极薄煤层安全高效智能开采技术及装备的探讨与应用周中平

170极薄煤层安全高敁智能开采技术及装备的探讨与应用周中平，张承冉（山东能源枣矿集团有限责仸公司，山东枣庄277000）摘要：立足0.9m煤层，以蒋庄煤矿事水平16煤层作为设计依据，在现有自动化、智能化基础上，借鉴采煤机器人群、三维建模等理念，以提高枀薄煤层自动化、智能化开采生产能力，研制枀薄煤层采煤机、刮板输送机、液压支架组成的枀薄煤层高敁开采关键技术与装备，实现枀薄煤层安全高敁生产。关键词：枀薄煤层；综采工作面；进程启停；集控中心；智能开采中图分类号：F406.3；TD82文献编制码：B文章编号：1008-0155（2019）16-0170-021目的和意义1.1枀薄煤层开采技术难题（1）工作面采高低，空间狭窄，工作面设备选型及配套难度大，设备移动困难，安装及操作难度大。（2）工作环境差，工作面人员活动范围有限，劳动强度大，安全系数低。1.2研究目的（1）依靠装备提升带动生产系统和劳动组织优化，提升极薄采煤工作面单产水平，解放劳动力，将人力资源质量水平提高到新的层次。（2）通过“以机替人、以机换人”将职工从最危险的区域解放出来，实现本质安全。1.3研究的意义极薄煤层安全高效智能开采提高了资源回收率，是企业持续稳定发展，创造企业效益最大化的有效途径，是安全高效智能化开采、清洁高效集约化利用生产方式的变革，也是“无人则安、少人则安、少时则安”的安全生产理念的要求。2内容和方法2.1枀薄煤层开采研究内容以提高极薄煤层开采生产能力，自动化、智能化水平和工作面采、运、支主要装备可靠性为研究方向，研制极薄煤层采煤机、刮板输送机、液压支架组成的极薄煤层高效开采关键技术与装备。即立足0.9m煤层，在现有自动化、智能化基础上，借鉴采煤机器人群、三维建模等理念，研究一套工作面设备全智能化、自动化，多机协同联动作业装备，实现极薄煤层安全高效生产。极薄煤层实现安全高效生产，取决于采煤机械的落煤能力、装煤能力及刮板输送机的运输能力。合理的三机配套，需综合考虑采煤机械主要技术指标、滚筒直径大小、装煤效果，液压支架对工作面地质条件的适应性、初撑力、工作阻力大小、与刮板输送机的联结配套方式，刮板输送机的参数指标、与采煤机之间过煤空间的高低等[1]。在装备方案研究过程中，需重点研究解决极薄煤层综合机械化开采实现高效开采的难点：大功率高可靠性采煤机机身高度与煤层厚度的矛盾；解决极薄煤层综采配套设备对薄煤层厚度变化的适应性问题；解决极薄煤层工作面高效开采与自动化、智能化的问题。极薄煤层智能化设备研究设计主要以蒋庄煤矿二水平16煤层作为设计依据。蒋庄煤矿二水平16煤层剩余可采储量340万吨。16煤为肥煤，硫分平均3.35％，在全井田内基本稳定可采，厚度平均为0.83m，层位稳定煤层倾角0°-5°，为太原群主要可采煤层[2]。断层较发育，受断层影响，布置相对规则工作面困难；局部有黄铁矿结核和泥岩夹矸，对煤质有一定影响。顶板以石下灰岩为主，其次为泥岩，底板为炭质泥岩及细砂岩为主。2.2枀薄煤层三机配套斱案研究蒋庄煤矿在调研其他矿井薄煤层与极薄煤层采煤工作面生产情况的基础上，同时结合蒋庄煤矿16煤层163采区煤层赋存条件等因素，研究设计了极薄煤层智能化装备初步方案[3]：液压支架最小支护高度是700mm，最大支护高度是1500mm；端头支架最小支护高度1300mm，最大支护高度2800mm，支架采用电液控制，主控阀为八功能电液控制阀，满足支架要求电控的各种动作功能；采煤机截割功率200kW，装机功率446kW，配置Ø850mm滚筒，截深630mm，机面高度715mm；刮板输送机传动部为垂直布置，电机功率200kW。2.3自动化、智能化系统（1）具有在井下顺槽集控中心及地面调度中心对综采工作面设备按照煤流顺序“一键”启停功能，具备单设备远程启停功能。（2）实现在顺槽集控中心对工作面设备的集成控制，能够对采煤机、液压支架、三机设备、泵站设备、皮带运输设备等集中监控和自动化控制；（3）具有在集控中心对综采设备数据集成、处理、故障诊断等功能。（4）具有工作面千兆级工业以太网，在工作面实现数据的高速传输。（5）具有工作面视频系统，实现对主要综采设备进行实时监控，实现视频系统跟机自动化。（6）具备井下数据上传功能，能够将综采设备通过井上下数据传输系统上传到地面调度中心，实现井上下同步监控综采工作面设备运行。（7）具备综采设备运行状态数据任何时段自动分析功能。（8）具备综采设备开机率停机率统计功能，确定系统停机原因、故障原因、故障点、故障位置。（9）工作面自动化控制系统出现故障时，各子系统不受综采自动化系统控制，以保证在检修和综采自动化控制系统出现故障时，各子系统能单独开车，确保生产不受影响。DOI:10.13487/j.cnki.imce.0147421713极薄煤层智能化装备设计方案选型3.1斱案一中间架：ZY3600/07/15D，端头架：ZYT3600/13/28D，采煤机：MG2×100/446-WD，刮板运输机：SGZ730/400。采煤机配Ø850mm滚筒，最小开采高度为850mm，截深630mm，机面高度715mm；工作面最小采高时，采煤机距支架顶梁160mm，支架拉完超前架后，电缆槽距支架电控阀729mm；刮板输送机传动部为垂直布置，电机功率200kw。3.2斱案二中间架：ZY3600/07/15D，端头架：ZYT3600/13/28D，采煤机：MG450/1050-WD，刮板运输机：SGZ800/800。采煤机配Ø1050mm滚筒，最小开采高度为1050mm，截深800mm，机面高度739mm；工作面最小采高时，采煤机距支架顶梁194mm，支架拉完超前架后，电缆槽距支架电控阀638mm；刮板输送机传动部为垂直布置，电机功率400kw。两套方案均具有在井下顺槽集控中心及地面调度中心对综采工作面设备按照煤流顺序“一键”启停功能，具备单设备远程启停功能，且在任何可控设备远程启停前具备在工作面进行语音预警的功能。3.3斱案对比方案一采煤机电机功率小，二水平煤层掺杂不规则硫化铁结核，无法采取爆破松动，采煤机截割功率小时，直接截割硫化铁结核，设备故障率高，会出现停止牵引现象。方案二采煤机功率大，可以直接截割硫化铁结核，因二水平（162、163采区）煤层厚度在0.7m-1.4m之间，最小采高时（1.05m），直接截割底板砂岩（0.3m），影响煤质。综上分析，倾向于采用方案二。ZY3600型支架配MG450/1050型采煤机配SG800/800型刮板输送机。建议再设计小槽煤工作面，请设计规则布置工作面，能体现出智能化装备的优越性。4预期效果极薄煤层智能化装备的使用实现了正常采煤生产过程以采煤机记忆割煤为主，人工干预为辅；以液压支架跟随采煤机自动动作为主，人工干预为辅；以综采运输设备集中自动化控制为主，就地控制为辅；以综采设备数据监测为主，视频监控为辅；即“以工作面自动控制为主，人工干预控制为辅”的智能化生产模式。极薄煤层智能化开采，提高了矿井的自动化和机械化程度，改善了劳动作业环境，减少了劳动组织定员，降低了职工的劳动强度，提高了采煤工效，实现了工作面少、人安全、高效开采的目标。5结语极薄煤层开采装备首先要保证配套设备参数合理，通过合理提高装备能力提高设备适应性和可靠性，要采用先进的信息化、智能化监测监控技术和故障诊断预报技术，从而实现工作面有人巡视无人操作常态化运行，是极薄煤层开采的发展方向，也是实现现代化矿井的必由之路。参考文献:[1]任彦杰.综采设备在薄煤层开采中的应用[J].煤炭科技，2017(3):139－140．[2]王国法.薄煤层安全高效开采成套装备研发及应用[J].煤炭科学技术，2009，37(9):86－89.[3]范京道，王国法，张金虎，等.黄陵智能化无人工作面开采系统集成设计与实践[J].煤炭工程，2016，48(1):84－87.作者简介:周中平（1980-），男，山东微山人，工程师，研究方向:煤矿开采。