機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用

趙滌非

(山西潞安礦業(yè)集團(tuán)司馬煤業(yè)公司)

機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用

趙滌非

(山西潞安礦業(yè)集團(tuán)司馬煤業(yè)公司)

近年來，煤礦機(jī)械化與電氣自動(dòng)化水平得到快速提升，機(jī)械化與電氣自動(dòng)化技術(shù)在煤礦中得到了廣泛應(yīng)用，大大提高了煤礦的生產(chǎn)效率。對(duì)機(jī)械化與電氣自動(dòng)化技術(shù)在煤礦中的應(yīng)用情況分別進(jìn)行了詳細(xì)分析，在此基礎(chǔ)上對(duì)其應(yīng)用前景進(jìn)行了展望，對(duì)于進(jìn)一步提高煤礦機(jī)械化與電氣自動(dòng)化水平具有一定的參考價(jià)值。

機(jī)械化 電氣自動(dòng)化 煤礦生產(chǎn)效率 應(yīng)用前景

煤礦機(jī)械自動(dòng)化水平關(guān)系著礦井的生產(chǎn)質(zhì)量與效率，是衡量煤礦現(xiàn)代化程度的主要標(biāo)志。在煤礦生產(chǎn)過程中，尤其是井下作業(yè)環(huán)境十分惡劣，有著眾多的機(jī)械設(shè)備，雖然近年來大量煤礦企業(yè)的機(jī)械化、電氣自動(dòng)化水平得到了快速提升，但就整體而言，我國(guó)煤礦自動(dòng)化水平仍較低，遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于電力、鋼鐵、石油等行業(yè)[1-3]。因此，如何提高煤礦機(jī)械自動(dòng)化水平，是現(xiàn)階段煤礦企業(yè)亟需解決的問題之一。通過對(duì)機(jī)械化、電氣自動(dòng)化技術(shù)在煤礦的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并就其應(yīng)用前景進(jìn)行討論，為提升煤礦機(jī)械化、電氣自動(dòng)化水平提供參考。

1 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展概述

相比于國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家，我國(guó)機(jī)械自動(dòng)化水平提升空間較大，自動(dòng)化范圍十分有限。因此，應(yīng)根據(jù)適應(yīng)性與實(shí)用性的原則，以柔性生產(chǎn)為重要保證，對(duì)信息系統(tǒng)以及人機(jī)界面進(jìn)行優(yōu)化，充分發(fā)揮計(jì)算機(jī)管理作用，并與普遍機(jī)械自動(dòng)化設(shè)備相結(jié)合，對(duì)個(gè)別環(huán)節(jié)實(shí)行人工干預(yù)，從而提高機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)水平。在機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展過程中，必須要得到自動(dòng)化生產(chǎn)線、零件檢測(cè)、電子學(xué)以及相關(guān)配套設(shè)備與技術(shù)的支持，應(yīng)加大對(duì)可編程控制器、系統(tǒng)軟件、新型刀具、微處理機(jī)、控制系統(tǒng)以及自動(dòng)化元件的研究力度，積極引入國(guó)內(nèi)外最先進(jìn)的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)，提高煤礦的生產(chǎn)質(zhì)量與效率。

2 機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 應(yīng)用特點(diǎn)

(1)采掘設(shè)備突破較大。自20世紀(jì)80年代以來，我國(guó)不斷更新煤礦采掘技術(shù)與設(shè)備，使得采掘機(jī)械化水平的提升有了良好的基礎(chǔ)。目前，隨著我國(guó)煤礦生產(chǎn)設(shè)備制造技術(shù)的不斷完善，已經(jīng)能夠制造出高效綜采成套設(shè)備，如由神華企業(yè)合作研發(fā)的7 m 液壓支架，既具備完全自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，同時(shí)也是全球最高支架，改變了我國(guó)大型支架必須依賴進(jìn)口的現(xiàn)狀。中煤科工集團(tuán)自主研發(fā)了重型刮板輸送機(jī)，滿足了年產(chǎn)超過千萬噸的大型礦井一次采全高綜采工作需求。目前我國(guó)已經(jīng)具備自主生產(chǎn)年產(chǎn)千萬噸的綜采成套設(shè)備的能力。

(2)煤礦建設(shè)水平進(jìn)步較快。超級(jí)工作面產(chǎn)煤具有產(chǎn)量、采寬以及采高大等優(yōu)勢(shì)，目前我國(guó)已能夠獨(dú)立設(shè)計(jì)出千萬噸以上的露天礦與礦井[4]?，F(xiàn)階段我國(guó)大部分新建礦井對(duì)生產(chǎn)系統(tǒng)進(jìn)行了簡(jiǎn)化，除去井底車場(chǎng)，使用膠帶運(yùn)輸機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)煤炭的連續(xù)運(yùn)輸，運(yùn)用天軌膠輪車實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸效率的提升，實(shí)現(xiàn)了大采高厚煤層一次采全高綜采面，年產(chǎn)千萬噸以上的目標(biāo)，建設(shè)了很多2 000萬t級(jí)的露天礦和千萬噸級(jí)的特大型礦井，我國(guó)綜采工作面的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)逐步與國(guó)際接軌，并在實(shí)際運(yùn)用中取得了較好效果。

(3)采煤技術(shù)日益先進(jìn)。隨著我國(guó)在井工煤礦等方面有了重大突破，目前新建礦井的基本模式為千萬噸級(jí)的綜采工作面，其中大采高綜采技術(shù)、綜采放頂煤技術(shù)在國(guó)際上處于領(lǐng)先地位，綜采工作面在7 m以上。在我國(guó)寧夏、山西等礦井自動(dòng)化采煤試驗(yàn)中，不斷取得了突破性進(jìn)展，以遠(yuǎn)程控制的方式，適當(dāng)調(diào)整并控制了綜采工作面[5]。近年來我國(guó)露天煤礦連續(xù)、半連續(xù)開采不斷有了重大進(jìn)展，原煤生產(chǎn)能力超過了2 000萬t/a。

2.2 具體應(yīng)用

短長(zhǎng)壁綜采是將長(zhǎng)壁工作面布置于已掘巷道巷柱式開發(fā)區(qū)內(nèi)，同時(shí)使用了綜采成套設(shè)備回采煤柱的采煤方法。通過運(yùn)用長(zhǎng)壁綜采的采煤方法，能夠有效提高產(chǎn)量，只有開切眼、運(yùn)輸平巷、回風(fēng)平巷被布置于工作面巷道中，有著較好的通風(fēng)系統(tǒng)。

在應(yīng)用短壁綜合機(jī)械化采煤技術(shù)時(shí)：①回采巷道實(shí)現(xiàn)機(jī)械化挖進(jìn)，能夠提高綜采工作面各端頭的工作效率；②適應(yīng)于開采緩傾斜中厚及厚煤層的中小型礦井，在無法布置長(zhǎng)壁綜采工作面和大型礦井回采塊段小的開采煤層也有應(yīng)用；③對(duì)于條件較為特殊的煤層，其綜采技術(shù)裝備研發(fā)取得了長(zhǎng)足發(fā)展，對(duì)于工作面頂板出現(xiàn)破碎的情況，已經(jīng)研發(fā)出機(jī)身較窄的采煤機(jī)；對(duì)于需要進(jìn)行分層開采的情況，可以利用自動(dòng)鋪聯(lián)網(wǎng)液壓支架；對(duì)于硬度較高的可以使用頂板軟化技術(shù)，必要時(shí)可結(jié)合高支護(hù)強(qiáng)度液壓支架；④對(duì)于相對(duì)較厚的煤層，應(yīng)用一次采全高的厚煤層頂煤綜采技術(shù)，如此煤口位置便可以劃分為低位、中位以及高位3個(gè)不同的等級(jí)，同時(shí)從實(shí)際情況出發(fā)可配合使用單臺(tái)輸送機(jī)或雙臺(tái)輸送機(jī)，對(duì)于厚6～12 m的煤層開采工作面來講，可有效簡(jiǎn)化預(yù)防采取分層開采方式所帶來的大量巷道以及與之相配套的支護(hù)或者是分層鋪網(wǎng)工作，符合經(jīng)濟(jì)性原則。

采煤機(jī)由中厚煤層開始發(fā)展，逐步過渡到大功率、薄煤層、大采高強(qiáng)力滾筒采煤機(jī)。牽引方式逐步從有鏈到無鏈液壓，再到電磁滑差無鏈電牽引以及變頻調(diào)速無鏈電牽引。液壓支架高度由薄煤層到中厚煤層，再到厚煤層[6]。通過多年發(fā)展，支架型式由以往的掩護(hù)式已發(fā)展出了兩柱掩護(hù)式低位放頂煤液壓支架、兩柱式的高位放頂煤以及四柱支撐式低位放頂煤等不同的架型。

生產(chǎn)輔助過程的機(jī)械化裝備取得了一定的成果，為盡快實(shí)現(xiàn)礦井現(xiàn)代化創(chuàng)造了有利條件，在實(shí)踐中應(yīng)用范圍最廣的輔助運(yùn)輸設(shè)備主要有單軌吊、齒軌車、卡軌車、膠輪車以及無軌膠輪車等，牽引動(dòng)力有鋼絲繩牽引、電牽引以及柴油牽引等3種類型，可在很大程度上減輕工人的工作負(fù)擔(dān)，綜采設(shè)備的使用效率也因此得到了明顯提升。

目前，通過引入一系列礦井通信、礦井安全以及設(shè)備工況監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)，在很大程度上改善了礦井安全條件，為礦井裝備的正常運(yùn)行提供了有力保障。我國(guó)采煤機(jī)主要研究?jī)?nèi)容為專家診斷系統(tǒng)的可靠性和綜采工作面裝備遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)。通過應(yīng)用該類系統(tǒng)，可以對(duì)綜采裝備液壓支架與采煤機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，采煤機(jī)可根據(jù)煤層變化對(duì)煤層進(jìn)行自動(dòng)切割，按照煤層的軟硬程度適當(dāng)調(diào)整采煤速度，能夠?qū)C采支架液壓系統(tǒng)壓力及其各點(diǎn)受力情況進(jìn)行動(dòng)態(tài)檢測(cè)，并不斷加以完善，還可對(duì)支架推移輸送機(jī)的拉移進(jìn)行自動(dòng)調(diào)節(jié)。

3 應(yīng)用前景

(1)促進(jìn)煤礦安全生產(chǎn)。由于煤礦作業(yè)危險(xiǎn)性極高，因而在煤礦實(shí)際生產(chǎn)過程中，安全問題是重中之重。在煤礦生產(chǎn)中充分應(yīng)用機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)，能夠最大限度解決煤礦中潛在的諸多安全問題，確保煤礦安全生產(chǎn)。

(2)提高煤礦生產(chǎn)效率。提高煤礦生產(chǎn)過程的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)水平，能夠大大提升煤礦的生產(chǎn)效率。通過采用機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)，能夠在無人監(jiān)管的前提下，自主選擇程序，自主進(jìn)行作業(yè)，且不受時(shí)間的限制，從而能夠最大限度降低煤礦的生產(chǎn)成本。

(3)加快生產(chǎn)技術(shù)更新。煤礦企業(yè)通過大量應(yīng)用機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)，能夠加快煤礦產(chǎn)業(yè)技術(shù)更新速度。在此過程中，應(yīng)注重配合使用其他的開采輸送技術(shù)，從而最大限度促進(jìn)煤礦產(chǎn)業(yè)技術(shù)更新?lián)Q代，并加快整個(gè)產(chǎn)業(yè)的技術(shù)更新速度，實(shí)現(xiàn)企業(yè)自身社會(huì)效益與經(jīng)濟(jì)效益的提升。

4 結(jié) 語

通過梳理近年來煤礦企業(yè)的機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用情況，并對(duì)其發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了討論，對(duì)于進(jìn)一步提高煤礦企業(yè)機(jī)械自動(dòng)化水平具有一定的參考價(jià)值。

[1] 張麗娟.煤礦通風(fēng)系統(tǒng)中自動(dòng)化控制技術(shù)的應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2015(8)：243-244.

[2] 張少鋒.提高小空煤礦機(jī)械化水平途徑與措施[J].煤炭工程，2013，45(12)：142-144.

[3] 肖同社.煤礦采掘機(jī)械化現(xiàn)狀與對(duì)策措施研究[J].中國(guó)煤炭，2013，39(10):71-73.

[4] 韓 微.機(jī)械自動(dòng)化在煤礦機(jī)械制造中的運(yùn)用分析[J].科技資訊，2013(1)：74-75.

[5] 劉 斌.論機(jī)械自動(dòng)化技術(shù)在機(jī)械制造業(yè)中的應(yīng)用[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2013(3)：45-46.

[6] 張青花.淺談機(jī)械自動(dòng)化在煤礦采掘中的應(yīng)用[J].技術(shù)與市場(chǎng)，2015(4):72-73.

2015-05-21)

趙滌非(1983—)，男，工程師，047105 山西省長(zhǎng)治市長(zhǎng)治縣蘇店鎮(zhèn)。