薄煤層開采的自動(dòng)化技術(shù)解決途徑

李猛運(yùn)　李同卓　劉平

摘要：我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)存形式多樣化，且儲(chǔ)量豐富，根據(jù)煤層厚度劃分為極薄煤層、薄煤層、中厚煤層、厚煤層、特厚煤層五類。薄煤層煤炭?jī)?chǔ)存量所占比重較大，僅國(guó)有煤礦就占20%左右，地方煤礦薄煤層呈現(xiàn)分布廣泛、局部集中的局面，而且儲(chǔ)量遠(yuǎn)高于國(guó)有煤礦。文章介紹了薄煤層自動(dòng)化開采的特點(diǎn)、技術(shù)組成、解決途徑及存在的問題。

關(guān)鍵詞：薄煤層；煤炭開采；自動(dòng)化技術(shù)；煤炭?jī)?chǔ)存形式；采煤機(jī) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TD421 文章編號(hào)：1009-2374（2015）14-0163-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.081

我國(guó)煤炭?jī)?chǔ)存形式多樣化，且儲(chǔ)量豐富，根據(jù)煤層厚度劃分為極薄煤層、薄煤層、中厚煤層、厚煤層、特厚煤層五類。我國(guó)薄煤層煤炭?jī)?chǔ)存量所占比重較大，僅國(guó)有煤礦就占20%左右，地方煤礦薄煤層呈現(xiàn)分布廣泛、局部集中的局面，而且儲(chǔ)量遠(yuǎn)高于國(guó)有煤礦。

當(dāng)時(shí)開采技術(shù)局限，薄煤層一直開采緩慢，即便開采，也由于經(jīng)濟(jì)效益差，只開采很少一部分。薄煤層開采成為我國(guó)煤炭開采的瓶頸。在20世紀(jì)70年代以前，薄煤層開采的產(chǎn)量比重保持在16%～17%之間。

1 薄煤層開采歷史

我國(guó)煤炭的開采已有很久的歷史，我國(guó)各個(gè)煤礦的薄煤層的開采都相對(duì)較晚，主要經(jīng)歷了以下發(fā)展階段：以炮采工藝為主開采薄煤層始于20世紀(jì)50年代；60年代廣泛應(yīng)用深截煤機(jī)掏槽，爆破落煤技術(shù)；到20世紀(jì)70年代，隨著鋼絲繩牽引刨煤機(jī)、全液壓驅(qū)動(dòng)刨煤機(jī)和刮斗刨煤機(jī)等不同類型的刨煤機(jī)的研制成功，薄煤層機(jī)組得到大力發(fā)展；BM-100型薄煤層滾筒采煤機(jī)研制成功于1974年。天府礦務(wù)局和徐州礦務(wù)局在20世紀(jì)90年代分別從俄羅斯和烏克蘭引進(jìn)了螺旋鉆采煤機(jī)，新汶礦業(yè)集團(tuán)在2003年引進(jìn)了2臺(tái)三鉆頭的螺旋鉆采煤機(jī)。

此時(shí)，我國(guó)各煤礦的薄煤層、極薄煤層的煤炭得到了有效開采，打破了部分薄煤層利用傳統(tǒng)采煤工藝不能開采的僵局。

2 薄煤層開采的特點(diǎn)

2.1 薄煤層采煤的工藝特點(diǎn)

由于采煤機(jī)開采薄煤層時(shí)，采高較低，這種情況下，采煤機(jī)機(jī)身要足夠低，另外就是采煤機(jī)必需有不應(yīng)低于100～200kW足夠的功率；過煤和過機(jī)空間高度要足夠；為適應(yīng)煤層變化，機(jī)身應(yīng)盡可能短；盡可能不用人工在工作面開切口進(jìn)刀采煤；采煤機(jī)的結(jié)構(gòu)應(yīng)簡(jiǎn)單可靠，以便于安裝維護(hù)。為滿足這些要求，薄煤層采煤機(jī)分為爬底板式和騎輸送機(jī)式兩類。爬底板式采煤機(jī)機(jī)面高度低，機(jī)身位于滾筒開出的機(jī)道內(nèi)。對(duì)于厚度大于0.18～0.19m的煤層要用騎輸送機(jī)式采煤機(jī)開采，這種采煤機(jī)由輸送機(jī)機(jī)槽支承和導(dǎo)向。兩種采煤機(jī)在采高相同時(shí)，爬底板式采煤機(jī)過煤空間高，工作面過風(fēng)斷面大、工作安全，還可增大電機(jī)功率，生產(chǎn)能力較大，可用于開采0.16～0.18m的煤層。

2.2 薄煤層自動(dòng)化開采的兩種技術(shù)途徑

2.2.1 刨煤機(jī)綜采機(jī)組。刨煤機(jī)采煤是一種“淺截深、多循環(huán)”的采煤設(shè)備，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作可靠，便于維修，對(duì)薄煤層開采具有特有的優(yōu)勢(shì)，不僅能達(dá)到高產(chǎn)，也能最大限度地保證人身安全。因此，刨煤機(jī)是實(shí)現(xiàn)薄煤層高產(chǎn)高效的有效途徑。

提高刨煤機(jī)刨硬煤的能力和提高刨頭調(diào)向裝置的靈敏度可提高刨煤機(jī)的生產(chǎn)力。提高刨煤機(jī)刨硬煤的能力可通過增加刨煤機(jī)的裝機(jī)功率，提高部分元部件的可靠性來實(shí)現(xiàn)。

2003年8月，山西焦煤集團(tuán)馬蘭礦投產(chǎn)了一套全自動(dòng)刨煤機(jī)系統(tǒng)，開始了薄煤層無人工作面開采，最高日產(chǎn)可達(dá)6280t。

2.2.2 滾筒采煤機(jī)機(jī)組。目前滾筒采煤機(jī)自動(dòng)化割煤工藝主要有采煤機(jī)尾滾筒隨動(dòng)割煤和采煤機(jī)記憶割煤兩種。

3 自動(dòng)化技術(shù)的組成

3.1 采煤機(jī)程序控制自動(dòng)割煤技術(shù)

采煤機(jī)采用記憶割煤技術(shù)，通過示范刀學(xué)習(xí)，煤機(jī)自動(dòng)記錄工作面內(nèi)任一位置滾筒高度參數(shù)。

由采煤機(jī)上的搖臂角度傳感器來計(jì)算滾筒高度；左右牽引部D齒輪上安裝有速度傳感器，可以自動(dòng)計(jì)算煤機(jī)的位置和方向；記憶割煤時(shí)，根據(jù)記錄的滾筒軌跡，煤機(jī)可自動(dòng)調(diào)整滾筒高度并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)割煤；記憶割煤時(shí)，煤機(jī)會(huì)在程序預(yù)設(shè)位置自動(dòng)停機(jī)并調(diào)整滾筒高度，需要人工發(fā)出換向指令及給定牽引速度；煤機(jī)會(huì)自動(dòng)記錄煤機(jī)在不同位置煤層的傾角、起伏變化，通過參數(shù)設(shè)置可以對(duì)工作面規(guī)律性的變化進(jìn)行補(bǔ)償。

3.2 支架與采煤機(jī)聯(lián)動(dòng)技術(shù)

支架與采煤機(jī)聯(lián)動(dòng)技術(shù)的解決途徑：支架通過紅外線接收器接收煤機(jī)上紅外線發(fā)射器發(fā)射的信號(hào)確定煤機(jī)位置。按照預(yù)先設(shè)定的程序，支架可自動(dòng)完成移架和推溜。在工作面兩端頭，可以由程序控制自動(dòng)完成三角區(qū)內(nèi)支架的動(dòng)作。每臺(tái)支架都有一個(gè)獨(dú)立控制器，控制器之間可以相互通訊。支架主控計(jì)算機(jī)，可以監(jiān)視工作面內(nèi)每臺(tái)支架的傳感器狀態(tài)及設(shè)置支架參數(shù)，并可以進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控。

實(shí)現(xiàn)跟機(jī)自動(dòng)化需要有3個(gè)基本條件，如下：（1）必須有準(zhǔn)確的采煤機(jī)位置信號(hào)；（2）必須保證工作面的整體工作狀態(tài)正常，包括各個(gè)控制系統(tǒng)和通訊正常；（3）電液控制系統(tǒng)參數(shù)配置正確，工作面各個(gè)配套設(shè)備都可以正常進(jìn)行。

自動(dòng)化工作面自動(dòng)移架（ASQ）大致流程如下：（1）開始跟機(jī)自動(dòng)化；（2）ASQ報(bào)警；（3）測(cè)試蜂鳴器是否工作正常；（4）檢查鄰架是否達(dá)到合格支撐狀態(tài)；（5）進(jìn)行推溜間隙測(cè)試并計(jì)算推溜間隙大小；（6）降柱直到立柱壓力降低到設(shè)定移架壓力，同時(shí)抬底千斤頂動(dòng)作；（7）拉架，直到拉架至參數(shù)設(shè)定的行程值；（8）如果在規(guī)定時(shí)間內(nèi)未完成拉架，則進(jìn)行再降柱過程，直到拉架至最終行程；（9）升柱直到立柱壓力達(dá)到設(shè)定的過渡壓力以及初撐壓力；（10）推溜以消除推溜間隙；（11）結(jié)束自動(dòng)拉架，同時(shí)計(jì)算支架

位置。

3.3 自動(dòng)化信息通訊技術(shù)

自動(dòng)化信息通訊技術(shù)的解決途徑，煤機(jī)與JOS、監(jiān)視器之間通過隨機(jī)電纜及光纜通訊。由通訊電纜在支架主控計(jì)算機(jī)與支架之間、相鄰兩架之間傳輸信號(hào)。數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)，所有信號(hào)傳輸至地面調(diào)度室，便于遠(yuǎn)程

控制。

3.4 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)

工作面常見的問題，通過設(shè)備傳感器及隨機(jī)視頻攝像系統(tǒng)監(jiān)視設(shè)備狀態(tài)，并及時(shí)調(diào)整設(shè)備狀態(tài)加以解決。

由立柱壓力傳感器、自動(dòng)補(bǔ)壓系統(tǒng)可防止支架未接頂；支架行程傳感器監(jiān)測(cè)拉架或推溜是否到位；支架傾角傳感器可防止支架傾斜；隨機(jī)成像系統(tǒng)可監(jiān)測(cè)煤機(jī)與支架是否有干涉；JOS、支架主控計(jì)算機(jī)可診斷煤機(jī)、三機(jī)、支架故障并排除。

3.5 采煤機(jī)割煤的遠(yuǎn)程干預(yù)

通過在煤機(jī)上裝一套隨機(jī)攝像系統(tǒng)來監(jiān)視煤機(jī)滾筒位置，視頻信號(hào)經(jīng)過隨機(jī)光纜傳輸至控制臺(tái)的監(jiān)視器上。煤機(jī)信息（滾筒高度、電機(jī)電流等）通過隨機(jī)電纜傳輸至控制臺(tái)JOS（JOY順槽主控計(jì)算機(jī)）?？刂婆_(tái)設(shè)置遠(yuǎn)控遙控器，遙控信號(hào)經(jīng)過隨機(jī)光纜將傳輸至于煤機(jī)，自動(dòng)化操作人員根據(jù)視頻監(jiān)視器和JOS提供的工作面及設(shè)備信息實(shí)現(xiàn)對(duì)煤機(jī)的遠(yuǎn)程遙控。

4 開采自動(dòng)化存在的問題

（1）由于礦井下條件局限，隨機(jī)攝像系統(tǒng)成像清晰度不高，須進(jìn)一步研究提高攝像系統(tǒng)的清晰度；（2）割煤時(shí)震動(dòng)大，采煤機(jī)上安裝的電氣元件較易損壞；（3）需要進(jìn)一步提高各類傳感器的可靠性及精度；（4）提高設(shè)備的穩(wěn)定性，減少維修；（5）自動(dòng)化割煤在煤層賦存條件復(fù)雜的條件下如何使用值得進(jìn)一步研究；（6）操作及維護(hù)人員的技術(shù)水平需要進(jìn)一步

提高。

5 結(jié)語(yǔ)

煤炭實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化開采是未來的發(fā)展方向，自動(dòng)化開采可以降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工人安全系數(shù)，達(dá)到安全生產(chǎn)，提高資源回收率，延長(zhǎng)礦井服務(wù)年限，提高煤礦工效和經(jīng)濟(jì)效益。我國(guó)煤炭開采年代久遠(yuǎn)，很多中厚煤層已經(jīng)開采，現(xiàn)在亟需開采薄煤層及極薄煤層，研究和推行薄煤層的自動(dòng)化開采技術(shù)至關(guān)重要。因此，薄煤層自動(dòng)化開采技術(shù)在煤炭開采工作中起到十分重要的作用。

參考文獻(xiàn)

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作者簡(jiǎn)介：李猛運(yùn)（1984-），男，河南南陽(yáng)人，河南理工大學(xué)工程碩士，河南南車重型裝備有限公司技術(shù)中心支護(hù)研究所工程師，研究方向：液壓支架的設(shè)計(jì)研發(fā)。

（責(zé)任編輯：王 波）