神东薄煤层综采工作面自动化开采技术研究

王继文

摘 要：我国煤炭工业经过了几十年的发展，中厚煤层开采技术、巷道系统布置已日臻成熟，厚煤层、特厚煤层的开采技术也在迅速发展之中，但薄煤层的开采水平仍不尽人意。同时我国薄煤层资源不仅分布广泛，且煤质较好，一些省区薄煤层储量比重很大，如：四川省占60%，山东省54%，黑龙江省占51%，贵州省占37%，其它产煤省份如山西、内蒙、河北、吉林等也有丰富的薄和较薄煤层资源。因此，在煤炭资源日益紧缺、开采成本日益增高的今天，研究薄煤层开采的安全高效开采技术，对于煤炭资源保护和利用、延长矿井开采寿命、实现煤炭工业的可持续发展具有重要意义。

关键词：神东；薄煤层；自动化；综采

一、薄煤层开采的特点

薄煤层由于其开采厚度较小，与中厚及厚煤层相比，主要存在以下特点：

（一）煤层薄、采高低、煤质硬、劳动效益低

煤层厚度多在1.3 m以下，并且华南地区龙潭组、东北侏罗纪煤层多不足1.0 m，煤层硬度系数f多大于3～4，使得人员进入或在工作面内作业以及设备移动都十分困难，采煤机经常需要挑顶或割底，机电事故增多，工作面内的工作条件差，劳动强度大。煤质相对较硬，炸药、截齿、刨刀的吨煤消耗量较大，回采成本较高。

（二）采掘比例大、掘进率高，采掘接替紧张

随着刨煤机、螺旋钻机等设备的投入，工作面推进加快，而回采巷道多为半煤岩巷，综掘设备难以投入，放炮也不能一次全断面爆破，煤矸分装，掘进速度很慢，造成工作面接替紧张。

（三）煤层的厚度、倾角变化，褶曲、断层等构造对采煤方法影响很大

由于薄煤地质条件及赋存状况较复杂，一有褶曲或断层就很难布置巷道，掘进送面时提前圈切眼，致使工作面缩短，回采率降低，巷道掘进率高；或者回采时搬家重新送切眼，使得回采效率降低，很难有效益。

二、薄煤层工作面自动化开采技术现状

目前，国内外薄及中厚煤层长壁开采技术应用比较成熟的主要有：一是采用刨煤机、刮板输送机和液压支架的刨煤机综采机组；二是采用滚筒采煤机、刮板输送机和液压支架配套的综采机组。刨煤机综采工艺简单、安全、块煤率高，适于开采厚度较薄、硬度较低且地质条件变化不大的煤层；滚筒式采煤机综采对煤层硬度、厚度及地质条件适应能力强。

（一）刨煤机工作面自动化开采技术

刨煤机采煤是利用带刨刀的煤刨沿工作面往复落煤和装煤，煤刨靠工作面输送机导向。刨煤机结构简单、工作可靠，便于维修；截深小，仅刨落煤壁压酥区表层，故刨落单位煤量能耗少；刨落煤的块度大，煤粉及煤尘量少。

20世纪90年代初，德国DBT公司开始研制电液控制系统。1998年，铁煤集团开始立项《薄煤层高产高效自动化开采配套技术研究与应用》这一科研课题，通过与德国DBT公司合作，于2000年9月引进了全国第一套全自动化刨煤机生产技术装备。引进了德国DBT公司生产制造的刨煤机、输送机及计算机远程控制等先进技术，其余配套设备由国内各生产厂家协助制造。设备具有体积小，通风阻力小，自动化程度高，工作面可以实现无人作业等优点，有利于工作面的安全生产。该工作面的主要设备集中体现了机、电、智能一体化的特点，科技含量高、技术密集且关联性强、工艺先进、自动化程度高，是国产设备与引进设备的成功组合配套。在中国实现了无人工作面开采和薄煤层高产高效两项历史性的突破。

（二）滚筒采煤机工作面自动化开采技术

滚筒采煤机自动化工作面的实现主要依靠工作面“三机”的自动化控制及井下环境安全信息实时监洲。工作面的“三机”主要包括：采煤机、液压支架和刮板输送机，实现三机自动控制是实现自动化工作面的基础。采煤机是自动化工作面设备的核心部件，采煤机的自动控制系统包括自主定位与自动导航系统及自动调高系统。液压支架电液控制系统是目前最先进的支架控制方式，集机械、液压、电子、计算机和通信网络等技术于一身，可实现拉架、推溜、伸护帮板、收护帮板以及架间喷雾等随机联动自动化，以及自动控制液压支架动作，实现支架本架控制、邻架控制、隔架控制、分组控制运行状态和工作面矿压监测的远程控制等。新型智能化刮板输送机在各性能方面取得了很大的发展，代表了当今世界刮板输送机的最高水平，实现了自动推移控制，同时向大型化、智能化、高可靠性及元部件标准化方向发展。

三、71301工作面自动化开采关键技术

（一）采煤机自动控制技术

通过调研分析，石圪台煤矿71301工作面选用美国JOY公司生产的7LS1A采煤机，配备记忆截割系统（即记忆智能程控煤岩分界识别及控制系统）。该系统是一种基于位置传感器和计算机记忆截割，通过计算机记忆储存及自动控制来实现采煤机滚筒自动调高的先进技术，实现采煤机的自动控制是实现整个工作面自动化开采的中心环节。

记忆截割系统增强了采煤机支架联动（SIRSA）系统功能，可在JNA Face Boss电控系统中编制不同的割煤方法。一旦編制了这些方法并启动后，采煤机将在司机最小限度的干预下自动运行。

（二）液压支架电液控制技术

石圪台煤矿71301薄煤层工作面装备了郑煤机厂的ZY10200-1.4/2.8型二柱掩护式液压支架，采用北京天地玛珂电液控制系统有限公司研制的PM31电液控制系统。

PM31电液控制系统的主要功能是控制支架的所有动作。控制命令由操作人员通过键操作或根据采煤机位置由系统自动发出，传感器检测的实时值和用户设置的各种参数也是控制过程的重要条件。PM31系统发挥计算机网络控制技术的优势，赋予系统丰富的功能，使支架控制方便、灵活、协调、安全，尤其是应用程序修改的易行性和控制参数项目的完善周密及调整简便，使系统做到控制功能与工作面条件和生产工艺要求尽可能好地配合适应。

（三）采煤机-支架联动技术

在采煤机实现自动控制的基础上，要实现采煤机支架联动即支架的跟机自动化，需要有3个基本条件：

（1）跟机自动化必须需要有准确的采煤机位置信号。

（2）实现跟机自动化必须保证工作面的整体工作状态正常。其中包括：电液控制系统连接完整；从工作面到主控计算机的通讯正常；所有参与跟机自动化的支架液压系统工作正常。

（3）电液控制系统参数配置正确。即工作面支架成组拉架、成组推溜、成组护帮板等动作都可以正常进行。

（四）71301综采工作面自动化实施情况

71301综采工作面作为石圪台煤矿的第一个薄煤层试验工作面，从2013年7月7日开始安装，至7月17日历时11天完成了安装工作。由于厂家原因，部分配件还未按时到货，至2013年7月20日才开始调试、试生产，7月23日正式生产。该工作面除采煤机外，其他设备基本实现了国产化。

71301薄煤层综采工作面劳动组织采用“三八制”作业，两班半生产，半班检修。工作面从切眼开始进行了部分自动化生产工艺的试验，工作面地质条件正常时段，可保证自动化生产工艺的顺利进行，生产中采煤机牵引速度一般可达6-8m/min，每刀煤平均用时1.5h，生产班割煤4-6刀，每天割煤10刀，工作面平均日產8000t。当工作面遇到煤层条件发生变化时，终止自动化割煤，采用人工控制。

截止到2014年1月24日工作面贯通，共生产了6个月，工作面推进1327m，生产原煤约125万t，最高日产13559t（2014年1月8日），最高月产270266t（2014年1月） ，平均月进220m，月产21万t。总之，以国产设备为主的71301薄煤层综采工作面具备了年产250万t的生产能力。

四、结论

71301工作面自动化开采试验，标志着神东矿区实现了薄煤层国产设备自动化开采，在探索薄煤层自动化开采的过程中，石圪台煤矿成功实现了液压支架与采煤机联动调试，采煤机记忆割煤等实验，逐步形成了一套成熟的实施方案，通过薄煤层安全高效集约化开采关键技术的研究与实践，运用信息化、数字化、自动化与智能化技术，解决了薄煤层煤层综采设备安全高效自动化开采的一系列技术难题，初步形成了薄煤层（滚筒采煤机）综采工作面设备自动化开采的成套技术。

参考文献：

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