薄煤层智能成套综采设备选型

黄越田 宋永哲

摘 要：目前我国经济发展迅速，煤炭企业为我国发展做出了很大贡献。为了有效解决薄煤层开采存在的诸多问题，开发一套链牵引薄煤层采煤、运输、支护、集中控制为一体的成套装备，通过智能自移设备列车、地面井下智能集中控制中心及采煤机，完成等高切割、地面远程控制、工作面智能巡检等功能，完成割煤、牵引、运输、移架、推溜、动力设备列车协同循环控制，实现了薄煤层无人化开采。

关键词：薄煤层;智能成套综采设备;选型

引言

高产高效薄煤层综采工作面，配套的液压支架、采煤机、输送机及其他辅助设备，必须能够根据工作面煤层赋存条件实现自主耦合和协同运转。这就要求工作面各设备控制系统高度集中，以保证各设备系统之间协调和交互畅通。因此，采用1家企业统一提供成套智能一体化装备，综合考虑采煤机、输送机、支架等的选型和配合尺寸，从整个系统层面进行优化，运用于薄煤层工作面，以取得好的效果。

1综采自动化发展概况

美国和澳大利亚煤矿开采自动化水平普遍较高，自20世纪80年代起，就建立了“一井一面”高效集约化的长壁开采模式，在工作面采用了计算机技术、大功率变频牵引采煤机控制技术、液压支架电液控制技术、刮板输送机软启动和变频技术，逐步实现了工作面少人操作自动化采煤，每个生产班工作面全员仅有6～8人。我国自2000年以来，逐步引进和创新高效集约化现代化矿井生产模式，发展高端综采装备，开发应用自动化和智能化技术，实现井下工作面少人化高效生产，在薄煤层和大倾角等复杂难采煤层综采、大采高、特厚煤层综采放顶煤开采技术水平方面走在了世界前列。

国际煤矿综采装备制造商经过了市场激烈竞争的优胜劣汰和多轮兼并重组，形成了JOY、Eickhoff、CAT等高端设备制造商，其产品在可靠性和自动化、智能化程度方面达到了很高水平。在采煤机、刮板输送机、液压支架等设备实现高可靠性单机自动控制功能的基础上，通过工作面“三机”与巷道监控中心联网、通信，实现监控中心对“三机”及井下环境安全信息实时监测与控制。

2薄煤层智能成套综采设备选型

2.1双滚筒采煤机及控制系统设计

双滚筒采煤机主要由整体机身、滚筒、自动随机拖缆装置、传动系统及链牵引装置组成，采用分体式模块化设计，结构紧凑，体积小，前后共2个滚筒割煤，截割电动机功率为450kW，采高范围为1.0-1.8m，过煤高度为300mm，截深为630和800mm，整机长度为7500mm，机身高度为950mm，电源电压为3300V，截割能力为1000t/h，牵引速度范围为11.5-25.0m/min，采用水冷系统进行冷却，通过4G网络控制平台以及智能控制系统，将双滚筒采煤机、视频监控惯导装置、红外传感器等多设备连接，实现截割轨迹实时修正、三维空间运行姿态快速调整、自动记忆截割及超远距离控制等功能。

2.2螺旋钻采煤机开采技术

薄煤层螺旋钻无人工作面开采技术是指工人不进入回采工作面，而是利用螺旋钻采煤机在巷道内完成工作面内的破煤、装煤、运煤等各工序，使薄煤层工作面复杂的回采工艺简单化。老式三轴联动式螺旋钻采煤机（引进乌克兰生产的BSHK—2DM），两边轴为可旋转的螺旋钻杆，用于向外排煤，中间轴为不可旋转的通风管道，用于向钻孔内通风、供水。

由2台110kW电动机分别驱动两边的螺旋杆钻进，中间钻头通过头部齿轮传动箱由一侧钻杆提供动力，实现三轴联动钻进。BSHK-2DM采煤机一次采宽2m，采深上采85m，下采45m，适用于0.6～1.0m煤层倾角15°以下的各种硬度薄煤层，单机设计日产量可达250～350t。

2.3刮板输送机及控制系统设计

刮板输送机主要由机头、机尾、中部槽、過渡槽、输送驱动部及牵引驱动部等组成，输送部理论设计长度为330m，运输能力为1200t/h，变频电动机功率为2×750kW，工作电压为3300V，规格为1750mm×850mm，水平弯曲±1°，垂直弯曲±3°，卸载方式为端部卸载。通过4G网络控制平台、视频监控系统、智能控制系统，以及压力、速度、流量等传感器，实时监控刮板输送机工作状态，预判关键部件寿命，实时调节工作面“三机”空间位置关系，保持刮板输送机良好的直线度。中部槽采用整体锻造工艺，以提高使用寿命。输送驱动部和牵引驱动部与刮板输送机垂直布置，降低了机头和机尾的高度与长度，保持整个工作面等高割煤的工艺要求，驱动部采用变频一体机+减速器+液压限矩器的传动方式。刮板链形式为中双链，圆环链采用大直径高强度扁平链。机尾设置自动调节张紧装置，维持刮板输送机合理的张紧状态，保持其正常运输能力。

2.4连续采煤机开采技术和装备

在厚煤层中连续采煤机可以掘进巷道（煤巷），为长壁工作面开采准备，也可以进行短壁开采，例如房柱式开采（条带式、旺格维利和块段式短壁开采方法），开采边角煤、不规则煤层以及煤柱等。块段式短壁开采，使用4台履带式行走液压支架，采出率从40%或60%提高到75%。

随着垮落法连续采煤机开采工艺的发展，在薄煤层和中厚煤层中同样可以使用连续采煤机开采。国外不仅有成熟的连续采煤机系列产品（如小松Komatsu（JOY）、CAT、Sandvik、Eickhoff等公司的产品），而且后配套产品齐全，薄煤层连续采煤机产品系列化和成套化，开采技术应用成熟。连续采煤机开采按照运输分为间断和连续方式，连续运输开采产量提高1倍以上。国外CAT公司有薄煤层开采连续采煤机产品CM200系列，CM210最小采高达0.76m，已经在0.86m厚的煤层开采实践过。显然国外已经使用连续采煤机开采薄煤层，国内还没有应用和发展，采用薄煤层线性支架垮落法开采，采区采出率会更高。JOY公司4FCT连续运输技术能有效增强开采作业安全和提高生产效率，在美国伊利诺伊州煤田安装的4FCT用于房柱式开采，煤层采高2.4m，最高月产量达到182300t。美国GE公司研制的F330薄煤层连续采煤机最小可采0.61m厚煤层，其霍尔马克连运系统高度达到0.66m以及其生产的薄煤层铲运车等，已经将薄煤层连续采煤机成套化。Eickhoff有连续采煤机系列产品，如CM2H-30采高1.4～3.0m;Sandvik没有薄煤层产品。

3 结语

薄煤层成套智能一体化综采装备会随着研发和应用的持续深入，在我国薄煤层安全、绿色、高效、智能开采中作出更大贡献。

参考文献

[1]王国法.薄煤层安全高效开采成套装备研发及应用[J].煤炭科学技术，2009，37（9）：86-89.

[2]李祥松.煤矿综采装备技术发展趋势分析[J].煤炭工程，2015，47（10）：135-137.