薄煤层智能化综采工作面回采技术实践

齐琦

摘 要：淮北矿业集团朱庄煤矿3煤为平均采厚只有1.3m的薄煤层，受开采空间的影响一直未进行回采，随着智能化工作面回采的发展，该矿在Ⅲ32上5综采工作面引进薄煤层智能化开采设备，自动化控制系统，达到了降低职工劳动强度、减少工作面用人、提高生产效率的目的，取得了很好的经济效益和社会效益，可在淮北矿区薄煤层开采中推广应用。

关键词：薄煤层;智能化开采;自动化控制;推广应用

引言

我国薄煤层资源储量占已探明总资源储量的20%，但受开采空间的影响，薄煤层回采始终达不到高效生产的目标。近年来，各级当地政府积极推进智慧城市和智慧矿山建设，智能化工作面回采技术也逐步得以推广应用。采煤工作面智能化技术是传感器技术、图像分析技术、通信技术、自动化技术、信息技术等一系列技术的高度集成，通过采用采煤机自主导航三机联动的自主控制，对设备系统环境的实时监测与控制等功能，实现采煤工作面的自动化、智能化、安全化的高效开采。采煤工作面智能化设备在煤炭行业领域的应用极大地提高了生产效率，同时有效地降低了井下作业人员的安全风险，成为国内外越来越多煤炭企业的选择，有力地推动着煤炭行业高质量发展，已成为煤炭行业未来发展趋势。

目前我国煤矿智能化开采一般用于地质构造简单，煤层赋存稳定的中厚煤层，很少用于薄煤层开采，淮北矿业集团薄煤层资源储量近4亿吨，在薄煤层中采用智能化开采，能够有效缓解矿区资源匮乏的问题，延长矿区服务年限。

1.智能化工作面应用情况

（1）工作面概况

朱庄煤矿Ⅲ32上5综采工作面为Ⅲ2上采区右翼3煤层第三个区段，左至Ⅲ2上采区轨道下山，右至3煤层岩浆侵蚀边界，下至Ⅲ42上7工作面采动影响边界，上区段Ⅲ32上3工作面尚未掘进。

该工作面所采3煤，层位属二叠系下统下石盒子组，煤层结构简单，局部煤层中上部有一层炭质泥岩夹矸，厚度0～0.2m，平均煤厚1.3m;煤层倾角平均6°，属缓倾斜煤层;煤层赋存稳定。工作面整体为一单斜构造，整体趋势呈里高外低，煤层地质构造简单;主要充水水源为3煤层顶底板砂岩裂隙水，工作面回采期间正常涌水量约0.7m3/h，最大涌水量约1.4m3/h。工作面設计可采走向长663m，倾斜长174m。

（2）工作面设备

Ⅲ32上5综采工作面综采设备：ZY5000-08/18D液压支架，ZQL2×4000/18/35型超前支架，ZY6800-14/28型端头支架，MG330/730-WD采煤机，刮板输送机为SGZ-730/400型，机巷后段铺设一部SZZ-830/315刮板转载机和一部PLM-2000型破碎机，铺设一部DSJ-150型胶带输送机运煤。该工作面设备配套方案具有以下优势：

①支架采用箱体设计且配有伸缩粱，增强支架的临时支护能力，克服了复合顶板条件下工作面端面距控制的难题;顶粱、掩粱侧护板单独控制，有利于支架调整状态，提高支架对工作面地质条件变化的适应能力。

②采煤机截割功率达到330KW，对工作面地质条件有良好的适应性且能够满足工作面过断层破岩需要;采煤机煤机机面高度0.85m，配备直径1.15m滚筒，最低采高为1.2m，过煤高度0.285m，摇臂摆动中心距3340mm，最大牵引速度7.2m/min，对煤层变化具有较好的适应性且能保障工作面煤质和生产稳定。

2.综采自动化控制系统

3.回采存在的问题及整改措施

（1）端部进刀

在工作面调试生产过程中，为了确保调试进度，技术人员将工作面分为上、中、下三个工艺段，其中中段为正常割煤段，上下段为上下端头斜切进刀段。在调试生产阶段，工作面中段调试工作进展顺利，但是由于上下端头的进刀方式和顶板条件的特殊性，出现了煤机与支架互相干涉的现象。针对这一问题，工程技术人员与生产一线职工进行了广泛的交流和讨论，对集控中心的割煤程序进行了多次调整，解决了端部进刀困难的难题，大大提高了生产效率，确保了工作面的智能化运转。

（2）精确定位

煤机实现自动截割时，由于空载时煤机两摇臂调高传感器采集数据波动范围大，在自动割煤时煤机两摇臂会不断自动小范围上下浮动。割三角煤时，煤机是根据支架控制器中编码器识别煤机具体位置（红外设备→ 支架控制器→ 集控中心），割穿后，智能化不能识别现场顶底板情况，拾煤效果差，会造成抵车受阻、拉架不到，为了确保正常推进需要在集控中心进行人为修正，对工作面生产产生了较大的影响。经过广泛调研交流，最终确定了利用采煤机编码器为主定位装置，支架传感器作为校核的定位方式，将原有的最大误差2m以上控制到了0.15m以下，保证了工作面正常运转。

（3）线缆保护

薄煤层智能化工作面各种摄像头、本安电源、传感器较多，传输线缆、电源线缆等各种型号电缆密布，为了避免支架拉移、人员通行等因素造成电缆损坏，经过多次比较试验，确定了采用细麻绳外包电缆的保护方式，保障了工作面各类数据的传输和生产供电安全。

（4）数据集成使用

利用两巷超前支架加装的压力传感器，实时完成两巷超前管理段采动压力和支护强度的动态监测，动态掌握两巷矿压显现规律;利用推移行程传感器对工作面进尺情况实时监控，可以实时数据化的调整工作面运输机曲直度和回采方向;利用支架内安装的平衡传感器和压力传感器完成支架支护状态监控，动态调整支架支护状态;利用通讯网络系统实现煤机、运输机、泵站等设备的电流、电压、负荷、压力等数据的实时监控;利用设备状态监控软件可以完成设备状态的实时预警和故障提示、事件存储，做到机电设备精细化管理。

4.应用效果

智能化系统具有故障判定功能，可以实现机电设备的精准检修;智能化系统具有“一键启停”功能，可以实现岗位优化配置，通过智能化综采工艺的应用，工作面生产工序由原来的3名煤机司机跟机操作、5名支架工分段跟机拉架，变为1人在顺槽监控中心远程操控;顺槽设备控制由以往的1人就地控制变为远程操控，将职工从有限、危险的作业空间中解放出来，在降低职工劳动强度、节约人工的同时也大大提高了安全系数;与原有生产工艺相比区队生产人员减少50人，实现了减员提效。

薄煤层智能化工艺减少了回采期间人和机械造成的影响，提高了工时利用率，有利于综合单产的提高，薄煤层智能化工艺达到了“煤厚即采高”的要求，有效地降低了工作面采高，大大的减少了破矸量，较以往薄煤层综采装备相比灰分降低10%以上，煤质的提高有效的保障了矿井的经营效果。