基于垂直进刀的薄煤层工作面采煤工艺研究.pdf

10/矿业装备 MINING EQUIPMENT工 艺0 引言随着煤炭资源的开发利用，回采率这一问题受到越来越多的人们关注，如何提高回采率已经成为亟待解决的重要问题。下面就垂直进刀的薄煤层工作面采煤工艺进行具体的论述。1 综采采煤进刀技术简介综采进刀工艺是指采煤机斜切给料时，采煤机遗留于工作面头尾的煤壁部分。煤壁沿煤壁延长线布置的多个巷道组成，呈三角形分布在煤壁中，称为三角煤。由于这种结构形式能够有效地将煤壁切割下来，从而减少了人工操作环节，提高了生产效率和安全性。因此，随着我国煤矿机械化程度不断提升，其应用范围越来越广泛。工作面三角煤自动化采煤的实现需要的技术比较复杂，装备的类型也较多，主要是利用液压支架电液控制技术以及采煤机自动化控制技术。1.1 电液控制技术电液控制技术就是在液压传动与控制过程中，接收模拟或者数字信号并对其输出流量或者压力进行持续的按比例调节的一种控制方式1。支架电液控制技术是指利用安装于支架上的支架控制器，将采集到的模拟或电信号经处理后，驱动电磁先导阀和电磁铁动作，从而带动液压管及液压支架等执行器一起运动来完成液压支架的上下移动。支架控制器根据液压支架与液压-动架升柱间的相对距离以及液压支架之间的相对位置关系，按照一定的逻辑顺序控制液压支撑柱、压力传感器、工作面顶板、千斤顶、行程传感器等部件的工作状态，并向液压支架发出指令，使液压支架按预定的轨迹运动，以产生相应的反馈信号。行程传感器是液压支架自动追随的关键部分，采用红外传感器进行位置检测。1.2 采煤机自动化控制技术采煤机的自动走行和剪草高度随型号的不同而自动调节，通过遥控方式来实现无人化开采。采煤机到达预设采煤高度后，会在支座上进行上下移动，起到一定协调作用。采煤机控制系统发现采煤机滚筒高度大于设定值后，会停机完成切煤，采煤机会自动运转，人工介入程度最小，采煤机驾驶员及监控人员可通过集中控制中心对其监控。采煤机工作时，先将刮板输送机安装到液压支架上，当采煤机进入工作面后，再将液压支架和刮板输送机连接成一个三角形布置，然后在煤弯曲段切煤。当切完最后一部分煤后，再将采煤机与煤壁分离，进行扫煤作业，这样就可以一次性完成对三角煤的切割任务，避免了每割出一刀都要人工参与采煤的情况发生。基于垂直进刀的薄煤层工作面采煤工艺研究王燕飞（山西焦煤西山煤电西曲矿安监处，山西古交 030200）摘要：结合当前主要的应用手段，阐述了以垂直进给为核心的薄煤层综采工作面开采技术及应用情况。以煤矿的实际开采为背景，对之前工程实践过程中所碰到的问题进行了总结，并将数学计算与一些简单规律及理论知识进行了结合，从而解决了工程实际设计中的难题。关键词：垂直进刀；薄煤层工作面；采煤工艺2023.7 矿业装备/11滑成功”，从而使采煤机达到垂直进给目的。2.3 流程三：系统运行阶段中间部分自动跟机，推、拉动作结束时机头预备锁定。启动前检测到数据传输头处有数据时，向传输头发送命令信号使其执行相应动作，然后将该指令信息发送至主控制器，由控制器对数据传输头进行复位操作。当数据传输头位于起始位与停止位间时向主控制器发送命令信号，使主控制器控制传输头按照设定顺序依次行进至终止位，此时从传感器反馈回来的数据即所需数据。传输头处于开始作业位置时，根据需要切换为前导行模式；传输速度大于或等于 10m/s 时，进入上轨作业；传输速度小于 10m/s 时，进入下行作业。传输头锁定完成后，进行提前帧传输和前进架移位，实现采煤机在中部采煤过程中的平稳运行，并通过电液控制架来调整整个中部机器的工作状态。2.4 流程四：液压系统安装调试采煤机牵引到中间位置后启动电液控制系统，采煤机牵引到靠近尾端 172#支架后完成 170#框架转移。通过对采煤机的运行状态进行实时监测，当发生故障或异常情况时及时报警并自动停机，从而提高了设备利用率和安全性，保障矿井安全生产。监控主机在接到“机架传送完毕命令”之后，启动采煤机控制：“采煤机”在工作时内部逻辑延时，上料工具发出“推滑车动作”信号；“电液控制系统”在接到“推滑车准备就绪”信号之后，机尾 174#至 171#支架执行推滑车动作；“推滑车”在“推滑车完毕”信号之后，采煤机收到“推滑车信号”,准备牵引采煤机沿支架移动；“电液控制”在机尾区域触发支架移动。2.5 流程五：末端系统操作尾端区通过支架与地面固定连接，通过电液控制系统对其移动的方向及速度进行控制，从而将尾端174#171#推离地面，将尾端 174#171#推出地面。采煤机采用垂直进给的工作方式。当工作面推进至煤层顶板以下 1015m，由液压油缸带动尾梁向下运动，使尾部前端到达放炮口位置；当放炮口处出现松动现象后，启动伸缩液压缸推动头架向前位移。采煤机在接收到“推尾完成”的信号时准备拉到煤头上方作业，这时需要人工手动把顶推到位，同时还要防止因溜车导致的事故发生。切煤后，通过电液控制实现自动跟进。同时，头部也随之向前方倾斜并逐渐靠近煤壁，直至达到设计要求以液压支架三角碎煤机为例，其自动化控制功能体现如下：中间部分随机进入折弯段内，再由下部支架辅助拉架并由邻近的一组长距离支撑辅助推进及滑动构成折弯部分。在采煤机尾部安装上支架，使采煤机能进行切削进给和向采煤机头端移动，并通过移动架来实现。当信号发送完毕时，电液控制主机向采煤机控制器发送信号，由采煤机控制器控制扫煤工作。在对三角煤扫煤的过程中，采用了整体式的推支架和推滑序列，保证了采煤机的平稳运行，避免了采煤机的振动，提高了采煤机的效率。为了消除浮煤，在采煤机经过时，支架要提前支承好，以防空顶。浮煤清选结束时，电液控制主机把逻辑功能转换为中部自动随逻辑运行，采煤机不断上升，端架随机运行，再中部随机运行正常。2 垂直进刀采煤工艺流程2.1 流程一：牵引支架固定到指定位置并更换牵引支架在采煤机牵引支架上安装一个电控系统控制系统，能根据“换档成功”指令控制监控主机进行“自迁移机尾”操作。自动移动机和推拉装载机同时启动。当工作中出现故障时，可将液压马达断电停止行走或使铲斗下降至预定高度后继续作业。采用这种新型结构形式，降低了维修工作量，同时提高了可靠性。监控主机通过“slip Ready”命令进行推滑就绪控制，并与电液控制系统连接。支架上还设置有监控主机，该监控主机与采煤机控制器连接，由采煤机控制器接收来自装载机头的信号。2.2 流程二：液压系统调平阶段监控主机收到“换挡”指令时，向电液控制主机下达“换挡”指令。“机头区转架”结束时，准备拉自动尾和拉重装。自移位后，先进行推移，再进行拉移。机头的 1#4#支架将带动下滑。在此过程中，液压油缸活塞杆伸长至所需长度。当滑块到达一定高度位置时，液压阀口打开，油泵开始供油。此时，启动电机并接通电源，电动机转动带动减速机齿轮啮合传动链条旋转，进而带动 2#、3#支架向前移动。当滑块靠近缸壁时，油缸停止工作。然后，推动油缸运动。通过改变油缸行程来调整滑靴与煤壁间距离。推滑动作结束后，采煤机的滚筒与煤壁相切，实现采煤机的垂直进给和 1#4#支架上的“推12/矿业装备 MINING EQUIPMENT工 艺的安全距离时停止动作，此时进入正常作业状态。至此完成机头与机尾垂直进给工艺循环2-3。3 垂直进刀的薄煤层工作面采煤工艺3.1 工程实例及煤矿开采情况我国第一台立式给料式等高线采煤机装备在神东煤业石格台煤矿 303-1 工作面试采成功，实现工作面真正意义上无人化采出薄煤层，填补了国内在智能采矿领域的空白。该机采用全数字化控制系统和自动控制技术，具有自动化程度高、运行平稳可靠、智能化程度较高、适应性强、操作简单方便、维护工作量小等优点，可广泛应用于煤炭开采行业中。综采工作面长 253.41m、推进长 603.25m、煤层倾角 13、厚 0.91.8m，可采储量为 24.85 万 t。工作面以等高采煤机为主，刨煤机与滚筒采煤机为辅，系统利用一台电机同时带动两个切割滚筒进行切割，切割功率较大（500kW），机体较短（长度 3.9m、宽度 2.7m、高度 0.8m）。采煤时利用斜切与三角切煤结合，通过煤壁周围煤机切深控制，达到改变煤层产状的目的。利用随机索自动拖曳装置将智能巡检机器人，3D 激光扫描机器人，惯性导航机器人及视频监控系统应用于工作面，遥控器位于 400m 以外的凹槽内。3.2 垂直进刀挖矿技术开发神东石格台煤矿采用垂直进刀采煤工艺进行现场开采4，采用先进的技术和设备对整个系统进行改造，在不增加任何设备的情况下，实现了对整个系统的监控与管理，并通过引进国外先进的成套生产设备提高了各子系统运行的可靠性，使整个站控系统及供电系统达到了自动控制要求；同时，减少了支架和采煤机的数量，降低了成本，缩短了工期，减小了控制延迟，具有很强的实用性。该系统可分为地面集控中心控制系统和井下分控区控制系统两部分。其中，地面集控中心由计算机终端组成，井下分控区则主要由 PLC 控制柜组成。集工作面数据、控制、通讯、视频等为一体，利用一条主线对工作面进行遍历，极大地简化工作面布置及投入。3.3 基于垂直进给开采技术开发出的新型高效低成本煤炭生产新工艺对综采斜进与竖进 2 种采煤工艺进行比较可看出：竖进方式回程时不用切三角煤而采用空刀扫底料，取采煤机倾斜进给式直线切割。该方法不仅实现了煤炭的给料动作，而且具有自动化运行和可靠性高的特点，从而大大提高了垂直进料、自动采煤的自动化率和采煤效率；还能够减少人工投入并降低劳动强度，使工人从繁重劳动中解脱出来；另外，由于设备结构简单可靠，所以维护方便且维修费用较低，具有很大推广应用价值。通过在现场实际应用表明，这种技术能有效地解决厚硬顶煤等坚硬顶板条件下的生产技术难题，提高工作效率及安全保障水平5。同时还可以节省大量人力成本，经济效益十分可观。尤其是薄煤层回采时，因作业人员无法正常进到工作面跟机作业，垂直进给采煤技术就成为了提升薄煤层工作面自动化采煤效果更佳的采煤技术步骤。4 结束语薄煤层垂直采煤工艺的成功推出，对国内薄煤层的安全、高效开采具有一定的参考意义。薄煤层采煤技术难度大，劳动劳动强度高，如何降低工人的劳动强度，需要大量的经验积累。随着科学技术的不断进步和社会经济水平的提高，未来的厚及特厚煤层将会逐步取代薄煤层成为主要的开采方式。在此背景下，研究了薄煤层综采技术，其优势突出。它将通过减员增效，绿色开采和可持续的长远发展，为中国的可持续与长远发展打下基础。参考文献1 鲁杰,张磊.基于 AHP-FCE 对薄煤层采煤工作面长度优化的研究 J.山西大同大学学报(自然科学版),2018,34(1):66-68+96.2 赵晶,皮希宇,王栓林等.高瓦斯薄煤层采煤工作面高位钻孔瓦斯抽采技术 J.煤炭科学技术,2015,43(11):78-82.3 宋刚峰.薄煤层工作面采煤机与刮板运输机配套关键环节分析 J.山东煤炭科技,2015(2):131-132+134.4 钟磊磊,郑州,韦中成.极薄煤层综采工作面基于破煤的支架工作阻力研究 J.山东煤炭科技,2014(4):21-23.5 曹甲车.浅谈薄煤层机采工作面采煤机的设计 J.课程教育研究(新教师教学),2012(23):39.