淺談綜合機(jī)械化在煤礦開采上的應(yīng)用

0 引言
在礦井的生產(chǎn)過程中，采煤工藝的先進(jìn)與否直接影響整個礦井的生產(chǎn)能力。因此，要盡量選用先進(jìn)的采煤工藝，從而到礦井的高產(chǎn)高效的目的。隨著我國工業(yè)控制自動化技術(shù)的發(fā)展，煤礦機(jī)電自動化在礦上的應(yīng)用日益增多。因?yàn)?a href=http://cltuan.cn target=_blank class=infotextkey>煤礦是高危行業(yè)，提高機(jī)電設(shè)備自身的安全可靠程度和自動化程度，最大減少用人，是實(shí)現(xiàn)礦井長治久安的關(guān)鍵所在，因此煤礦機(jī)電的自動化有力推動了企業(yè)安全高效、又好又快發(fā)展。
1 綜合機(jī)械化采煤技術(shù)的應(yīng)用
目前世界上最先進(jìn)的采煤工藝是綜合機(jī)械化采煤，簡稱為“綜采”，綜采之所以先進(jìn)是因?yàn)槠啤⒀b、運(yùn)、支、處等五個主要生產(chǎn)環(huán)節(jié)全部實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化，減少了中間人力參與的環(huán)節(jié)，提高了勞動效率。
1.1 裝備特點(diǎn) 煤炭井下開采的發(fā)展方向是實(shí)現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效集中化生產(chǎn)。而實(shí)現(xiàn)礦井高產(chǎn)高效的前提是提高綜采工作面的單產(chǎn)，實(shí)現(xiàn)工作面高產(chǎn)高效，達(dá)到一礦一面或一礦二面的高度集中化生產(chǎn)。實(shí)現(xiàn)綜采工作面高產(chǎn)高效應(yīng)以提高綜采工作面的開采強(qiáng)度和采煤機(jī)的有效開機(jī)率為目標(biāo)，其技術(shù)途徑有提高綜采工作面配套設(shè)備的小時生產(chǎn)能力。增加工作面的出煤點(diǎn)。提高綜采設(shè)備及礦井生產(chǎn)系統(tǒng)的可靠性，減少工作面輔助工序的影響時間。實(shí)現(xiàn)綜采工作面的高產(chǎn)高效主要有單一長壁綜采工作面的高產(chǎn)高效和實(shí)現(xiàn)綜采放頂煤工作面的高產(chǎn)高效。
采用大能力的新型綜采裝備來實(shí)現(xiàn)長期綜采工作面高產(chǎn)高效，也是今后采煤機(jī)械化的發(fā)展方向，其裝備的主要特點(diǎn)是:設(shè)備能力大。大功率(>800kW)電牽引采煤機(jī)的小時生產(chǎn)能力在1000～1200t以上，運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)的小時生產(chǎn)能力在500～2000t以上；自動化程度高，實(shí)現(xiàn)了機(jī)電一體化；為了適應(yīng)采煤機(jī)快速割煤的要求，采煤機(jī)具備自動調(diào)高等功能；液壓支架采用電液控制，能實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)和液壓支架的自動控制；設(shè)備性能好、可靠性高。
1.2 綜合機(jī)械化采煤工藝 長壁綜采是巴蘭布礦近10年來利用中國綜采成套設(shè)備獲得良好效益的采煤法，其工作面巷道布置僅有回風(fēng)平巷、運(yùn)輸平巷和開切眼，通風(fēng)系統(tǒng)完善良好。一般來說，加大綜采工作面的長度，增加采煤機(jī)割一刀的煤量，相應(yīng)地可減少工作面斜切進(jìn)刀及端頭作業(yè)等工序?qū)ιa(chǎn)的影響時間，因此能獲得較高的產(chǎn)量。確定綜采工作面的合理長度，一般以工作面日產(chǎn)量最高或噸煤成本最低為準(zhǔn)則，制約工作面長度的主要因素是工作面地質(zhì)條件和刮板輸送機(jī)的鋪設(shè)長度。增加工作面的推進(jìn)長度是減少工作面搬家次數(shù)最有效的方法。制約工作面走向長度增加的主要因素是回采巷道的掘進(jìn)和支護(hù)、可伸縮帶式輸送機(jī)的鋪設(shè)長度以及采場的地質(zhì)構(gòu)造。
短壁綜合機(jī)械化采煤工藝的應(yīng)用主要基于兩個條件:即回采巷道實(shí)現(xiàn)機(jī)械化快速掘進(jìn)和實(shí)現(xiàn)了綜采工作面上、下端頭的快速作業(yè)。這種采煤工藝使用于開采緩傾斜中厚及厚煤層的中小型礦井，以及大型礦井回采塊段小、不適宜布置長壁綜采工作面開采的煤層。
短長壁綜采是在已掘巷道巷柱式開發(fā)區(qū)內(nèi)布置長壁工作面，并用綜采成套設(shè)備回采煤柱的新式采煤法。印度巴蘭布礦購置了中國綜采成套設(shè)備，在63L短長壁綜采工作面進(jìn)行了試驗(yàn)。試驗(yàn)期間，65d采出煤炭102415t，平均日產(chǎn)1300t，最高日產(chǎn)達(dá)2000t，工效和采出率均有大幅提高。實(shí)踐證明，短長壁綜采在印度有廣闊的推廣前景，對中國中小型煤礦由巷柱式開采改為長壁綜采也具有借鑒價(jià)值。綜采工作面放頂煤開采的生產(chǎn)過程是:工作面采煤機(jī)先截煤、移煤和推移輸送機(jī)等工序;進(jìn)行2～3刀后暫停截煤，依次分段打開支架上放煤窗口放頂煤，出現(xiàn)矸石時，立即關(guān)閉放煤窗口;直到工作面全長頂煤放完為止，即完成一次放煤的生產(chǎn)過程。頂煤放完后，綜采工作面便可繼續(xù)向前推進(jìn)。
隨著近幾年來煤礦綜合機(jī)械化程度的大幅度提高及超強(qiáng)度開采，原煤田中開采條件較好的煤層逐漸枯竭，可采儲量占總儲量較大比例的薄煤層開采被提到議事日程上來，薄煤層綜合機(jī)械化開采的課題同樣也擺在面前。在我國煤礦中，薄煤層的儲量占煤炭可采儲量比例較大，在已探明的礦區(qū)中，有84%的礦區(qū)有薄煤層，儲量約620億t，占總儲量的17.5%。由于在開采技術(shù)上薄煤層屬于難采煤層，機(jī)械化水平一直比較低，在開采煤層中產(chǎn)量比例小。在薄煤層中，由于受煤層薄、人員活動空間小等限制，在采煤方法的選擇上是一個難題。傳統(tǒng)的采煤工藝通常采用工作面打眼放炮落煤方法，該種開采方法產(chǎn)量低、安全性差。要提高單產(chǎn)水平和工作面效率，實(shí)現(xiàn)礦井安全高效開采，必須采用綜合機(jī)械化開采。擴(kuò)大綜采的應(yīng)用范圍，提高綜采的經(jīng)濟(jì)效益，實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)的高產(chǎn)高效，是煤炭工業(yè)科技發(fā)展的一項(xiàng)重要目標(biāo)，同時對煤礦的可持續(xù)性發(fā)展起到至關(guān)重要作用。
2 電氣自動化在機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用
采煤機(jī)從中厚煤層起步，發(fā)展到薄煤層、大功率、大采高強(qiáng)力滾筒采煤機(jī)。從有鏈牽引、無鏈液壓牽引方式，逐漸發(fā)展到了電磁滑差無鏈電牽引和變頻調(diào)速無鏈電牽引。液壓支架高度從薄煤、中厚到厚煤層，支架型式由占主導(dǎo)的掩護(hù)式，逐漸發(fā)展到有四柱支撐式低位放頂煤、兩柱式的高位放頂煤(單輸送機(jī))、兩柱掩護(hù)式低位放頂煤液壓支架等多種架型。液壓支架電液控制系統(tǒng)在美國、澳大利亞、德國等煤炭生產(chǎn)發(fā)達(dá)國家得到了普遍的應(yīng)用，液壓支架電液控制系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)綜采工作面高產(chǎn)高效的關(guān)鍵技術(shù)設(shè)備，是今后發(fā)展的必然方向充分發(fā)揮機(jī)電一體化技術(shù)在煤礦開采中的作用。目前從國內(nèi)煤礦的技術(shù)、經(jīng)濟(jì)條件和效益出發(fā)，電液控制液壓支架主要用于年產(chǎn)400萬t以上的一次采全高長壁工作面，600萬t以上放頂煤工作面及薄煤層高效開采工作面。將在2年內(nèi)結(jié)合各礦特點(diǎn)嘗試第一套液壓支架的電液控制系統(tǒng)。
電氣自動化的應(yīng)用使采煤的過程更加人性化，綜采工作面裝備遠(yuǎn)程監(jiān)控及專家診斷系統(tǒng)的可靠性是國產(chǎn)采煤機(jī)研究的主要內(nèi)容。該系統(tǒng)能夠?qū)崿F(xiàn)綜采裝備液壓支架和采煤機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，使采煤機(jī)根據(jù)煤層的變化實(shí)現(xiàn)自動割煤、煤層的軟硬自動調(diào)節(jié)采煤速度，檢驗(yàn)并完善動態(tài)監(jiān)測綜采支架液壓系統(tǒng)壓力和各受力點(diǎn)的狀態(tài)，自動調(diào)節(jié)支架推移輸送機(jī)的拉移等。近期進(jìn)行項(xiàng)目的調(diào)研、選型工作，與科研單位合作在東龐礦實(shí)施，重點(diǎn)解決采煤機(jī)的工礦在線檢測、故障診斷及預(yù)報(bào)、顯示與傳輸系統(tǒng)、采煤機(jī)自動運(yùn)行控制系統(tǒng)等問題。使綜合機(jī)械化水平上一個新的臺階。
3 結(jié)束語
建設(shè)高產(chǎn)高效礦井是煤炭企業(yè)生存和發(fā)展的必由之路，是增強(qiáng)煤炭企業(yè)整體競爭力和可持續(xù)發(fā)展的基本途徑。綜合機(jī)械化在煤礦開采中的應(yīng)用獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益及社會效益，同時實(shí)現(xiàn)了高產(chǎn)高效現(xiàn)代化煤礦。