煤礦綜合機(jī)械化采煤設(shè)備與工藝的應(yīng)用分析

張金寶，陳旭，張朋

（兗礦能源集團(tuán)股份有限公司濟(jì)寧二號(hào)煤礦，山東 濟(jì)寧 272072）

煤炭作為全球最重要的能源資源之一，在能源供應(yīng)和工業(yè)發(fā)展中具有重要地位。然而，傳統(tǒng)的人工采煤方式存在效率低下、勞動(dòng)強(qiáng)度高和安全風(fēng)險(xiǎn)大的問(wèn)題。為了提高采煤效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度并保障礦工安全，煤礦綜合機(jī)械化采煤技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。該技術(shù)通過(guò)應(yīng)用先進(jìn)的設(shè)備和工藝，實(shí)現(xiàn)了煤炭開(kāi)采的自動(dòng)化和機(jī)械化，為煤炭行業(yè)帶來(lái)了重大變革。

1 煤礦綜合機(jī)械化采煤設(shè)備分析

1.1 轉(zhuǎn)載機(jī)

煤礦綜合機(jī)械化采煤是指利用現(xiàn)代化機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)采煤過(guò)程中的裝運(yùn)、支護(hù)、通風(fēng)等工作的采煤方式。其中，轉(zhuǎn)載機(jī)作為重要的裝運(yùn)設(shè)備，在提高采煤效率、降低勞動(dòng)強(qiáng)度和保障礦工安全方面發(fā)揮著重要作用。轉(zhuǎn)載機(jī)運(yùn)作前需要進(jìn)行必要的準(zhǔn)備工作。首先，檢查轉(zhuǎn)載機(jī)的各項(xiàng)部件是否正常運(yùn)行，如液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等。其次，對(duì)轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)行潤(rùn)滑和加油，確保設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。轉(zhuǎn)載機(jī)通過(guò)礦井的巷道進(jìn)入采煤工作面。在進(jìn)入前，操作人員需要了解工作面的情況，包括煤層的傾角、頂板情況等，以便進(jìn)行合理的作業(yè)計(jì)劃。轉(zhuǎn)載機(jī)主要通過(guò)切割和鏟運(yùn)的方式進(jìn)行煤炭的挖掘，配備有切割頭和鏟斗，可以將煤炭切割成合適的大小，并將其裝入鏟斗中。轉(zhuǎn)載機(jī)裝滿(mǎn)鏟斗后，將煤炭運(yùn)輸?shù)竭\(yùn)輸車(chē)輛或運(yùn)輸帶上。這通常需要通過(guò)轉(zhuǎn)載機(jī)的行走和轉(zhuǎn)動(dòng)功能，使鏟斗的出料口對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)裝載位置，然后傾倒煤炭。當(dāng)采煤工作完成后，轉(zhuǎn)載機(jī)從采煤工作面返回巷道。操作人員需要對(duì)轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)行清洗和檢查，以確保下次作業(yè)的順利進(jìn)行。煤礦采煤工作環(huán)境復(fù)雜，對(duì)人工采煤的身體要求很高。轉(zhuǎn)載機(jī)的運(yùn)用可以減輕礦工的勞動(dòng)強(qiáng)度，降低工傷風(fēng)險(xiǎn)，提高勞動(dòng)條件。并且采煤工作面存在瓦斯、煤塵等安全隱患，采用轉(zhuǎn)載機(jī)進(jìn)行采煤可以減少礦工的直接接觸，降低安全風(fēng)險(xiǎn)，提高采煤作業(yè)的安全性。

1.2 輸送設(shè)備

在煤礦綜合機(jī)械化采煤中，輸送設(shè)備主要負(fù)責(zé)將挖掘出的煤炭從采煤工作面或轉(zhuǎn)載機(jī)等裝載設(shè)備上運(yùn)輸?shù)侥繕?biāo)位置，如煤炭堆放區(qū)、煤炭清洗廠(chǎng)等。輸送設(shè)備首先接收來(lái)自挖掘設(shè)備或轉(zhuǎn)載機(jī)的煤炭，可以通過(guò)各種方式，如輸送帶、槽式輸送機(jī)、鏈?zhǔn)捷斔蜋C(jī)等進(jìn)行裝載。這些設(shè)備能夠有效地將煤炭從挖掘設(shè)備或轉(zhuǎn)載機(jī)上卸載到輸送設(shè)備上，并保持連續(xù)的物料流動(dòng)。通過(guò)運(yùn)輸帶、輸送管道或鏈條等輸送介質(zhì)將煤炭從裝載點(diǎn)輸送到目標(biāo)位置。這些輸送設(shè)備通常由電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)傳動(dòng)裝置將動(dòng)力傳遞給輸送帶或鏈條，以便推動(dòng)煤炭的運(yùn)輸。將煤炭運(yùn)送到目標(biāo)位置后，需要進(jìn)行卸載。這可以通過(guò)卸料口、傾倒機(jī)構(gòu)或其他相應(yīng)的裝置實(shí)現(xiàn)。輸送設(shè)備的設(shè)計(jì)和配置應(yīng)使煤炭能夠順利卸載到指定位置，確保整個(gè)卸煤過(guò)程的高效性和安全性。輸送設(shè)備的功率隨著輸送物料的質(zhì)量和數(shù)量的增加而增加。較大的負(fù)載需要更大的功率來(lái)推動(dòng)輸送帶或鏈條的運(yùn)轉(zhuǎn)。一臺(tái)輸送設(shè)備的平均功率消耗在1～10kW之間，具體數(shù)值取決于設(shè)備的類(lèi)型、尺寸和工作條件等因素。同時(shí)，高效地輸送設(shè)備可以降低能源消耗，提高煤礦綜合機(jī)械化采煤系統(tǒng)的整體效率。

1.3 液壓支架

液壓支架作為一種關(guān)鍵設(shè)備，承擔(dān)著支撐煤炭層、保護(hù)礦工和設(shè)備的重要職責(zé)。液壓支架進(jìn)入采煤工作面后，通過(guò)液壓缸的伸縮調(diào)整支架高度。這是為了適應(yīng)不同煤層的傾角和厚度，并保持工作面的穩(wěn)定性。液壓支架的主要作用是支撐煤炭層，防止頂板下沉和坍塌。通過(guò)調(diào)整支柱的位置和壓力，液壓支架可以有效地支撐煤炭層，保護(hù)礦工和設(shè)備的安全?，F(xiàn)代液壓支架通常具備自動(dòng)化控制功能，可以根據(jù)工作面的需要進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。通過(guò)傳感器和控制系統(tǒng)，液壓支架可以實(shí)現(xiàn)智能化操作，提高采煤效率和安全性。根據(jù)不同的煤礦工作條件和要求，液壓支架具有多種型號(hào)和規(guī)格。常見(jiàn)的液壓支架型號(hào)包括ZMJ、DWY、GJK等，其中ZMJ型號(hào)是較為常用的一種。在液壓支架的參數(shù)調(diào)節(jié)方面，關(guān)鍵的參數(shù)包括支柱壓力、伸縮速度和工作面的水平位置。這些參數(shù)的調(diào)節(jié)可以根據(jù)工作面的具體情況進(jìn)行優(yōu)化，以提高支架的穩(wěn)定性和工作效率。液壓支架的承載能力通常在500～2000t，而最大的伸縮行程可達(dá)到3mm以上。

1.4 移動(dòng)變電站和乳化液泵站

移動(dòng)變電站主要負(fù)責(zé)將輸送線(xiàn)路的高壓電能轉(zhuǎn)換為適合采煤機(jī)械設(shè)備使用的低壓電能。移動(dòng)變電站需要與輸送線(xiàn)路連接，接收高壓電能。通過(guò)連接電纜和開(kāi)關(guān)設(shè)備，將輸送線(xiàn)路的高壓電能引入變電站。變壓器是關(guān)鍵設(shè)備，可以將電壓適配到采煤機(jī)械設(shè)備所需的工作電壓范圍。經(jīng)過(guò)變壓器變換后，移動(dòng)變電站輸出適合采煤機(jī)械設(shè)備使用的低壓電能。這些低壓電能通過(guò)電纜輸送到采煤機(jī)械設(shè)備，為其提供可靠的電力供應(yīng)。乳化液泵站主要用于向采煤工作面輸送乳化液，用于防塵、噴霧冷卻、濕法降塵等作業(yè)。乳化液泵站需要與儲(chǔ)液罐或乳化液供應(yīng)管道連接，接收乳化液。通過(guò)連接管道和閥門(mén)設(shè)備，將乳化液引入泵站。通過(guò)泵送設(shè)備將乳化液從儲(chǔ)液罐或供應(yīng)管道中抽取，并通過(guò)管道輸送到采煤工作面。泵送設(shè)備通常由離心泵或柱塞泵等組成。根據(jù)工作面地需要，控制噴灑裝置和閥門(mén)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)乳化液的噴霧冷卻、防塵噴灑等作業(yè)。根據(jù)不同的煤礦工作條件和要求，常見(jiàn)的型號(hào)包括移動(dòng)變電站的KYN28型、KYTX型，以及乳化液泵站的JHCB型、JCY型等。這些設(shè)備具有不同的規(guī)格和功能，可以根據(jù)具體的應(yīng)用需求進(jìn)行選擇。移動(dòng)變電站的輸出功率通常在500～2000kVA，而乳化液泵站的流量通常在20～200m3/h。

1.5 采煤機(jī)

在綜合機(jī)械化采煤系統(tǒng)中，采煤機(jī)作為核心設(shè)備，承擔(dān)著煤炭開(kāi)采和切割的重要任務(wù)。采煤機(jī)主要通過(guò)切割和裝運(yùn)的方式進(jìn)行煤炭的開(kāi)采，配備有切割頭，通過(guò)切割裝置將煤炭切割成合適的大小。切割頭通常由多個(gè)刀盤(pán)組成，可以快速而有效地切割煤炭。通過(guò)輸送帶或鏈條等裝運(yùn)設(shè)備，將切割好的煤炭運(yùn)送到運(yùn)輸車(chē)輛或運(yùn)輸帶上。這需要采煤機(jī)的行走和轉(zhuǎn)動(dòng)功能，使裝運(yùn)設(shè)備對(duì)準(zhǔn)目標(biāo)裝載位置，然后將煤炭裝載。當(dāng)采煤工作完成后，采煤機(jī)從采煤工作面返回巷道。操作人員需要對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行清洗和檢查，以確保下次作業(yè)的順利進(jìn)行。根據(jù)不同的煤礦工作條件和要求，常見(jiàn)的采煤機(jī)型號(hào)包括割煤機(jī)、滾筒式采煤機(jī)、鏈條式采煤機(jī)等。這些設(shè)備具有不同的結(jié)構(gòu)和功能，可以根據(jù)具體的煤層特點(diǎn)和工作面情況進(jìn)行選擇。切割高度通常在1.8～4.0m。切割能力通常在100～600t/h。

2 煤礦綜合機(jī)械化采煤工藝的應(yīng)用分析

2.1 薄煤層綜采工藝

薄煤層綜合機(jī)械化采煤工藝是一種適用于薄煤層開(kāi)采的高效、安全的采煤工藝。傳統(tǒng)的手工采煤方式在薄煤層中存在很多難題，如作業(yè)空間狹小、作業(yè)面積限制、安全風(fēng)險(xiǎn)高等。而薄煤層綜合機(jī)械化采煤工藝通過(guò)采用特殊設(shè)計(jì)的采煤機(jī)和輔助設(shè)備，有效克服了這些問(wèn)題。在薄煤層綜采工藝中，常用的采煤機(jī)包括割煤機(jī)和滾筒式采煤機(jī)。割煤機(jī)采用切割和裝運(yùn)的方式進(jìn)行煤炭的開(kāi)采，適用于低強(qiáng)度和薄煤層。滾筒式采煤機(jī)通過(guò)滾筒的滾動(dòng)和刮板的刮取，將煤炭刮下，并通過(guò)輸送帶或鏈條進(jìn)行裝運(yùn)。這些采煤機(jī)具有小巷道適應(yīng)性強(qiáng)、作業(yè)效率高的特點(diǎn)，能夠適應(yīng)薄煤層的特殊條件。薄煤層綜合機(jī)械化采煤工藝的應(yīng)用帶來(lái)了多重好處。首先，它大大提高了采煤效率，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)開(kāi)采出更多的煤炭。其次，它減少了人力投入，降低了礦工的勞動(dòng)強(qiáng)度和工傷風(fēng)險(xiǎn)。此外，薄煤層綜合機(jī)械化采煤工藝還能減少煤礦事故的發(fā)生率，提高采煤作業(yè)的安全性。

2.2 長(zhǎng)臂綜合機(jī)械化采煤工藝

長(zhǎng)臂綜合機(jī)械化采煤工藝是一種適用于煤炭礦井底部或高傾角煤層開(kāi)采的工藝。傳統(tǒng)的人工采煤方式在這些情況下存在很多困難，如礦井底部空間狹小、頂板條件差、安全風(fēng)險(xiǎn)高等。而長(zhǎng)臂綜合機(jī)械化采煤工藝通過(guò)采用具有延伸式臂架的采煤機(jī)和輔助設(shè)備，有效地解決了這些問(wèn)題。采煤機(jī)通常搭配延伸式臂架，可以延伸到較遠(yuǎn)的距離，實(shí)現(xiàn)煤炭的開(kāi)采。采煤機(jī)通常還配備有剪切頭和裝載設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)煤炭的切割和裝運(yùn)。這種工藝適用于礦井底部或高傾角煤層，能夠在較為惡劣的條件下進(jìn)行高效的采煤作業(yè)。

2.3 巷道布置技術(shù)

巷道布置技術(shù)主要包括巷道寬度、高度、坡度、交通通道和供電通道等方面的設(shè)計(jì)和安排。合理的巷道布置能夠提供安全、高效的工作環(huán)境，確保機(jī)械設(shè)備的順利運(yùn)行和礦工的安全作業(yè)。巷道寬度應(yīng)能夠容納機(jī)械設(shè)備的通行和操作，同時(shí)保證礦工的安全作業(yè)。根據(jù)煤炭開(kāi)采地需求和機(jī)械設(shè)備的尺寸，巷道寬度通常在4～6m。巷道高度應(yīng)滿(mǎn)足機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行和煤炭的采運(yùn)需求，同時(shí)保證礦工的安全作業(yè)。根據(jù)機(jī)械設(shè)備的高度和煤炭層的厚度，巷道高度通常在2.5～3.5m。坡度的設(shè)置應(yīng)能夠保證煤炭順利運(yùn)輸和機(jī)械設(shè)備的正常工作。坡度的選擇應(yīng)根據(jù)煤層傾角、機(jī)械設(shè)備的適應(yīng)范圍和采煤工藝的要求等因素綜合考慮。交通通道和供電通道是巷道布置中的重要部分。交通通道應(yīng)設(shè)計(jì)為安全、暢通的通行道路，方便機(jī)械設(shè)備和人員進(jìn)出采煤工作面。供電通道應(yīng)確保機(jī)械設(shè)備的電力供應(yīng)和照明等需求，同時(shí)考慮防火、防爆等安全要求。

2.4 煤礦集中化開(kāi)采技術(shù)

在綜合機(jī)械化采煤系統(tǒng)中，集中化開(kāi)采技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高效、連續(xù)煤炭開(kāi)采的關(guān)鍵。集中化開(kāi)采技術(shù)的核心思想是通過(guò)集中布置和調(diào)度多臺(tái)采煤設(shè)備，同時(shí)對(duì)煤炭開(kāi)采過(guò)程進(jìn)行協(xié)調(diào)管理，實(shí)現(xiàn)煤炭的高效開(kāi)采。通過(guò)合理的礦井布局，將多臺(tái)采煤機(jī)和輔助設(shè)備集中安置在同一工作面上。這樣可以減少設(shè)備之間的重復(fù)工作，提高設(shè)備的利用率，并且減少設(shè)備的行走和轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)間，進(jìn)一步提高采煤效率。對(duì)作業(yè)面的劃分和管理，實(shí)現(xiàn)多臺(tái)采煤機(jī)的協(xié)調(diào)作業(yè)。根據(jù)煤層特點(diǎn)和采煤機(jī)的工作能力，合理安排采煤機(jī)的工作順序和工作范圍，避免重復(fù)開(kāi)采和空白開(kāi)采，提高采煤的連續(xù)性和效率。為了支持多臺(tái)采煤機(jī)的集中化開(kāi)采，供電和通風(fēng)系統(tǒng)需要進(jìn)行相應(yīng)的優(yōu)化。通過(guò)合理布置變電站和風(fēng)機(jī)站，保證采煤機(jī)的電力供應(yīng)和通風(fēng)條件，提高采煤機(jī)的工作效率和礦工的安全作業(yè)環(huán)境。集中化開(kāi)采技術(shù)在提高采煤效率和優(yōu)化礦井布局方面具有顯著的優(yōu)勢(shì)。通過(guò)集中布置多臺(tái)采煤機(jī)，可以實(shí)現(xiàn)煤炭的高效開(kāi)采和連續(xù)供應(yīng)，大大提高了采煤效率。據(jù)統(tǒng)計(jì)，采用集中化開(kāi)采技術(shù)的煤礦，在同等工作面長(zhǎng)度下，采煤效率相比傳統(tǒng)方式提高了30%以上。

2.5 放項(xiàng)煤綜合機(jī)械化采煤工藝

放項(xiàng)煤是指煤礦開(kāi)采過(guò)程中不可避免地產(chǎn)生的薄煤層或質(zhì)量較差的煤炭。傳統(tǒng)的采煤方式難以有效開(kāi)采和利用放項(xiàng)煤，而放項(xiàng)煤綜合機(jī)械化采煤工藝的應(yīng)用可以有效解決這一難題。放項(xiàng)煤綜合機(jī)械化采煤工藝是指通過(guò)采用特殊設(shè)計(jì)的采煤機(jī)和輔助設(shè)備，對(duì)放項(xiàng)煤進(jìn)行高效開(kāi)采和利用的技術(shù)。針對(duì)放項(xiàng)煤的特點(diǎn)，選擇合適的采煤機(jī)進(jìn)行開(kāi)采。常見(jiàn)的采煤機(jī)包括割煤機(jī)、滾筒式采煤機(jī)等。割煤機(jī)適用于低強(qiáng)度和薄煤層，而滾筒式采煤機(jī)適用于較厚的放項(xiàng)煤層。根據(jù)放項(xiàng)煤的特點(diǎn)和工作面的要求，調(diào)節(jié)采煤機(jī)的參數(shù)以實(shí)現(xiàn)最佳的開(kāi)采效果。參數(shù)包括切割高度、切割能力、切割速度等。通過(guò)合理的參數(shù)調(diào)節(jié)，可以提高采煤機(jī)的效率和質(zhì)量。熟練掌握采煤機(jī)的操控技術(shù)，包括操作規(guī)程、操作手冊(cè)和安全操作要求等。運(yùn)用合理的操作技術(shù)，可以提高放項(xiàng)煤的開(kāi)采效率和煤炭質(zhì)量。對(duì)開(kāi)采的放項(xiàng)煤進(jìn)行處理和利用，以提高煤炭資源的利用率。處理方法包括洗煤、選煤、破碎等，利用方式可以是發(fā)電、煤化工、建材等領(lǐng)域。放項(xiàng)煤綜合機(jī)械化采煤工藝的應(yīng)用帶來(lái)了多重好處。首先，它能夠?qū)崿F(xiàn)放項(xiàng)煤的高效開(kāi)采和利用，充分利用煤炭資源，減少浪費(fèi)。其次，放項(xiàng)煤綜合機(jī)械化采煤工藝減少了人工勞動(dòng)，降低了礦工的勞動(dòng)強(qiáng)度和工傷風(fēng)險(xiǎn)。此外，放項(xiàng)煤綜合機(jī)械化采煤工藝還能減少環(huán)境的影響，降低煤礦的碳排放和廢棄物產(chǎn)生。放項(xiàng)煤綜合機(jī)械化采煤工藝可以顯著提高放項(xiàng)煤的開(kāi)采率和煤炭回收率。在某些工程實(shí)踐中，采用放項(xiàng)煤綜合機(jī)械化采煤工藝，放項(xiàng)煤回收率可以達(dá)到80%以上，大大提高了煤炭資源的利用效率。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上，隨著煤礦綜合機(jī)械化采煤技術(shù)的不斷發(fā)展，設(shè)備性能和智能化水平將進(jìn)一步提升，為煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展提供了有力的支持。仍然需要不斷進(jìn)行研發(fā)和創(chuàng)新，進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)備與工藝的應(yīng)用，以滿(mǎn)足不斷變化的需求。相信通過(guò)不斷推進(jìn)煤礦綜合機(jī)械化采煤技術(shù)的應(yīng)用，將為煤炭行業(yè)帶來(lái)更加高效、安全和可持續(xù)的發(fā)展。