薄煤層機械化采煤技術及其發展

陳硯章

（西山煤電晉興公司斜溝煤礦綜采三隊， 山西 太原 030000）

引言

薄煤層在我國煤炭總量中占有極大份額，儲備豐富，可釆儲量也相當可觀，但實際現在對薄煤層的開采產量的占比卻非常低，遠遠低于正常水平，且產量呈逐年下降的趨勢。根據煤炭行業近幾年來制定的科學發展觀與可持續發展戰略，國家在加大力度對煤炭資源進行整合重組的同時，不斷促進煤炭行業綜合機械化采煤技術向前發展。發展薄煤層采煤機械化等提高薄煤層煤炭資源開采率的采煤技術，研制薄煤層綜采成套機械設備，逐漸提高薄煤層開采的機械化水平，對減小勞動強度、提高煤炭的開采率與煤炭開采的安全性具有很重要的意義[1]。

1 薄煤層機械化采煤技術現狀

薄煤層由于受自身地質條件的限制，采用機械化作業具有一定的難度。如果推廣采用傳統開采作業方法對煤炭的開采質量和開采率都會產生不良影響。為了進一步提高薄層煤炭的開采效果，相關領域的科研人員對薄煤層機械化開采技術進行深入研究，以找到一種具備普適應性的機械化采煤方法，但是受到薄煤層苛刻的地理環境的限制，薄層的機械化采煤設備始終無法得到大范圍的推廣。目前薄層煤炭采用的機械化作業技術主要是薄層綜合機械化采煤技術。為了滿足市場需求，合理最大化地利用綜合機械化采煤技術在薄煤層中發揮作用，并充分運用現有的薄煤層新機械技術，促進薄層煤炭的綜合機械化技術更具科學性與合理性[2]。

2 機械化采煤技術在薄煤層中的應用分析

2.1 滾筒采煤機在薄煤層中的應用分析

滾筒采煤機開采配套設備主要有雙滾筒采煤機、刮板輸送機和液壓支架等。以電牽引、自動化操控檢測及診斷技術為一體的采煤機和電液混合驅動控制的液壓支架等較為先進的設備應用到薄煤層開采領域，是當前薄煤層采煤技術主要發展方向之一。該種滾筒式采煤機薄煤層開采技術的作業方式與中厚煤層基本一樣，即采煤機在工作面兩端開切口，然后沿工作面全場切割，采煤機過后拉架推溜，完成一個循環。采用滾筒采煤機開采方式需要在以下幾個方面進行完善和改進：

1）根據采煤機滾筒受力分解圖對采煤機機身、截割及牽引部等部位進行結構優化設計，使其機身能夠高度滿足薄煤層低采高的要求，縮短機身長度，保證截割及牽引部等部位的強度，以滿足特殊工況下的正常使用，延長設備壽命，提高采煤效率。

2）對刮板輸送機中部槽的結構進行改進，優化其結構，降低其槽高。

3）對液壓支架頂梁的結構進行優化設計，滿足其承載能力的前提下減小其厚度，保證通風斷面滿足大瓦斯涌出量的礦區瓦斯的排放。

滾筒采煤機開采方式能夠很好地適應煤層厚度變化大和頂底板高低波動不平的工作面，且對斷層較多的煤層同樣適應，支護效果好，生產效率高，產量大。在滿足薄煤層相應地質條件的情況下，應優先采用滾筒采煤機開采方式。

2.2 刨煤機在薄煤層中的應用分析

隨著電液一體化控制技術的應用推廣和定程推溜傳感技術的提高，刨煤機開采技術的采區無人化開采方式在薄煤層開采應用中已逐漸趨向成熟，成為目前薄煤層開采技術中發展比較完善的一種開采方式。刨煤機包括溜刨和拖鉤刨。該種采煤作業方式的工作面較常采用的是中部在機頭前面、機尾2～4 m（可能還要大一些）的液壓支架布置方式，沿工作面液壓支架基本呈凸狀弧形布置，刨深由定程推溜傳感設置的定程推溜來確定。刨煤機綜采工作面大致工藝流程為：刨煤機刨煤→定程推溜→刨煤→定程推溜至600 mm→拉架。晉城煤業集團于2004年采購了一套全自動刨煤機設備應用在鳳凰山礦的薄煤層采區，整個該采區薄煤層的開采實現了完全由計算機控制的遠程管理模式及完全無人化的開采作業方式，不僅提高了煤礦煤炭的生產效率，同時避免了人員傷亡等事故的發生。

2.3 螺旋鉆機在薄煤層中的應用分析

螺旋鉆機開采主要是由螺旋鉆機完成采煤作業工作面的整個采煤作業工作，包括煤炭的落、裝、運等全部過程，對其設備的維護保養也是在工作面巷道中現場解決。該種采煤方式適應的煤層厚度一般為0.6～0.8 m。其工藝過程大致為：螺旋鉆機完成采、裝、運等過程之后，通過刮板輸送機將煤從回采點處運出，之后再用單軌吊車將煤運出煤倉。螺旋鉆機鉆采工作面布置示意圖如圖1所示。螺旋鉆機采煤技術有以下優勢：能對巷道進行很好的支護，工作面作業危險系數小，可靠性高；一次性采煤作業不需進行回采，作業流程簡單；開采速度快，效率高，采煤含鉛塊等其他雜質少；幾乎可以實現無人操作。

圖1 螺旋鉆機鉆采工作面布置示意圖

螺旋鉆機適用于煤與瓦斯突出等危險的工作面。徐州礦務局采購一套螺旋鉆機采煤設備，應用于其下屬韓橋煤礦，完全實現了地下無人作業及管理的自動化作業方式，煤礦開采的安全性大大提高，避免了人員傷亡等情況的發生，踐行了國家提倡的“以人為本安全開采”的采煤作業，同時提高了該礦區的煤炭開采率。

隨著更高產高效、自動化更高、適應更好、配套設備更加齊全的螺旋鉆采煤技術的發展，將大大提高薄煤層的開采效率。

3 薄煤層機械化采煤技術發展趨勢

為了提高薄煤層礦區的生產效率和煤炭資源的產量，提高煤礦井下開采作業的安全性和可靠性，實現井下無人化開采作業，薄煤層采煤技術應該向著更高產高效、自動化程度更高、更高可靠性的方向發展。

一是將一些自動化、智能化技術集成應用在煤炭開采機械設備中，比如工作面的三維定位技術、視頻監控技術、煤巖自動識別技術、自動找直技術及相關輔助機構等。

二是建立對液壓支架、采煤機、刮板運輸機、轉載機和破碎機等綜采成套設備的計算機遠程集中協同控制的控制基地，將井下作業設備整個作業流程形成程序化、智能化作業，實現地面控制、地下無人的管理作業模式。

三是薄煤采煤機要向大功率、電牽引方向發展，在技術可行、成本可控制的范圍之內提高其適應性。采用交流變頻調速牽引技術，用集成化程度高、更輕巧、體積小的新型變頻器取代傳統變壓器等電器控制裝置，結構經過優化設計后，機身長度變短，提高了采煤機對薄煤層特殊煤層環境的適應性。液壓支架要向電液一體化控制方向發展，集成基于圖像識別的煤巖識別技術，在采煤過程中能夠實現液壓支架對煤巖界面的自動識別，并能夠滿足工作智能化判別運行補償位移。刮板運輸機要向矮型重型耐磨方向發展，能夠很好適應小煤層厚度及頂板起伏變動大的特殊環境，減小故障率，提高其可靠性。

4 結語

提高薄煤采煤機械設備的智能化、自動化水平，實現操控方式和設備功能自動檢測報警停機及故障判別診斷的自動化，保證設備運行的可靠性和安全性，實現作業面的無人化，提高煤炭開采的經濟效益。