滾筒采煤機(jī)薄煤層自動開采系統(tǒng)設(shè)計應(yīng)用*

鮑江峰

(山西焦煤集團(tuán)有限責(zé)任公司東曲煤礦，山西 古交 030200)

0 引 言

薄煤層在我國總儲量中占據(jù)了一定的地位，但是在總產(chǎn)量中占比較低。因為薄煤層應(yīng)用設(shè)備開發(fā)困難，自動化水平不高，因此生產(chǎn)工作效率低。目前薄煤層應(yīng)用設(shè)備存在的問題：①自動化的程度低；②設(shè)備尺寸與功率不匹配；③工作流程中循環(huán)和連續(xù)沖突的問題。

由于薄煤層開采難度較大，年開采量僅占全國總產(chǎn)量的10.4%。隨著薄煤層綜采設(shè)備制造技術(shù)的提升，以及國家對資源合理利用要求的提高，薄煤層開采日益受到重視，目前許多礦區(qū)隨著開采強(qiáng)度的加大，厚及中厚煤層的儲量急劇下降甚至枯竭，薄煤層逐漸變?yōu)橹鞑擅簩覽1]。

在滾筒采煤機(jī)切割效率高、破煤巖能力強(qiáng)、適應(yīng)性能好基礎(chǔ)上，薄煤層開采自動化設(shè)備研發(fā)的重點是提升設(shè)備的通用性和實用性。此文通過布置電動機(jī)選用并行的方式，在切割電動機(jī)和牽引機(jī)電動機(jī)的安裝位置上選擇縱向運(yùn)行，利用遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中控制來實現(xiàn)工作面的自動化運(yùn)行目標(biāo)，同時也對薄煤層開采的安全和高效具有重要意義[2]。

1 薄煤層綜采機(jī)組確定及技術(shù)要求

薄煤層綜采設(shè)備實現(xiàn)自動化包括兩種形式，第一種是刨煤機(jī)自動化，第二種是滾筒采煤機(jī)自動化。刨煤機(jī)對能源的消耗不高，工作時工人的位置一般不變并且工作強(qiáng)度低。但是該設(shè)備不適應(yīng)所有地質(zhì)上應(yīng)用，只能在特定的地質(zhì)上工作。

滾筒采煤機(jī)比刨煤機(jī)的優(yōu)勢有四點：①在工作面工作時能夠滿足煤層厚度大幅度的變化；②在煤層頂?shù)装宄霈F(xiàn)起伏變化時依舊能夠很好的工作；③煤層中包含夾矸時仍可以進(jìn)行回采工作；④對工作面的要求長度不高。因此我國薄煤層破煤設(shè)備基本選用滾筒采煤機(jī)。天地科技股份有限公司在2004年與相關(guān)煤礦企業(yè)共同進(jìn)行設(shè)計研發(fā)工作，研制了 MG100/238-BWD、MG2×160/710-WD 等系列薄煤層滾筒采煤機(jī)，完成了小尺寸大功率的目標(biāo)。新開發(fā)的系列薄煤層滾筒采煤機(jī)具有無人化和自動化優(yōu)勢。

2 薄煤層工作面無人操作自動化開采原理

該設(shè)計目標(biāo)是提高設(shè)備在薄煤層的工作效率，重點是對立柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化進(jìn)回液原理，盡可能的減少設(shè)備所占的空間，降低最小采煤高度，更好實現(xiàn)薄煤層自動化生產(chǎn)[3]。

2.1 薄煤層自動化控制系統(tǒng)

薄煤層自動化控制系統(tǒng)的功能主要體現(xiàn)在四個方面：①巷道集中控制中心；②遠(yuǎn)程監(jiān)控；③工作面無人化操作；④雙向割煤，該系統(tǒng)由三部分組成：①自動控制子系統(tǒng)；②刮板輸送控制系統(tǒng)；③液壓支架系統(tǒng)。在工作面的中間位置時，自動化開采依靠的是記憶截割，工作時碰到煤層厚度變化的情況，自動化開采依靠的是高記憶聯(lián)想模式，工作中遇到斷層的情況時，自動化依靠的是遠(yuǎn)程人工?？蒲屑夹g(shù)人員為了攻克上下端頭自動化開采的困境，把整體的工作流程分開處理，總共分為三個部分，每個部分都選出關(guān)鍵點，機(jī)頭和機(jī)尾兩部分的進(jìn)刀方式是斜切，主要切割的是三角煤，這樣就達(dá)到了自動化開采[4]。

2.2 液壓支架電液控制系統(tǒng)設(shè)計

液壓支架電液控制系統(tǒng)一般分為兩部分，其中第一部分是巷道控制中心，第二部分是電液控制，如圖1所示。該系統(tǒng)常見的設(shè)計分為兩種模式，一種是一控一，另一種就是一控三。其所指的是一個控制器控制一個液壓支架或者三個液壓支架。在成本及效益上來看，一控三是比較經(jīng)濟(jì)的。支架一般都是與電液換向閥組共同使用的，可以更好的完成各種控制動作，常見的有推移刮板、平衡、伸縮等。

圖1 液壓支架電液控制系統(tǒng)組成

技術(shù)人員將紅外監(jiān)測安裝在采煤機(jī)上，利用紅外設(shè)備的發(fā)射器和接收器，將采煤機(jī)的位置情況實時傳輸?shù)街Ъ芸刂破鳎Ъ芸刂破鲿⑿畔⑦M(jìn)行處理，按照信息的指令來完成各種控制動作。最終達(dá)到自動化開采的目標(biāo)。

2.3 刮板輸送機(jī)自動控制系統(tǒng)設(shè)計

刮板輸送機(jī)自動控制系統(tǒng)主要是輸送信息到控制中心和控制器，輸送的信息主要有三種：①運(yùn)量信息；②阻力信息；③位置信息，在超載和超標(biāo)的情況下，系統(tǒng)和控制器會對采煤機(jī)割煤速度和支架跟機(jī)移架速度進(jìn)行調(diào)整，達(dá)到自動控制的目標(biāo)。當(dāng)完成自動控制時，該機(jī)器還安裝有中部槽自動調(diào)斜設(shè)備，目的是將姿態(tài)和高度保持在合理的范圍內(nèi)，盡量多的保持中部槽的平整，提高鏟裝的效率。

3 相關(guān)技術(shù)難題及解決方案

3.1 提高裝煤效果

薄煤層滾筒采煤機(jī)裝機(jī)效果因螺旋葉片的大小會受到限制。只有提高裝機(jī)效果才能保證薄煤層安全有效的開采。解決薄煤層裝煤問題采取措施如下：①應(yīng)用雙向式裝置提高效率。在采煤機(jī)安裝螺旋角的犁板，位置在搖臂的下側(cè)，犁板的形狀和前進(jìn)的角度是根據(jù)煤和金屬作用的角度確定的，以此提高工作效率；②應(yīng)用分段多輪的方式來運(yùn)行刮板輸送機(jī)。安裝自動調(diào)斜設(shè)備，安裝的位置上是在中部槽，通過調(diào)斜千斤頂調(diào)整刮板輸送機(jī)的高度，從而加強(qiáng)刮板輸送機(jī)的工作效率。通過實際應(yīng)用，安裝上面的設(shè)備能夠提高整體工作效率，提升效率接近3倍[5]。

3.2 設(shè)備空間尺寸布置解決方案

薄煤層操作是在一定范圍內(nèi)的空間中，必須要解決設(shè)備尺寸和功率匹配的難題?？蒲腥藛T采用單進(jìn)回液口雙伸縮立柱和板式新結(jié)構(gòu)。將立柱的結(jié)構(gòu)進(jìn)行調(diào)整，優(yōu)化進(jìn)回液原理，達(dá)到增加立柱伸縮比效果，可以低于以往高度，現(xiàn)在能夠達(dá)到的最小高度是0.45 m，開發(fā)出緊湊型插裝式多功能電液控制閥的控制系統(tǒng)，將電液控制閥的體積和外形的尺寸控制在最小范圍內(nèi)，還采用扁平鏈和極薄煤層刮板輸送機(jī)鑄焊結(jié)構(gòu)中部槽，在強(qiáng)度一致情況下，槽幫的高度比原來低，從之前的250 mm降低到現(xiàn)在的150 mm，電機(jī)的布置選用平行方式，能夠降低機(jī)器的高度，增加機(jī)器功率，更好的滿足薄煤層采煤機(jī)設(shè)備的要求。

4 技術(shù)應(yīng)用情況

滾筒采煤機(jī)薄煤層自動開采系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場試驗，應(yīng)用地段是 0. 6 ～1. 3 m 薄煤層。通過對東曲煤礦實際運(yùn)行，該技術(shù)實現(xiàn)了無人操作自動化生產(chǎn)，每月的煤炭平均產(chǎn)量是11.8萬噸，每年煤炭平均產(chǎn)量是100萬噸。其中主要運(yùn)行設(shè)備與國外技術(shù)參數(shù)對比見表1所列。

表1 項目主要技術(shù)參數(shù)及國內(nèi)外同類技術(shù)參數(shù)對比

通過應(yīng)用實驗數(shù)據(jù)可見，該薄煤層開采系統(tǒng)可以大大降低最小采煤高度，同時可達(dá)到良好的薄煤層自動化開采效果，提高了采煤效率。

5 結(jié) 語

為實現(xiàn)薄煤層自動開采的目標(biāo)，研發(fā)了滾筒采煤機(jī)薄煤層自動開采系統(tǒng)，通過分析筒采煤機(jī)基本特性以及采取布置電動機(jī)并行的方式，在切割電動機(jī)和牽引機(jī)電動機(jī)的安裝位置上選擇縱向運(yùn)行，對立柱結(jié)構(gòu)進(jìn)行了調(diào)整，對進(jìn)回液原理進(jìn)行了優(yōu)化，盡可能的減少設(shè)備所占的空間，同時利用遠(yuǎn)程監(jiān)控和集中控制實現(xiàn)工作面的無人化和自動化管理，通過現(xiàn)場試驗以及與以往的國內(nèi)外數(shù)據(jù)對比，該設(shè)備可以大大提高薄煤層的開采效率，符合國家提達(dá)到了薄煤層自動開采的目標(biāo)，在提高設(shè)備在薄煤層的工作效率上，，更好實現(xiàn)薄煤層自動化生產(chǎn)。出的提高對薄煤層資源合理利用的要求，對提高煤炭開采率具有重要意義。