系統(tǒng)應(yīng)具有較小轉(zhuǎn)彎半徑和較強(qiáng)重載啟動(dòng)能力[3]。針對(duì)這一問(wèn)題，我國(guó)相應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)有重載軟啟動(dòng)技術(shù)、交流變頻調(diào)速技術(shù)、全輪轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、高可靠性制動(dòng)系統(tǒng)、行星傳動(dòng)技術(shù)、重載輪邊減速器等。

1.3 輸送技術(shù)

短壁輸送系統(tǒng)主要特點(diǎn)是運(yùn)輸量大、輸送點(diǎn)多及換向頻繁等，這可使用擺動(dòng)式的刮板輸送機(jī)之中的凸輪補(bǔ)償技術(shù)、刮板全向縱橫的擺動(dòng)輸送技術(shù)來(lái)應(yīng)對(duì)，底板起伏及巷道轉(zhuǎn)彎功能適應(yīng)性較強(qiáng)、同步行走式、多轉(zhuǎn)向、長(zhǎng)距離的連續(xù)運(yùn)輸系統(tǒng)，采煤機(jī)通過(guò)雙輸出的裝運(yùn)減速器和精密套筒輸送等技術(shù)[4]。

1.4 防治粉塵技術(shù)

采煤機(jī)按照機(jī)載濕式的除塵系統(tǒng)，通過(guò)全風(fēng)壓結(jié)合局部通風(fēng)機(jī)的局部通風(fēng)技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)降塵，一般其綜合除塵效率能夠超過(guò)97%。此外，國(guó)產(chǎn)錨桿鉆車?yán)谜婵肇?fù)壓集成式的三級(jí)除塵技術(shù)，其除塵效率能夠超過(guò)95%。呼吸性粉塵將比1.5mg/m3小，噪聲指標(biāo)低于90dB。

1.5 控制頂板技術(shù)

我國(guó)短壁工作面沒(méi)有良好支護(hù)水平，通常采場(chǎng)內(nèi)使用留大尺寸煤柱以及留煤皮等方式管理支巷頂板，會(huì)使懸頂存在極大安全隱患，并且回收率低。針對(duì)這一情況，我國(guó)能應(yīng)對(duì)履帶行走式的支架穩(wěn)定性、控制支架跑偏以及確定支護(hù)參數(shù)等技術(shù)難題，研制出履帶行走式支架。一般情況下使用錨桿、錨索、網(wǎng)組合的支護(hù)技術(shù)管理短壁工作區(qū)主、輔運(yùn)巷頂板，成功研制錨桿鉆車可改變?cè)締误w錨桿鉆機(jī)產(chǎn)生較大勞動(dòng)強(qiáng)度以及較低錨護(hù)效率等難題，可滿足一人多機(jī)的要求?，F(xiàn)階段，錨護(hù)范圍最大可達(dá)30m2，可使用多臂多排的平行錨護(hù)技術(shù)等關(guān)鍵技術(shù)。

2 關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展

2.1 深入研究關(guān)鍵技術(shù)

未來(lái)應(yīng)加強(qiáng)攻關(guān)關(guān)鍵元部件，研究提升成套裝備可靠性的技術(shù)。將人員識(shí)別跟蹤技術(shù)、防撞技術(shù)、訓(xùn)練模擬技術(shù)等智能型、安全型技術(shù)的攻關(guān)力度加大，研究短壁工作面環(huán)境、采煤以及安全的協(xié)調(diào)開采技術(shù)。完善構(gòu)建短壁機(jī)械成套裝備的體系，實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)、規(guī)范檢驗(yàn)和科學(xué)配套。

2.2 單體裝備差異化

我國(guó)煤礦具有多樣的地質(zhì)構(gòu)造，根據(jù)其這一特征，來(lái)系統(tǒng)開發(fā)連續(xù)采煤機(jī)和配套裝備，將其適應(yīng)范圍拓寬，特別是加快研發(fā)薄煤層裝備的進(jìn)程。與此同時(shí)，重點(diǎn)研發(fā)高效截割技術(shù)、掘錨機(jī)組以及綜合化的掘進(jìn)機(jī)組[5]。

2.3 多樣的配套方式

基于短壁機(jī)械化裝備技術(shù)研制快速、高效的掘進(jìn)系統(tǒng)，這一系統(tǒng)應(yīng)用掘錨平行以及連續(xù)運(yùn)輸理念，月進(jìn)尺達(dá)到2500m。除此之外，可開發(fā)錨桿轉(zhuǎn)載機(jī)組能夠應(yīng)對(duì)錨護(hù)以及輸送無(wú)法同巷作業(yè)難題，基于現(xiàn)有技術(shù)進(jìn)行有益嘗試以及突破。

2.4 實(shí)現(xiàn)成套裝備的智能化

我國(guó)為了實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)需要滿足短壁工作面無(wú)人化以及少人化的開采要求，應(yīng)用多傳感器融合技術(shù)、錨護(hù)技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)、識(shí)別煤巖技術(shù)以及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等技術(shù)，可促進(jìn)短壁機(jī)械化智能化發(fā)展[6]。

3 結(jié)語(yǔ)

最近幾年，煤炭科技的創(chuàng)新體系不斷完善，這大幅度提升了短壁機(jī)械化裝備水平，其裝備關(guān)鍵技術(shù)獲得重大突破，能夠打破發(fā)達(dá)國(guó)家壟斷短壁裝備技術(shù)的局面，促進(jìn)國(guó)產(chǎn)短壁機(jī)械化裝備發(fā)展，可支撐建設(shè)高效、大規(guī)模、集約型的礦井群，并實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級(jí)，確保國(guó)民經(jīng)濟(jì)快速、穩(wěn)定發(fā)展。我國(guó)發(fā)展煤炭工業(yè)的目標(biāo)是打造有較高回收率、較少環(huán)境污染以及良好經(jīng)濟(jì)效益的煤炭工業(yè)體系，其中短壁機(jī)械化技術(shù)能夠發(fā)揮出非常關(guān)鍵的作用。針對(duì)這一情況，我國(guó)需要提升短壁機(jī)械化裝備及技術(shù)水平。