临沂矿业集团有限责任公司田庄煤矿 山东济宁 272000
摘要：中国虽然是煤炭大国，但随着多年来煤炭消耗量持续增长，开采重心开始由厚及中厚煤层向薄煤层转移。但相较于厚及中厚煤层，薄煤层的赋存情况、水文条件和地质环境等更为复杂，致使薄煤层开采效率并不高（薄煤层可采储量占比为19%，但产量占比只有约10.4%）。因此，为了国家能源大计，必须在普通采煤技术基础上，研究适合薄煤层采挖的技术方法，使煤炭利用达成可持续发展。基于此，本文主要对薄煤层综采自动化采煤工艺技术研究与应用策略进行了简要的分析。
关键词：薄煤层；综采自动化；采煤工艺；研究与应用
引言
随着煤炭挖掘的不断深入，厚及中厚煤层逐渐耗尽，薄煤层开采将成为煤炭工业的主要开采方向。为此，本文进行了简要的分析，希望可以为相关的工作人员提供一定的参考。
1.薄煤层开采特点
从薄煤层形成的地质结构上讲，薄煤层区域一般为多断层地质，因此进行薄煤层采挖会遇到以下问题：（1）因断层间的空隙狭小，致使普通采挖机械难以应用（主要指长壁设备的选配不容易），特别是设备的安装及操控均存在一定困难；（2）与中厚煤层相比，薄煤层的赋存明显要复杂化，这就可能导致高掘进率下的低产出；（3）因煤层薄，安保设备或安全措施布置不方便，可能造成瓦斯排放困难等问题。综上，薄煤层采挖在工作环境、安全保障上均较中厚煤层严峻，进行薄煤层开采技术的针对性研究不但必要，而且迫切。
2.薄煤层综采工艺技术应用
里彦煤矿主要含煤地层为下二迭统山西组、上石炭统太原组，平均总厚108.68m，共含煤20层。山西组含煤1层，太原组含煤19层。其中山西组3煤层、太原组16上、17煤层为主要可采煤层，也是主要开采对象，太原组6、15上、18三煤层为可采或局部可采煤层。含煤地层煤层平均总厚15.72m，含煤系数为11%。可采、局部可采煤层总厚度平均为9.79m，可采煤层的含煤系数为6.6%。其中主要可采煤层(3、15上、16上、17)平均总厚7.71m，占可采、局部可采煤层总厚的79%。
按照煤层厚度的状况，引进了上海创立煤矿机械厂生产的MG560型采煤机。截割滚筒为1.2米，煤质硬度中偏硬，工作面长度150米，煤层局部倾角6度。采煤机身尺寸为370mm×1324mm×500mm,其属于国内无链牵引最矮的机型。(1)采煤方法以及采煤工艺。通过走向长壁后退的方式完成采煤,缓慢下沉法把控顶板。(2)工作面机采工艺。掘上下缺口-落煤-装煤-运煤-移刮板输送机-支护-回柱放顶。①掘上下缺口:上下缺口即是机窝,同时煤壁侧的安全出口,选择爆破方法落煤,人工撩煤。规格:沿工作面方向2-4m,沿推进方向1-2m。②落煤:选择MG100/230-BWD型交流电牵引采煤机落煤,端头斜切进刀,双向割煤,截深0.5m。③装煤:采煤机滚筒自行装煤。④运煤:利用730型刮板输送机运煤,输送机道使用730型刮板输送机和SPJ800型胶带输送机运煤。⑤移刮板输送机:采用移刮板输送机器移刮板输送机,随采煤机移动工作面输送机,长度不超过20m。⑥支护:通过郑煤机ZY3600/09/19掩护式支架进行支护。三机配套运行方案，效果良好，工作面控制采高1.4米，每班割煤5-6刀，人工功效相对于炮采工作面提高247%，极大了降低了工人劳动强度。
黄沙矿薄煤综采工作面走向长度为300m，倾斜长度50m，煤层的倾角为8度，煤质硬度较大。采高为1m，容重为1.5t/m3。工作面煤层平均厚度为0.7m。煤层厚度稳定，在靠近切眼煤层的局部发生薄化。煤的质量较好，煤灰分在26％左右，工作面揭露的断层包括8条，落差在0.5m-20m左右，落差值为3m。断层位于刮板输送机下帮，对回采造成的影响较大。
该矿采煤方法为按走向长壁的退回式采煤方法，自动化综采采煤，一次采全高，全部垮落法进行顶板管理。采用的落煤方式为使用电牵引双滚筒采煤机进行落煤，斜切式进刀方式。使用强力滚筒进行自动装煤，使用刮板输送机配合带式输送机进行连续运煤。支护方式采用掩护式液压支架进行支护，上下断头采用金属双销铰接顶梁配合单体液压支柱进行支护。具体采煤方法见表1。
表1 薄煤层自动化综采采煤方法
回采工艺流程：先使用采煤机从中间向下斜切，然后下行割煤，再使用空刀进行上行返空刀，使用移动支架将输送机自下而上推送，使用采煤机进行从中间向上的割煤，下行返空刀，采用自中间向下斜切进刀的方式进行下行割煤，从中间开始自下而上进行推送和输送煤。
薄煤层采用了综采支架的方法，提高了工作面的支护强度，增加了安全系数。与同类工艺相比，简化操作工艺，作业风险得到了大幅度降低，避免了顶板事故，实现安全生产。而且，通过支架的安装和运行，液压支架电液控制系统将降架、移架及输送等实现了全自动化，通过远程遥控操作装置，许多工序已经达到了无人化的程度，如移架、移动输送、割煤等都可以远距离操作，实现安全生产。通过保护层的开采，瓦斯得到释放，避免了由于瓦斯造成的安全隐患，顶板和煤壁管理难度降低，工作面实现正常循环，主采煤层的开采难度降低，推进度增加，老空区煤炭自燃危险降低；同时，薄煤层采用了综采支架施工技术，对地质条件的适应性增强，解决了部分薄煤层开采难度大的问题；
3.薄煤层综采自动化技术研究
采煤机自动化控制技术，指的是采煤机控制中枢系统按照已有的工作数据自行智能化运转，实现无人值守下的采煤工作。这一系列的动作主要由采煤设备示范相关切割动作，然后设备会有一个存储动作的记忆芯片来存储相关切割动作的轨迹，进入记忆切割状态，根据记录的数据调整滚筒自动化调整高度进而实现自动割煤。
液压支架电液控制技术，作为目前较为先进的一种电液控制开采技术，能够按照实际的生产情况来自动调整液压，使其达到最为适应工作环境的一个液压数值，主要可以实现以下液压支架的智能降架、拉架升架、推移前部输送机、自动喷洒水等多项功能。其中电液阀组是电液控制技术中的核心技术，液压支架上的传感值器依据不同的液压值将信号传递到计算机，计算机通过数据的处理与分析，再将执行命令传送给点液压控制系统，通过液压阀的控制来实现对综采面设备的有效控制。
刮板输送机自动化技术是薄煤层自动化技术中的重要技术，通过对刮板输送机的工作电流或者改变刮板链条的受力方向来调整输送情况，通过多次变化之后刮板输送机工作的状态来求出输送机的最大负荷量，从而按照工作强度来调整采煤机的牵引速度和落煤量等，使工作状态实现最优化。
采煤场空间环境可视化监测技术主要是利用三维扫描激光技术来扫描信息，将一些开采环境较为恶劣且复杂的开采场地利用激光扫描到的信息在电脑上模拟出物体表面的长宽高、斜距、反射强度等数据，再结合井下摄像采集到的图像信息一并通过三维激光传输到主干网络上，最后在地面控制调度室将三维激光扫描测量和摄影测量数据通过归纳、整合、分析，得出相应的井下的三维立体图像，方便工作人员准备施工材料，确定施工的进度，保证采煤工作的顺利。此外，地面集成控制主机是薄煤层开采技术中的核心，负责调控井上交换机以及井下交换机，井下控制主机又控制着采煤机、输送带、泵站、配电中心，井下液压控制主机则负责调配支架控制器，各个系统之间紧密联系，通过网络实时发送的相关数据完成薄煤层的自动化开采。
结束语
总而言之，实现薄煤层综采工作面的自动化控制系统，可以有效提高煤炭的开采率，确保工作人员的人身安全，提高工作面的回采率。当出现安全隐患时，控制中枢能够及时发现并快速解决故障，实现对综采工作面的无人化开采。
参考文献
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论文作者:张庆振,刘杨
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2017年第22期
论文发表时间:2017/12/29
标签：煤层论文; 工作面论文; 输送机论文; 支架论文; 液压论文; 技术论文; 可采论文; 《建筑学研究前沿》2017年第22期论文;