薄煤層智能成套綜采設(shè)備選型

黃越田 宋永哲

摘?要：目前我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，煤炭企業(yè)為我國發(fā)展做出了很大貢獻(xiàn)。為了有效解決薄煤層開采存在的諸多問題，開發(fā)一套鏈牽引薄煤層采煤、運(yùn)輸、支護(hù)、集中控制為一體的成套裝備，通過智能自移設(shè)備列車、地面井下智能集中控制中心及采煤機(jī)，完成等高切割、地面遠(yuǎn)程控制、工作面智能巡檢等功能，完成割煤、牽引、運(yùn)輸、移架、推溜、動(dòng)力設(shè)備列車協(xié)同循環(huán)控制，實(shí)現(xiàn)了薄煤層無人化開采。

關(guān)鍵詞：薄煤層;智能成套綜采設(shè)備;選型

引言

高產(chǎn)高效薄煤層綜采工作面，配套的液壓支架、采煤機(jī)、輸送機(jī)及其他輔助設(shè)備，必須能夠根據(jù)工作面煤層賦存條件實(shí)現(xiàn)自主耦合和協(xié)同運(yùn)轉(zhuǎn)。這就要求工作面各設(shè)備控制系統(tǒng)高度集中，以保證各設(shè)備系統(tǒng)之間協(xié)調(diào)和交互暢通。因此，采用1家企業(yè)統(tǒng)一提供成套智能一體化裝備，綜合考慮采煤機(jī)、輸送機(jī)、支架等的選型和配合尺寸，從整個(gè)系統(tǒng)層面進(jìn)行優(yōu)化，運(yùn)用于薄煤層工作面，以取得好的效果。

1綜采自動(dòng)化發(fā)展概況

美國和澳大利亞煤礦開采自動(dòng)化水平普遍較高，自20世紀(jì)80年代起，就建立了“一井一面”高效集約化的長壁開采模式，在工作面采用了計(jì)算機(jī)技術(shù)、大功率變頻牽引采煤機(jī)控制技術(shù)、液壓支架電液控制技術(shù)、刮板輸送機(jī)軟啟動(dòng)和變頻技術(shù)，逐步實(shí)現(xiàn)了工作面少人操作自動(dòng)化采煤，每個(gè)生產(chǎn)班工作面全員僅有6～8人。我國自2000年以來，逐步引進(jìn)和創(chuàng)新高效集約化現(xiàn)代化礦井生產(chǎn)模式，發(fā)展高端綜采裝備，開發(fā)應(yīng)用自動(dòng)化和智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)井下工作面少人化高效生產(chǎn)，在薄煤層和大傾角等復(fù)雜難采煤層綜采、大采高、特厚煤層綜采放頂煤開采技術(shù)水平方面走在了世界前列。

國際煤礦綜采裝備制造商經(jīng)過了市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng)的優(yōu)勝劣汰和多輪兼并重組，形成了JOY、Eickhoff、CAT等高端設(shè)備制造商，其產(chǎn)品在可靠性和自動(dòng)化、智能化程度方面達(dá)到了很高水平。在采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架等設(shè)備實(shí)現(xiàn)高可靠性單機(jī)自動(dòng)控制功能的基礎(chǔ)上，通過工作面“三機(jī)”與巷道監(jiān)控中心聯(lián)網(wǎng)、通信，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心對(duì)“三機(jī)”及井下環(huán)境安全信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制。

2薄煤層智能成套綜采設(shè)備選型

2.1雙滾筒采煤機(jī)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

雙滾筒采煤機(jī)主要由整體機(jī)身、滾筒、自動(dòng)隨機(jī)拖纜裝置、傳動(dòng)系統(tǒng)及鏈牽引裝置組成，采用分體式模塊化設(shè)計(jì)，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，前后共2個(gè)滾筒割煤，截割電動(dòng)機(jī)功率為450kW，采高范圍為1.0-1.8m，過煤高度為300mm，截深為630和800mm，整機(jī)長度為7500mm，機(jī)身高度為950mm，電源電壓為3300V，截割能力為1000t/h，牽引速度范圍為11.5-25.0m/min，采用水冷系統(tǒng)進(jìn)行冷卻，通過4G網(wǎng)絡(luò)控制平臺(tái)以及智能控制系統(tǒng)，將雙滾筒采煤機(jī)、視頻監(jiān)控慣導(dǎo)裝置、紅外傳感器等多設(shè)備連接，實(shí)現(xiàn)截割軌跡實(shí)時(shí)修正、三維空間運(yùn)行姿態(tài)快速調(diào)整、自動(dòng)記憶截割及超遠(yuǎn)距離控制等功能。

2.2螺旋鉆采煤機(jī)開采技術(shù)

薄煤層螺旋鉆無人工作面開采技術(shù)是指工人不進(jìn)入回采工作面，而是利用螺旋鉆采煤機(jī)在巷道內(nèi)完成工作面內(nèi)的破煤、裝煤、運(yùn)煤等各工序，使薄煤層工作面復(fù)雜的回采工藝簡(jiǎn)單化。老式三軸聯(lián)動(dòng)式螺旋鉆采煤機(jī)（引進(jìn)烏克蘭生產(chǎn)的BSHK—2DM），兩邊軸為可旋轉(zhuǎn)的螺旋鉆桿，用于向外排煤，中間軸為不可旋轉(zhuǎn)的通風(fēng)管道，用于向鉆孔內(nèi)通風(fēng)、供水。

由2臺(tái)110kW電動(dòng)機(jī)分別驅(qū)動(dòng)兩邊的螺旋桿鉆進(jìn)，中間鉆頭通過頭部齒輪傳動(dòng)箱由一側(cè)鉆桿提供動(dòng)力，實(shí)現(xiàn)三軸聯(lián)動(dòng)鉆進(jìn)。BSHK-2DM采煤機(jī)一次采寬2m，采深上采85m，下采45m，適用于0.6～1.0m煤層傾角15°以下的各種硬度薄煤層，單機(jī)設(shè)計(jì)日產(chǎn)量可達(dá)250～350t。

2.3刮板輸送機(jī)及控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

刮板輸送機(jī)主要由機(jī)頭、機(jī)尾、中部槽、過渡槽、輸送驅(qū)動(dòng)部及牽引驅(qū)動(dòng)部等組成，輸送部理論設(shè)計(jì)長度為330m，運(yùn)輸能力為1200t/h，變頻電動(dòng)機(jī)功率為2×750kW，工作電壓為3300V，規(guī)格為1750mm×850mm，水平彎曲±1°，垂直彎曲±3°，卸載方式為端部卸載。通過4G網(wǎng)絡(luò)控制平臺(tái)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、智能控制系統(tǒng)，以及壓力、速度、流量等傳感器，實(shí)時(shí)監(jiān)控刮板輸送機(jī)工作狀態(tài)，預(yù)判關(guān)鍵部件壽命，實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)工作面“三機(jī)”空間位置關(guān)系，保持刮板輸送機(jī)良好的直線度。中部槽采用整體鍛造工藝，以提高使用壽命。輸送驅(qū)動(dòng)部和牽引驅(qū)動(dòng)部與刮板輸送機(jī)垂直布置，降低了機(jī)頭和機(jī)尾的高度與長度，保持整個(gè)工作面等高割煤的工藝要求，驅(qū)動(dòng)部采用變頻一體機(jī)+減速器+液壓限矩器的傳動(dòng)方式。刮板鏈形式為中雙鏈，圓環(huán)鏈采用大直徑高強(qiáng)度扁平鏈。機(jī)尾設(shè)置自動(dòng)調(diào)節(jié)張緊裝置，維持刮板輸送機(jī)合理的張緊狀態(tài)，保持其正常運(yùn)輸能力。

2.4連續(xù)采煤機(jī)開采技術(shù)和裝備

在厚煤層中連續(xù)采煤機(jī)可以掘進(jìn)巷道（煤巷），為長壁工作面開采準(zhǔn)備，也可以進(jìn)行短壁開采，例如房柱式開采（條帶式、旺格維利和塊段式短壁開采方法），開采邊角煤、不規(guī)則煤層以及煤柱等。塊段式短壁開采，使用4臺(tái)履帶式行走液壓支架，采出率從40%或60%提高到75%。

隨著垮落法連續(xù)采煤機(jī)開采工藝的發(fā)展，在薄煤層和中厚煤層中同樣可以使用連續(xù)采煤機(jī)開采。國外不僅有成熟的連續(xù)采煤機(jī)系列產(chǎn)品（如小松Komatsu（JOY）、CAT、Sandvik、Eickhoff等公司的產(chǎn)品），而且后配套產(chǎn)品齊全，薄煤層連續(xù)采煤機(jī)產(chǎn)品系列化和成套化，開采技術(shù)應(yīng)用成熟。連續(xù)采煤機(jī)開采按照運(yùn)輸分為間斷和連續(xù)方式，連續(xù)運(yùn)輸開采產(chǎn)量提高1倍以上。國外CAT公司有薄煤層開采連續(xù)采煤機(jī)產(chǎn)品CM200系列，CM210最小采高達(dá)0.76m，已經(jīng)在0.86m厚的煤層開采實(shí)踐過。顯然國外已經(jīng)使用連續(xù)采煤機(jī)開采薄煤層，國內(nèi)還沒有應(yīng)用和發(fā)展，采用薄煤層線性支架垮落法開采，采區(qū)采出率會(huì)更高。JOY公司4FCT連續(xù)運(yùn)輸技術(shù)能有效增強(qiáng)開采作業(yè)安全和提高生產(chǎn)效率，在美國伊利諾伊州煤田安裝的4FCT用于房柱式開采，煤層采高2.4m，最高月產(chǎn)量達(dá)到182300t。美國GE公司研制的F330薄煤層連續(xù)采煤機(jī)最小可采0.61m厚煤層，其霍爾馬克連運(yùn)系統(tǒng)高度達(dá)到0.66m以及其生產(chǎn)的薄煤層鏟運(yùn)車等，已經(jīng)將薄煤層連續(xù)采煤機(jī)成套化。Eickhoff有連續(xù)采煤機(jī)系列產(chǎn)品，如CM2H-30采高1.4～3.0m;Sandvik沒有薄煤層產(chǎn)品。

3 結(jié)語

薄煤層成套智能一體化綜采裝備會(huì)隨著研發(fā)和應(yīng)用的持續(xù)深入，在我國薄煤層安全、綠色、高效、智能開采中作出更大貢獻(xiàn)。

參考文獻(xiàn)

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