薄煤层开采的自动化技术解决途径

李猛运　李同卓　刘平

摘要：我国煤炭储存形式多样化，且储量丰富，根据煤层厚度划分为极薄煤层、薄煤层、中厚煤层、厚煤层、特厚煤层五类。薄煤层煤炭储存量所占比重较大，仅国有煤矿就占20%左右，地方煤矿薄煤层呈现分布广泛、局部集中的局面，而且储量远高于国有煤矿。文章介绍了薄煤层自动化开采的特点、技术组成、解决途径及存在的问题。

关键词：薄煤层；煤炭开采；自动化技术；煤炭储存形式；采煤机 文献标识码：A

中图分类号：TD421 文章编号：1009-2374（2015）14-0163-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.14.081

我国煤炭储存形式多样化，且储量丰富，根据煤层厚度划分为极薄煤层、薄煤层、中厚煤层、厚煤层、特厚煤层五类。我国薄煤层煤炭储存量所占比重较大，仅国有煤矿就占20%左右，地方煤矿薄煤层呈现分布广泛、局部集中的局面，而且储量远高于国有煤矿。

当时开采技术局限，薄煤层一直开采缓慢，即便开采，也由于经济效益差，只开采很少一部分。薄煤层开采成为我国煤炭开采的瓶颈。在20世纪70年代以前，薄煤层开采的产量比重保持在16%～17%之间。

1 薄煤层开采历史

我国煤炭的开采已有很久的历史，我国各个煤矿的薄煤层的开采都相对较晚，主要经历了以下发展阶段：以炮采工艺为主开采薄煤层始于20世纪50年代；60年代广泛应用深截煤机掏槽，爆破落煤技术；到20世纪70年代，随着钢丝绳牵引刨煤机、全液压驱动刨煤机和刮斗刨煤机等不同类型的刨煤机的研制成功，薄煤层机组得到大力发展；BM-100型薄煤层滚筒采煤机研制成功于1974年。天府矿务局和徐州矿务局在20世纪90年代分别从俄罗斯和乌克兰引进了螺旋钻采煤机，新汶矿业集团在2003年引进了2台三钻头的螺旋钻采煤机。

此时，我国各煤矿的薄煤层、极薄煤层的煤炭得到了有效开采，打破了部分薄煤层利用传统采煤工艺不能开采的僵局。

2 薄煤层开采的特点

2.1 薄煤层采煤的工艺特点

由于采煤机开采薄煤层时，采高较低，这种情况下，采煤机机身要足够低，另外就是采煤机必需有不应低于100～200kW足够的功率；过煤和过机空间高度要足够；为适应煤层变化，机身应尽可能短；尽可能不用人工在工作面开切口进刀采煤；采煤机的结构应简单可靠，以便于安装维护。为满足这些要求，薄煤层采煤机分为爬底板式和骑输送机式两类。爬底板式采煤机机面高度低，机身位于滚筒开出的机道内。对于厚度大于0.18～0.19m的煤层要用骑输送机式采煤机开采，这种采煤机由输送机机槽支承和导向。两种采煤机在采高相同时，爬底板式采煤机过煤空间高，工作面过风断面大、工作安全，还可增大电机功率，生产能力较大，可用于开采0.16～0.18m的煤层。

2.2 薄煤层自动化开采的两种技术途径

2.2.1 刨煤机综采机组。刨煤机采煤是一种“浅截深、多循环”的采煤设备，结构简单、工作可靠，便于维修，对薄煤层开采具有特有的优势，不仅能达到高产，也能最大限度地保证人身安全。因此，刨煤机是实现薄煤层高产高效的有效途径。

提高刨煤机刨硬煤的能力和提高刨头调向装置的灵敏度可提高刨煤机的生产力。提高刨煤机刨硬煤的能力可通过增加刨煤机的装机功率，提高部分元部件的可靠性来实现。

2003年8月，山西焦煤集团马兰矿投产了一套全自动刨煤机系统，开始了薄煤层无人工作面开采，最高日产可达6280t。

2.2.2 滚筒采煤机机组。目前滚筒采煤机自动化割煤工艺主要有采煤机尾滚筒随动割煤和采煤机记忆割煤两种。

3 自动化技术的组成

3.1 采煤机程序控制自动割煤技术

采煤机采用记忆割煤技术，通过示范刀学习，煤机自动记录工作面内任一位置滚筒高度参数。

由采煤机上的摇臂角度传感器来计算滚筒高度；左右牵引部D齿轮上安装有速度传感器，可以自动计算煤机的位置和方向；记忆割煤时，根据记录的滚筒轨迹，煤机可自动调整滚筒高度并实现自动割煤；记忆割煤时，煤机会在程序预设位置自动停机并调整滚筒高度，需要人工发出换向指令及给定牵引速度；煤机会自动记录煤机在不同位置煤层的倾角、起伏变化，通过参数设置可以对工作面规律性的变化进行补偿。

3.2 支架与采煤机联动技术

支架与采煤机联动技术的解决途径：支架通过红外线接收器接收煤机上红外线发射器发射的信号确定煤机位置。按照预先设定的程序，支架可自动完成移架和推溜。在工作面两端头，可以由程序控制自动完成三角区内支架的动作。每台支架都有一个独立控制器，控制器之间可以相互通讯。支架主控计算机，可以监视工作面内每台支架的传感器状态及设置支架参数，并可以进行远程遥控。

实现跟机自动化需要有3个基本条件，如下：（1）必须有准确的采煤机位置信号；（2）必须保证工作面的整体工作状态正常，包括各个控制系统和通讯正常；（3）电液控制系统参数配置正确，工作面各个配套设备都可以正常进行。

自动化工作面自动移架（ASQ）大致流程如下：（1）开始跟机自动化；（2）ASQ报警；（3）测试蜂鸣器是否工作正常；（4）检查邻架是否达到合格支撑状态；（5）进行推溜间隙测试并计算推溜间隙大小；（6）降柱直到立柱压力降低到设定移架压力，同时抬底千斤顶动作；（7）拉架，直到拉架至参数设定的行程值；（8）如果在规定时间内未完成拉架，则进行再降柱过程，直到拉架至最终行程；（9）升柱直到立柱压力达到设定的过渡压力以及初撑压力；（10）推溜以消除推溜间隙；（11）结束自动拉架，同时计算支架

位置。

3.3 自动化信息通讯技术

自动化信息通讯技术的解决途径，煤机与JOS、监视器之间通过随机电缆及光缆通讯。由通讯电缆在支架主控计算机与支架之间、相邻两架之间传输信号。数据上传系统，所有信号传输至地面调度室，便于远程

控制。

3.4 设备状态监测技术

工作面常见的问题，通过设备传感器及随机视频摄像系统监视设备状态，并及时调整设备状态加以解决。

由立柱压力传感器、自动补压系统可防止支架未接顶；支架行程传感器监测拉架或推溜是否到位；支架倾角传感器可防止支架倾斜；随机成像系统可监测煤机与支架是否有干涉；JOS、支架主控计算机可诊断煤机、三机、支架故障并排除。

3.5 采煤机割煤的远程干预

通过在煤机上装一套随机摄像系统来监视煤机滚筒位置，视频信号经过随机光缆传输至控制台的监视器上。煤机信息（滚筒高度、电机电流等）通过随机电缆传输至控制台JOS（JOY顺槽主控计算机）。控制台设置远控遥控器，遥控信号经过随机光缆将传输至于煤机，自动化操作人员根据视频监视器和JOS提供的工作面及设备信息实现对煤机的远程遥控。

4 开采自动化存在的问题

（1）由于矿井下条件局限，随机摄像系统成像清晰度不高，须进一步研究提高摄像系统的清晰度；（2）割煤时震动大，采煤机上安装的电气元件较易损坏；（3）需要进一步提高各类传感器的可靠性及精度；（4）提高设备的稳定性，减少维修；（5）自动化割煤在煤层赋存条件复杂的条件下如何使用值得进一步研究；（6）操作及维护人员的技术水平需要进一步

提高。

5 结语

煤炭实现自动化开采是未来的发展方向，自动化开采可以降低劳动强度，提高工人安全系数，达到安全生产，提高资源回收率，延长矿井服务年限，提高煤矿工效和经济效益。我国煤炭开采年代久远，很多中厚煤层已经开采，现在亟需开采薄煤层及极薄煤层，研究和推行薄煤层的自动化开采技术至关重要。因此，薄煤层自动化开采技术在煤炭开采工作中起到十分重要的作用。

参考文献

[1] 李建平，杜长龙，张永忠.我国薄与极薄煤层开采设备的现状和发展趋势[J].煤炭科学技术，2005，（6）.

[2] 李禄.大同矿区薄煤层开采技术及发展方向[J].煤矿安全，2004，（10）.

[3] 杨景才，王继生，李全生.神东矿区1.5～2.0m煤层自动化开采关键技术研究与实践[J].神华科技，2009，（6）.

作者简介：李猛运（1984-），男，河南南阳人，河南理工大学工程硕士，河南南车重型装备有限公司技术中心支护研究所工程师，研究方向：液压支架的设计研发。

（责任编辑：王 波）