張 楠

（山東省田莊煤礦有限公司，山東 濟(jì)寧 272103）

1 礦井概況

田莊煤礦位于山東省濟(jì)寧市高新區(qū)王因鎮(zhèn)境內(nèi)，礦井于1997 年開工建設(shè)，2002 年正式投入生產(chǎn)，原隸屬于山東省煤炭工業(yè)局，2004 年劃歸臨礦集團(tuán)管理。礦井可采煤層三層（15上煤、16上煤、17 煤），核定生產(chǎn)能力90 萬t/a，剩余可采儲量1 999.9 萬t，剩余服務(wù)年限15 a（截至2017 年12 月底），采煤方法為走向長壁后退式開采，采煤工藝為綜采。礦井屬低瓦斯、低二氧化碳礦井，煤層為Ш 類不易自燃煤層，無沖擊傾向性，煤塵具有爆炸性（15上煤45.70%、16上煤41.00%、17 煤44.37%）。

2 薄煤層智能化刨煤機(jī)工作面的建設(shè)條件

2.1 煤層賦存條件

15 煤煤層平均厚度0.78 m，礦井一水平可采儲量286.4 萬t，煤質(zhì)硬度約為f2.5～f3，傾角6°左右，屬于緩傾斜煤層。

2.2 頂?shù)装迩闆r

15 煤煤層頂?shù)装迩闆r見表1。

表1 煤層頂?shù)装迩闆r

2.3 水文地質(zhì)條件

采區(qū)內(nèi)直接充水含水層主要為九灰灰?guī)r，間接充水含水層為第四系下組砂層、十三十四灰和奧灰。由于煤層距第四系底部含水層間距小，煤層賦存淺部區(qū)域存在突水威脅。對比區(qū)域水文地質(zhì)和其他采區(qū)的水文地質(zhì)類型，確定15上煤（本文統(tǒng)稱15 煤）一采區(qū)的水文地質(zhì)類型為中等類型，在開采前進(jìn)行探放水。

2.4 采空區(qū)及周邊老空區(qū)范圍

本采區(qū)下部40 m 左右為礦井一水平一采區(qū)16煤、17 煤采空區(qū)，采空區(qū)內(nèi)存有少量老空積水，采空區(qū)范圍，邊界清楚，2016 年開采一二采區(qū)回收煤柱期間已經(jīng)基本疏放完畢。

2.5 技術(shù)條件

全自動(dòng)刨煤機(jī)工作面內(nèi)空間狹小，為適應(yīng)井下環(huán)境和地質(zhì)條件，保證安全生產(chǎn)，滿足產(chǎn)能要求，采用刨煤機(jī)割煤，支架跟機(jī)自動(dòng)化模式，三機(jī)、泵站等設(shè)備采用集成控制模式。在順槽控制室內(nèi)通過傳感器、視頻攝像頭，對綜采設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控，對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、聯(lián)動(dòng)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)少人或無人值守薄煤層工作面自動(dòng)化。將工作面的相關(guān)信息及時(shí)傳輸?shù)降孛?，并通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集控與數(shù)據(jù)共享，能夠?qū)崿F(xiàn)生產(chǎn)管理的信息化。

3 薄煤層智能化刨煤機(jī)工作面主要系統(tǒng)構(gòu)成

3.1 刨煤機(jī)

刨煤量300 t/h，刨速0～1.8 m/s，刨鏈規(guī)格Φ30×108 mm，驅(qū)動(dòng)功率2×250 kW，刨煤高度0.65～1.5 m，適應(yīng)煤質(zhì)硬度f ≤3。刨刀刀尖材質(zhì)為鎢鈷硬質(zhì)合金，生產(chǎn)廠家為山東久鼎開元煤礦機(jī)械有限公司。運(yùn)輸機(jī)運(yùn)輸量450 t/h，電動(dòng)機(jī)功率2×110 kW，刮板鏈速0.93 m/s，可彎曲角度水平1.1°，垂直±3°。刮板鏈為中雙鏈，規(guī)格為2-Φ26×92 mm。中部槽整體鑄造，配開天窗中部槽。

3.2 液壓支架

中間液壓支架共54 架，兩柱掩護(hù)式，支架結(jié)構(gòu)高度600～1300 mm，支架寬度1430～1600 mm，支架中心距1500 mm，初撐力為2182 kN，工作阻力2600 kN，支護(hù)強(qiáng)度0.37～0.46 MPa，操縱方式電液控制，生產(chǎn)廠家山東能源重型裝備制造集團(tuán)有限公司。

過渡液壓支架共6 架，支架結(jié)構(gòu)高度為750～1600 mm，支架寬度1430～1600 mm，支架中心距1500 mm，初撐力2182 kN，工作阻力2600 kN，支護(hù)強(qiáng)度0.39～0.49 MPa，操縱方式電液控制。

端頭液壓支架共2 架，高度1400～3000 mm，中心距1700 mm，寬度2571～3550 mm，初撐力3877 kN，工作阻力5200 kN，平均支護(hù)強(qiáng)度0.7 MPa，操縱方式電液控制。

3.3 轉(zhuǎn)載機(jī)

運(yùn)輸量400 t/h，長度40 m，電機(jī)功率75 kW，刮板鏈速0.91 m/s，圓環(huán)鏈規(guī)格Φ18×64 mm。

3.4 供液系統(tǒng)

采用集中供液方式，設(shè)置集中供液泵站一處。乳化泵公稱壓力31.5 MPa，電機(jī)功率160 kW，配套乳化液箱RX2000，容積2000 L，生產(chǎn)廠家為南京六合煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司。水處理及自動(dòng)配比裝置配液量不低于3 t/h，配比濃度3%～5%，出水水質(zhì)指標(biāo)符合要求。

3.5 自動(dòng)化控制系統(tǒng)

具有工作面集控中心與地面調(diào)度中心雙重控制功能。工作面集控中心主要由三臺主控機(jī)組成，其中兩臺為操作監(jiān)控畫面，具有遠(yuǎn)程操作控制功能，實(shí)現(xiàn)對工作面所有綜采設(shè)備、液壓支架的集中控制，并實(shí)時(shí)顯示工作面設(shè)備的實(shí)時(shí)運(yùn)行工況，如工作面支架壓力、推移步距、行程、支護(hù)高度、刨煤機(jī)實(shí)時(shí)位置、推采距離、運(yùn)行電壓、電流、溫度、運(yùn)行速度、行進(jìn)方向、故障信息、通訊狀態(tài)等參數(shù)，對設(shè)備發(fā)生的問題進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警。另外一臺主控機(jī)作為視頻監(jiān)控使用，將工作面9 個(gè)攝像頭畫面進(jìn)行動(dòng)態(tài)實(shí)時(shí)顯示，可實(shí)現(xiàn)對某一畫面進(jìn)行放大跟蹤調(diào)整，正常情況下9 個(gè)攝像頭執(zhí)行周期輪巡，對工作面進(jìn)行無死角監(jiān)控。

4 智能化刨煤機(jī)開采的優(yōu)點(diǎn)及適應(yīng)性對比

4.1 螺旋鉆機(jī)

由螺旋鉆機(jī)全部完成工作面內(nèi)各個(gè)工序，工作面的設(shè)備檢修也都在工作面以外的巷道中進(jìn)行。該采煤方法具有工作面內(nèi)無人員、無設(shè)備、安全保障系數(shù)高、系統(tǒng)環(huán)節(jié)少、用人少、掘進(jìn)率少、設(shè)備配置少、材料消耗少等優(yōu)點(diǎn)，但存在巷道施工斷面大（12 m2以上）、資源回收率極低、噸煤單價(jià)較高等缺點(diǎn)。

4.2 滾筒采煤機(jī)

薄煤層滾筒采煤機(jī)主要分為騎槽式和爬底板采煤機(jī)兩種。騎槽式采煤機(jī)由輸送機(jī)機(jī)槽支撐和導(dǎo)向組成，只能應(yīng)用于開采厚度大于 0.9 m 的煤層。因?yàn)楫?dāng)電動(dòng)機(jī)功率為100 kW 時(shí)，其高度h=350 mm，過煤空間高度160～200 mm，采煤機(jī)通過富余高度90～200 mm，輸送機(jī)中部槽高度180～200 mm，因此最小高度為0.95 m。

4.3 智能化刨煤機(jī)

薄煤層工作面綜采設(shè)備的配套要符合高產(chǎn)高效、集中生產(chǎn)、集中控制的要求，增大工作面設(shè)計(jì)長度，合理設(shè)置刨深，選用能刨割硬煤的刨煤機(jī)組，提高刨煤速度,相應(yīng)地提高液壓支架的移架速度；與大運(yùn)量、高強(qiáng)度的工作面輸送機(jī)相匹配，運(yùn)輸巷道也采用長距離、相應(yīng)運(yùn)量的帶式輸送機(jī)；從設(shè)備技術(shù)性能要求出發(fā)，所選綜采機(jī)械設(shè)備必須技術(shù)先進(jìn)、性能優(yōu)良、可靠性高，同時(shí)各設(shè)備間要相互配套性好，保持采運(yùn)平衡,最大限度地發(fā)揮薄煤層綜采優(yōu)勢。

刨煤機(jī)是一種外牽引的淺截式煤機(jī)，采用刨削的方式落煤，并通過煤刨的梨面將煤裝入工作面輸送機(jī)。刨煤機(jī)與刮板輸送機(jī)組成刨煤機(jī)組。由于刨煤機(jī)對電機(jī)馬達(dá)的高品質(zhì)需求，刨煤機(jī)價(jià)格一般高于采煤機(jī)一到兩倍。例如三一重裝的刨煤機(jī)在良好狀態(tài)下可日產(chǎn)煤5000 t，生產(chǎn)效率大大高于采煤機(jī)，并且可將采煤機(jī)不宜開采的薄煤層開采出來，避免造成資源的浪費(fèi)。

5 結(jié)語

智能化刨煤機(jī)工作面工藝能保證資源匱乏礦井開采更加合理有序可持續(xù)，延長礦井服務(wù)年限，又能降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高安全生產(chǎn)系數(shù)，在薄煤層開采領(lǐng)域具有廣泛的推廣價(jià)值。