薄煤層智能化刨煤機工作面的實踐與探索

張 楠

（山東省田莊煤礦有限公司，山東 濟寧 272103）

1 礦井概況

田莊煤礦位于山東省濟寧市高新區王因鎮境內，礦井于1997 年開工建設，2002 年正式投入生產，原隸屬于山東省煤炭工業局，2004 年劃歸臨礦集團管理。礦井可采煤層三層（15上煤、16上煤、17 煤），核定生產能力90 萬t/a，剩余可采儲量1 999.9 萬t，剩余服務年限15 a（截至2017 年12 月底），采煤方法為走向長壁后退式開采，采煤工藝為綜采。礦井屬低瓦斯、低二氧化碳礦井，煤層為Ш 類不易自燃煤層，無沖擊傾向性，煤塵具有爆炸性（15上煤45.70%、16上煤41.00%、17 煤44.37%）。

2 薄煤層智能化刨煤機工作面的建設條件

2.1 煤層賦存條件

15 煤煤層平均厚度0.78 m，礦井一水平可采儲量286.4 萬t，煤質硬度約為f2.5～f3，傾角6°左右，屬于緩傾斜煤層。

2.2 頂底板情況

15 煤煤層頂底板情況見表1。

表1 煤層頂底板情況

2.3 水文地質條件

采區內直接充水含水層主要為九灰灰巖，間接充水含水層為第四系下組砂層、十三十四灰和奧灰。由于煤層距第四系底部含水層間距小，煤層賦存淺部區域存在突水威脅。對比區域水文地質和其他采區的水文地質類型，確定15上煤（本文統稱15 煤）一采區的水文地質類型為中等類型，在開采前進行探放水。

2.4 采空區及周邊老空區范圍

本采區下部40 m 左右為礦井一水平一采區16煤、17 煤采空區，采空區內存有少量老空積水，采空區范圍，邊界清楚，2016 年開采一二采區回收煤柱期間已經基本疏放完畢。

2.5 技術條件

全自動刨煤機工作面內空間狹小，為適應井下環境和地質條件，保證安全生產，滿足產能要求，采用刨煤機割煤，支架跟機自動化模式，三機、泵站等設備采用集成控制模式。在順槽控制室內通過傳感器、視頻攝像頭，對綜采設備的運行狀態進行監控，對設備進行遠程控制、聯動控制，能夠實現少人或無人值守薄煤層工作面自動化。將工作面的相關信息及時傳輸到地面，并通過計算機網絡實現遠程集控與數據共享，能夠實現生產管理的信息化。

3 薄煤層智能化刨煤機工作面主要系統構成

3.1 刨煤機

刨煤量300 t/h，刨速0～1.8 m/s，刨鏈規格Φ30×108 mm，驅動功率2×250 kW，刨煤高度0.65～1.5 m，適應煤質硬度f ≤3。刨刀刀尖材質為鎢鈷硬質合金，生產廠家為山東久鼎開元煤礦機械有限公司。運輸機運輸量450 t/h，電動機功率2×110 kW，刮板鏈速0.93 m/s，可彎曲角度水平1.1°，垂直±3°。刮板鏈為中雙鏈，規格為2-Φ26×92 mm。中部槽整體鑄造，配開天窗中部槽。

3.2 液壓支架

中間液壓支架共54 架，兩柱掩護式，支架結構高度600～1300 mm，支架寬度1430～1600 mm，支架中心距1500 mm，初撐力為2182 kN，工作阻力2600 kN，支護強度0.37～0.46 MPa，操縱方式電液控制，生產廠家山東能源重型裝備制造集團有限公司。

過渡液壓支架共6 架，支架結構高度為750～1600 mm，支架寬度1430～1600 mm，支架中心距1500 mm，初撐力2182 kN，工作阻力2600 kN，支護強度0.39～0.49 MPa，操縱方式電液控制。

端頭液壓支架共2 架，高度1400～3000 mm，中心距1700 mm，寬度2571～3550 mm，初撐力3877 kN，工作阻力5200 kN，平均支護強度0.7 MPa，操縱方式電液控制。

3.3 轉載機

運輸量400 t/h，長度40 m，電機功率75 kW，刮板鏈速0.91 m/s，圓環鏈規格Φ18×64 mm。

3.4 供液系統

采用集中供液方式，設置集中供液泵站一處。乳化泵公稱壓力31.5 MPa，電機功率160 kW，配套乳化液箱RX2000，容積2000 L，生產廠家為南京六合煤礦機械有限責任公司。水處理及自動配比裝置配液量不低于3 t/h，配比濃度3%～5%，出水水質指標符合要求。

3.5 自動化控制系統

具有工作面集控中心與地面調度中心雙重控制功能。工作面集控中心主要由三臺主控機組成，其中兩臺為操作監控畫面，具有遠程操作控制功能，實現對工作面所有綜采設備、液壓支架的集中控制，并實時顯示工作面設備的實時運行工況，如工作面支架壓力、推移步距、行程、支護高度、刨煤機實時位置、推采距離、運行電壓、電流、溫度、運行速度、行進方向、故障信息、通訊狀態等參數，對設備發生的問題進行實時預警。另外一臺主控機作為視頻監控使用，將工作面9 個攝像頭畫面進行動態實時顯示，可實現對某一畫面進行放大跟蹤調整，正常情況下9 個攝像頭執行周期輪巡，對工作面進行無死角監控。

4 智能化刨煤機開采的優點及適應性對比

4.1 螺旋鉆機

由螺旋鉆機全部完成工作面內各個工序，工作面的設備檢修也都在工作面以外的巷道中進行。該采煤方法具有工作面內無人員、無設備、安全保障系數高、系統環節少、用人少、掘進率少、設備配置少、材料消耗少等優點，但存在巷道施工斷面大（12 m2以上）、資源回收率極低、噸煤單價較高等缺點。

4.2 滾筒采煤機

薄煤層滾筒采煤機主要分為騎槽式和爬底板采煤機兩種。騎槽式采煤機由輸送機機槽支撐和導向組成，只能應用于開采厚度大于 0.9 m 的煤層。因為當電動機功率為100 kW 時，其高度h=350 mm，過煤空間高度160～200 mm，采煤機通過富余高度90～200 mm，輸送機中部槽高度180～200 mm，因此最小高度為0.95 m。

4.3 智能化刨煤機

薄煤層工作面綜采設備的配套要符合高產高效、集中生產、集中控制的要求，增大工作面設計長度，合理設置刨深，選用能刨割硬煤的刨煤機組，提高刨煤速度,相應地提高液壓支架的移架速度；與大運量、高強度的工作面輸送機相匹配，運輸巷道也采用長距離、相應運量的帶式輸送機；從設備技術性能要求出發，所選綜采機械設備必須技術先進、性能優良、可靠性高，同時各設備間要相互配套性好，保持采運平衡,最大限度地發揮薄煤層綜采優勢。

刨煤機是一種外牽引的淺截式煤機，采用刨削的方式落煤，并通過煤刨的梨面將煤裝入工作面輸送機。刨煤機與刮板輸送機組成刨煤機組。由于刨煤機對電機馬達的高品質需求，刨煤機價格一般高于采煤機一到兩倍。例如三一重裝的刨煤機在良好狀態下可日產煤5000 t，生產效率大大高于采煤機，并且可將采煤機不宜開采的薄煤層開采出來，避免造成資源的浪費。

5 結語

智能化刨煤機工作面工藝能保證資源匱乏礦井開采更加合理有序可持續，延長礦井服務年限，又能降低職工勞動強度，提高安全生產系數，在薄煤層開采領域具有廣泛的推廣價值。