＊井增泉

（山西靈石華苑煤業(yè)有限公司 山西 031302）

前言

為實現(xiàn)自身的可持續(xù)發(fā)展，煤礦企業(yè)對工藝和技術(shù)創(chuàng)新的重視程度較高，綜合機械化和機電一體化的相關(guān)探索受此影響大量開展，由此實現(xiàn)的機器結(jié)構(gòu)簡化、經(jīng)濟效益提升、安全生產(chǎn)保障必須得到重視。為保證綜合機械化和機電一體化更好服務(wù)于煤礦開采，正是本文圍繞該課題開展具體研究的原因所在。

1.煤礦開采中綜合機械化和機電一體化的應(yīng)用路徑

(1)綜合機械化的應(yīng)用

綜合機械化采煤屬于現(xiàn)階段應(yīng)用最廣泛的采煤工藝，主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)的全部機械化可由此實現(xiàn)，這對煤礦開采的人力參與減少、勞動效率提升能夠帶來積極影響。高效、高產(chǎn)集中化生產(chǎn)屬于煤礦開采發(fā)展方向，綜采工作面單產(chǎn)的提高屬于這一發(fā)展的前提，高產(chǎn)高效的工作面需設(shè)法實現(xiàn)高度集中化生產(chǎn)，具體可從采煤機有效開機率和開采強度提升入手，如增加出煤點、提高配套設(shè)備小時生產(chǎn)能力、提高生產(chǎn)系統(tǒng)及設(shè)備可靠性、減少輔助工序，如采用新型綜采裝備、單一長壁綜采工作面。新型綜采裝備具備能力大特點，如電牽引采煤機（＞800kW）具備1000～1200t以上的小時生產(chǎn)能力，轉(zhuǎn)載機、運輸機、破碎機具備500～2000t以上的小時生產(chǎn)能力。此外，綜合機械化的采煤機還能夠?qū)崿F(xiàn)自動調(diào)高，輔以電液控制的液壓支架，自動控制的液壓支架、刮板輸送機、采煤機可更好服務(wù)于煤礦生產(chǎn)。近年來我國綜合機械化采煤工藝的進(jìn)步顯著，這種進(jìn)步在長壁綜采、短壁綜采、薄煤層綜采中均有著直觀體現(xiàn)。以薄煤層綜采為例，受煤礦超強度開采和綜合機械化程度提升影響，很多煤層因開采條件較好而不斷枯竭，薄煤層這一在我國煤礦儲量中占比較大的煤層的開采開始受到廣泛重視，綜合機械化開采的相關(guān)探索也隨之涌現(xiàn)。作為典型的難采煤層，以往薄煤層綜采存在相對較低的機械化水平，較小的人員活動空間、較薄的煤層對采煤方法選擇也提出了較高挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)采煤工藝的應(yīng)用往往存在安全性差、產(chǎn)量低等不足，這種不足的應(yīng)對必須得到綜合機械化開采的支持，以此實現(xiàn)綜采經(jīng)濟效益提升、應(yīng)用范圍擴大，高產(chǎn)高效的煤礦生產(chǎn)也能夠更好開展[1]。

(2)機電一體化的應(yīng)用

近年來機電一體化在煤礦開采中的應(yīng)用也較為深入，這種應(yīng)用在大采高強力滾筒采煤機、低位放頂煤液壓支架等方面均有著直觀體現(xiàn)，液壓支架電液控制系統(tǒng)便屬于其中代表，該系統(tǒng)可滿足放頂煤工作面（年產(chǎn)600萬噸以上）、一次采全高長壁工作面（年產(chǎn)400萬噸以上）需要，機電一體化優(yōu)勢可見一斑。在煤礦開采中，機電一體化的應(yīng)用離不開變頻器、可編程控制器的支持，如電牽引采煤機可由此實現(xiàn)轉(zhuǎn)速同步、功率平衡，系統(tǒng)可顯示運行狀態(tài)參數(shù)，同時可實現(xiàn)故障自診斷記憶，電牽引采煤機的安全性、穩(wěn)定性、自動化程度均得以大幅提升。在礦井運輸領(lǐng)域，機電一體化同樣有著深入應(yīng)用，如煤礦配備的運輸機計算機控制系統(tǒng)，這類系統(tǒng)多具備自我保護(hù)、故障診斷、自動控制等功能，礦井運輸?shù)耐＼嚂r間延長、皮帶機的預(yù)拉伸均勻加速、各部件使用壽命延長均可在系統(tǒng)支持下實現(xiàn)。此外，安全向來屬于煤礦生產(chǎn)管理的重點，這使得機電一體化在煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)中也有著深入應(yīng)用，典型的煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)控系統(tǒng)可實現(xiàn)礦井人員定位、監(jiān)測監(jiān)控環(huán)境安全、提升運輸監(jiān)控、膠帶運輸監(jiān)控、供電監(jiān)控、排水監(jiān)控、軌道運輸監(jiān)控，以監(jiān)測監(jiān)控環(huán)境安全為例，該系統(tǒng)可實現(xiàn)氧氣、瓦斯、一氧化碳、二氧化碳的含量監(jiān)測，同時具備聲光報警、風(fēng)機開停、火災(zāi)報警、斷電報警等功能，在機電一體化支持下，煤礦生產(chǎn)安全可更好得到保障，煤礦開采機電一體化的重要性可見一斑[2]。

2.煤礦開采中綜合機械化和機電一體化的具體應(yīng)用

(1)礦井概況

為提升研究的實踐價值，以某煤礦的大傾角薄煤層開采實踐作為研究對象，案例屬于煤層群開采，存在6層可開采煤層，總厚度、傾角分別在7.41～7.62m、24～46°區(qū)間，其中的2#煤層為保護(hù)層，煤厚、平均厚度分別為0.42m～1.2m、0.95m，屬于典型的薄煤層，其首采面厚度、煤層傾角分別為0.42～1.2m、27～45°，硬度系數(shù)、傾斜長、工作面走向長、地質(zhì)儲量分別為0.5～2、193m、791m、22.3萬噸，可采率、可采長度、可采儲量分別為87.5%、690m、19.07萬噸，屬于穩(wěn)定性較高的大部可采煤層，存在泥質(zhì)砂巖和粉砂質(zhì)泥巖構(gòu)成的煤層頂?shù)装?。由于其它煤層能否得到有效開采利用直接受到2#煤層影響，因此案例煤礦圍繞這一薄煤層開展了綜合機械化和機電一體化的應(yīng)用探索，最終取得了預(yù)期成果，因此案例大傾角薄煤層的綜合機械化和機電一體化實踐具備較高借鑒價值。

(2)綜合機械化和機電一體化應(yīng)用

基于大傾角薄煤層特點和較為復(fù)雜的地質(zhì)條件，截割巖石的采煤機往往需要通過地質(zhì)條件變化區(qū)，因此需選擇具備制動能力強、機面高度低、割煤工效高、過煤空間大、機組功率大等特點的采煤機，案例煤礦因此選擇了雙滾筒采煤機，雙向割煤可通過工作面自開缺口實現(xiàn)。結(jié)合現(xiàn)有的“騎刮板輸送機”“爬底板”等機型，同時創(chuàng)新設(shè)計了非機載式布置變頻器、跨刮板輸送機懸臂式布置機身，在搖臂上橫向布置截割電機，過煤空間和機面高度得以提高，機身長度縮短也得以實現(xiàn)。采用內(nèi)牽引設(shè)計的牽引機構(gòu)，以適應(yīng)工作面彎曲、起伏及煤層厚薄和傾角變化。為解決大傾角條件采煤機結(jié)構(gòu)件潤滑、機身防滑難度較高問題，采用分腔潤滑系統(tǒng)的各機構(gòu)，具體結(jié)構(gòu)如圖1所示，圖中的1、2、9、3、4分別為左切割滾筒、左搖臂、調(diào)高油缸、左牽引、過橋一，5、6、7、8分別為過橋二、右牽引、右搖臂、右切割滾筒[3]。

圖1 采煤機整體結(jié)構(gòu)示意圖

受煤礦頂板破碎影響，膨脹和變形發(fā)生幾率高，而結(jié)合完整性差的頂板、易充滿采空區(qū)的開采垮落矸石影響可以發(fā)現(xiàn)，存在頂板壓力較小的工作面，同時存在不強烈的采場礦壓顯現(xiàn)，因此案例煤礦選擇掩護(hù)式結(jié)構(gòu)的液壓支架，并采用板式結(jié)構(gòu)替代了箱式結(jié)構(gòu)的支架頂梁，頂梁厚度降低、支架內(nèi)過機高度增加得以實現(xiàn)。為阻擋架前飛矸、架間飛矸，同時設(shè)置可伸收擋矸板于頂梁上和相鄰底座上，為避免工作面輸送機下滑，設(shè)置調(diào)推千斤頂于支架底座前端。支架底座側(cè)面和頂梁分別設(shè)置調(diào)架梁、側(cè)護(hù)板，倒架、滑架可由此規(guī)避，綜采安全得到了更好保障；受到采用內(nèi)牽引的采煤機影響，為避免采煤機下滑，刮板運輸機選擇大節(jié)距輸送機中銷排和雙鏈結(jié)構(gòu)，采煤機二級防滑能力和行走能力得以提高。刮板輸送機槽幫高度、寬度分別為250mm、730mm，以此適當(dāng)降低、加寬，采用雙驅(qū)傳動的機頭、機尾設(shè)計，機風(fēng)兩巷內(nèi)垂直布置中心向下的鏈輪與驅(qū)動，采煤機機面高度降低、刮板運輸機運輸能力保障得以同時實現(xiàn)，采煤機順利割穿煤壁也可同時得到保障；基于走向長壁開采，案例煤礦采空區(qū)管理采用全部垮落法，自開缺口雙向割煤的內(nèi)牽引懸臂式采煤機，循環(huán)進(jìn)度設(shè)置為0.7m，同時選擇強制裝煤技術(shù)，端面布置采煤機截割滾筒。煤層起伏及厚薄變化可由可彎曲刮板運輸機適應(yīng)，開采全程可進(jìn)行連續(xù)機械化作業(yè)，輔以煤礦原有和針對性設(shè)置的礦井水文監(jiān)測、千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)、礦井安全云等實時管理子系統(tǒng)，案例煤礦得以更好實現(xiàn)作業(yè)自動化和安全生產(chǎn)，更為快速的生產(chǎn)運輸系統(tǒng)啟動、設(shè)備事故的有效預(yù)防、設(shè)備維修和保養(yǎng)難度降低也得以實現(xiàn)，綜合機械化和機電一體化得到了充分應(yīng)用。

(3)應(yīng)用效果

在案例煤礦的實踐探索中，雖然處于過斷層的工作面安全條件較差，但在綜合機械化和機電一體化的支持下，大傾角薄煤層并未出現(xiàn)重傷以上事故和較大設(shè)備故障，運行良好的采煤機雙向割煤過程未出現(xiàn)下滑傾倒、動力不足現(xiàn)象，同時可彎曲刮板運輸機運輸能力充足、液壓支架支護(hù)性能良好，案例煤礦的安全高效生產(chǎn)得以順利實現(xiàn)，因此案例煤礦的綜合機械化和機電一體化應(yīng)用具備較高借鑒價值。

3.結(jié)論

綜上所述，綜合機械化和機電一體化在煤礦開采中的應(yīng)用能夠發(fā)揮重要作用。在此基礎(chǔ)上，本文涉及的綜合機械化的應(yīng)用、機電一體化的應(yīng)用、相關(guān)案例，則直觀展示了綜合機械化和機電一體化的應(yīng)用路徑。為更好服務(wù)于煤礦開采，軟硬件設(shè)備的科學(xué)選擇、煤礦機械設(shè)備安全性能的進(jìn)一步提升、煤礦機電的實時管理同樣需要得到重視。