煤炭綜合機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)與裝備的發(fā)展

康 貴

（陽(yáng)煤集團(tuán)一礦， 山西 陽(yáng)泉 045000）

引言

目前，我國(guó)國(guó)有煤礦基本上全部實(shí)現(xiàn)了綜采，但是地方煤礦的機(jī)械化程度較低。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)綜采所使用的液壓支架以及液壓控制系統(tǒng)基本上能實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，而且我國(guó)研發(fā)的成套綜采設(shè)備得到了國(guó)際上的認(rèn)可。但是也存在著很多技術(shù)上的問(wèn)題，例如采煤機(jī)所采用的變頻器、齒輪以及電控系統(tǒng)的使用壽命較短、可靠性很差，導(dǎo)致設(shè)備的關(guān)鍵零部件還需要進(jìn)口，這是我國(guó)綜采設(shè)備研發(fā)急需解決的問(wèn)題[1]。

1 急傾斜煤層綜采綜放成套裝備的發(fā)展

急傾斜煤層開(kāi)采是煤炭開(kāi)采所面臨的難題，主要是由于在煤層傾角較大時(shí)，綜采設(shè)備的問(wèn)題性較差導(dǎo)致易發(fā)生安全事故。為了實(shí)現(xiàn)大傾角煤層的高產(chǎn)高效開(kāi)采，在國(guó)家“十一五”期間，天地科技在多家單位的協(xié)助下攻克了大傾角煤層開(kāi)采的技術(shù)難關(guān)。解決了在煤層傾角較大時(shí)綜采工作面的穩(wěn)定性問(wèn)題，并研發(fā)了一套復(fù)雜煤層綜采、綜放工作面成套裝備及技術(shù)。實(shí)現(xiàn)了35°～56°大傾角復(fù)雜煤層的安全高效生產(chǎn)。該技術(shù)裝備的創(chuàng)新點(diǎn)有以下幾點(diǎn)[2]：

研發(fā)了適用于大傾角煤層的專(zhuān)用低位放頂煤液壓支架，在工作面回采期間，液壓支架的防倒以及防滑通過(guò)“自撐—鄰拉—底推—頂擠”的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。為了解決回采過(guò)程中液壓支架的移架困難問(wèn)題，在液壓支架的底部安裝了滑靴式抬底機(jī)構(gòu)。解決了大傾角下采煤機(jī)導(dǎo)向滑靴使用壽命較短的問(wèn)題。研發(fā)了大傾角采煤機(jī)牽引制動(dòng)技術(shù)、采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制技術(shù)，解決了在煤層開(kāi)采過(guò)程中采煤機(jī)出現(xiàn)的下滑問(wèn)題。通過(guò)刮板輸送機(jī)圓環(huán)鏈單環(huán)回火處理技術(shù)，解決了復(fù)雜煤層條件下刮板輸送機(jī)圓環(huán)鏈損壞率高、銷(xiāo)軌使用壽命短。采用現(xiàn)場(chǎng)總線隔離傳輸器增強(qiáng)信號(hào)的抗干擾能力，以及插拔式可旋轉(zhuǎn)電纜鎧裝連接器增加信號(hào)的響應(yīng)速度，提高了綜采過(guò)程中液壓支架的移架速度。為了解決復(fù)雜煤層綜采工作面設(shè)備的配套問(wèn)題，建立了工作面設(shè)備選型體系。

2 復(fù)雜薄煤層自動(dòng)化綜采成套裝備的發(fā)展

薄煤層在我國(guó)有著豐富的儲(chǔ)量，但是由于其賦存不穩(wěn)定、硬夾矸比較多、工作空間狹小導(dǎo)致開(kāi)采極其困難。一些礦井采用炮采和機(jī)采的方式嘗試性開(kāi)采，開(kāi)采過(guò)程中生產(chǎn)效率極低。因此，很多礦區(qū)面對(duì)這種薄煤層選擇拋棄，造成了資源的大量浪費(fèi)。

目前，國(guó)內(nèi)外的薄煤層綜采技術(shù)裝備智能開(kāi)采1.5 m以上的薄煤層，而對(duì)于1.5 m以下的薄煤層無(wú)能為力。為此，天地科技股份有限公司與冀中能源峰峰集團(tuán)和中國(guó)礦業(yè)大學(xué)等單位合作，通過(guò)長(zhǎng)期技術(shù)攻關(guān)，研發(fā)了0.6～1.3 m薄煤層自動(dòng)化綜采成套裝備，并且實(shí)現(xiàn)了工作面的全自動(dòng)化，同時(shí)也實(shí)現(xiàn)了薄煤層開(kāi)采的高產(chǎn)高效，為礦井創(chuàng)造了巨大的經(jīng)濟(jì)效益。該技術(shù)的創(chuàng)新點(diǎn)如下：

基于滾筒采煤機(jī)，設(shè)計(jì)了自動(dòng)化控制系統(tǒng)，研發(fā)了適用于0.6～1.3 m薄煤層綜采自動(dòng)化成套裝備。通過(guò)安裝在工作面上的傳感器，實(shí)現(xiàn)了工作面內(nèi)無(wú)人，減少了人力投入，大大提高了安全性和生產(chǎn)的效率。研發(fā)了超大可伸縮智能液壓支架，解決了工作阻力對(duì)液壓支架高度的限制，使支架的最小高度可以達(dá)到0.45 m。研發(fā)了可反沖洗過(guò)濾器以及電液卸載閥等關(guān)鍵電液元件，實(shí)現(xiàn)了液壓直接的智能支護(hù)。充分考慮了煤巖的強(qiáng)度，研制了小高度大功率滾筒采煤機(jī)綜采自動(dòng)化機(jī)組，實(shí)現(xiàn)了0.6 m以上堅(jiān)硬夾矸、半煤巖或硬煤薄煤層的高效率開(kāi)采。

3 特厚煤層大采高綜放成套技術(shù)與裝備的發(fā)展

山西和內(nèi)蒙地區(qū)存在大量的14～20 m特厚或巨厚煤層，采用傳統(tǒng)的綜采技術(shù)需要進(jìn)行分層開(kāi)采，限制了特厚煤層的高產(chǎn)高效。在“十一五”期間，中煤科工集團(tuán)聯(lián)合大同煤礦等十幾家單位攻克了特厚煤層的高效開(kāi)采的技術(shù)難題，研發(fā)了適用于特厚煤層開(kāi)采的工藝及設(shè)備。

研發(fā)了特厚煤層綜采放頂煤成套設(shè)備及工藝，并掌握了大采高綜采放頂煤的礦壓規(guī)律以及相應(yīng)的礦壓控制技術(shù)，首次實(shí)現(xiàn)了14～20 m特厚煤層一次采全厚開(kāi)采。為了控制大采高條件下礦山壓力的劇烈顯現(xiàn)問(wèn)題，研發(fā)了世界上15 000 kN高阻力、5.2 m最大高度綜采放頂煤液壓支架。該支架通過(guò)兩前兩后連桿穩(wěn)定機(jī)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)劇烈礦山壓力顯現(xiàn)的控制。此外，新型液壓支架還能實(shí)現(xiàn)綜放工作面端頭的過(guò)渡段放煤。

研發(fā)了針對(duì)特厚煤層以及松軟煤層的大斷面全煤巷錨桿及錨索支護(hù)技術(shù)，并生產(chǎn)了相應(yīng)的配套錨桿與錨索。為了解決特厚煤層的大斷面巷道掘進(jìn)問(wèn)題，在現(xiàn)有的掘錨一體機(jī)的基礎(chǔ)上研制出了軌道式大斷面巷道掘進(jìn)機(jī)。

制定了大采高綜放技術(shù)的開(kāi)采標(biāo)準(zhǔn)，形成了相關(guān)的技術(shù)規(guī)范，大采高綜放成套裝備具有完整的體系。2011年，大采高綜采放頂煤技術(shù)在同煤塔山礦8105工作面進(jìn)行了工業(yè)性試驗(yàn)，當(dāng)年工作面累計(jì)產(chǎn)量達(dá)到了1 084.9萬(wàn)t，實(shí)現(xiàn)了厚煤層的高產(chǎn)高效。目前，該技術(shù)及裝備正在有條件的礦區(qū)進(jìn)行推廣應(yīng)用。

4 結(jié)語(yǔ)

要保證工作面回采的高產(chǎn)高效以及安全生產(chǎn)，需確保綜采設(shè)備具有較高的可靠性、自動(dòng)化、安全性和操控性能。這就要求煤炭行業(yè)加快相關(guān)技術(shù)裝備的研發(fā)，增加研發(fā)投入，培養(yǎng)大量的專(zhuān)業(yè)性技術(shù)人才，解決綜采設(shè)備的關(guān)鍵元部件的自主生產(chǎn)，以及設(shè)備故障診斷檢測(cè)等技術(shù)難題，研發(fā)智能型綜采成套技術(shù)裝備，增強(qiáng)綜采成套技術(shù)裝備對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)性，特別是急傾斜、薄煤層等條件，研發(fā)適用于充填技術(shù)的高效充填液壓支架已經(jīng)成套設(shè)備。