全自動刨煤機在薄煤層開采中的應用現狀及發展趨勢

范寧

摘 要：從我國薄煤層開采現狀出發，對我國薄煤層開采技術發展緩慢的原因進行了分析，介紹了全自動刨煤機，包括：全自動刨煤機適用條件和開采特點、自動化控制系統配置、國內國外的應用情況，指出全自動刨煤機發展趨勢和在我國使用的前景，驗證了全自動刨煤機是薄煤層開采的必然。

關鍵詞：薄煤層；全自動刨煤機；自動化控制系統

1.我國薄煤層賦存情況

我國煤炭資源豐富，已探明儲量約為7700億噸，煤炭資源是我國的寶貴財富，也是不能再生的一次能源。據有關統計數據顯示，在我國已探明的煤礦資源中，84.2%的礦區均有薄煤層分布，主要分布在河南、山西、河北、山東、四川、貴州、吉林、遼寧、安徽、內蒙古等省區，其中有的礦區薄煤層儲量更是占有相當大的比重，如安徽省占到了72%，四川省占60%，貴州省占37%。[1]

2.我國薄煤層開采技術發展歷程

我國薄和極薄煤層的開采經歷了幾個發展階段，20世紀50年代我國在薄和極薄煤層中主要使用炮采工藝。60年代開始使用深截煤機掏槽爆破落煤，平面環行式薄煤層輸送機運煤，人工裝煤，木柱或叢柱支護頂板，回柱絞車放頂的工藝系統。70年代以來，薄煤層機組得到了較大的發展。1974年開始研制新型薄煤層采煤機。80年代以來單體液壓支柱的成功應用，促進了薄煤層機組的發展。BM—100、MLT—150、YRG型等采煤機等相繼出現，并在雞西、雙鴨山、七臺河、開灤等局使用，取得了較好的技術經濟效果。但滾筒采煤機由于受到截深和牽引速度的限制，在單產上與中厚煤層的單產要小得多。近年來，各大局（礦）厚、薄煤層開采速度不相適應的矛盾日益突出，特別是薄煤層作為解放層開采的礦井，由于薄煤層開采速度緩慢，造成下層厚煤層資源積壓，影響整個煤炭工業的協調發展。

3.我國薄煤層開采技術發展緩慢的原因

近年來，各煤機制造企業緊緊依靠科技創新，大力發展綜合機械化采煤設備，機械化程度非常高，使企業經濟效益穩步上升，實現了高效、快速、全面發展。但是隨著采煤機械化的快速發展，礦區中厚煤層儲量比例日漸下降，相對1.5m以下薄煤層儲量比例上升。所以，在國內尚無薄煤層高產高效開采技術條件下，中厚煤層的高強度開采與高產高效礦井持續性發展之間的矛盾己見端倪。癥結在于薄煤層開采作業空間小，技術裝備落后，工作條件惡劣，掘進率高，回采效率低，經濟效益差。除特殊短缺煤種外，大部分薄煤層均被暫時放棄。特別是進入市場經濟后，煤炭行業整體困難，企業追求經濟利益的情況下更很少有煤礦開采薄煤層。從而限制了薄煤層開采工藝和技術裝備水平的提高。

4.全自動刨煤機適用條件及開采特點

全自動刨煤機是一種應用在薄煤層的淺截深式采煤機械，由刨頭和回采工作面兩端的驅動裝置及無極牽引鏈組成。刨頭通過無極牽引鏈的牽引，沿滑行軌道往復運動刨削煤壁，刨落下的煤通過輸送機、轉載機、自移裝置、皮帶機運輸出工作面，是薄煤層工作面刨削煤層的動力設備，可實現薄煤層安全、高效、自動化開采。

4.1全自動刨煤機適用條件

全自動刨煤機用于薄煤層綜采工作面[2]，適應煤層厚度0.8～2.0m，煤質截割阻抗A≤350N/mm（f≤4），煤層傾角≤25°，裝備年產量1.5～2.0Mt的礦井。

4.2全自動刨煤機特點

（1）生產成本低。在薄及中厚煤層長壁工作面使用刨煤機系統開采，生產成本低、效率高，刨頭以最大刨深高速運行可達到高產。在僅1.3m厚的煤層，可實現5000噸以上的日產量。

（2）安全高效。不需要操作人員隨著設備行走，符合最高的安全標準。

（3）操作簡便。在工作面順槽或地面控制室配備優化的人機對話界面，使自動化系統更加靈活，并能對采礦條件和操作條件下的變化及時做出反應。

（4）維修方便。生產過程中如果需要維修，在工作面任何地方都可以非常容易和快速地進行檢修，不會造成長時間停工。

5.全自動刨煤機自動化控制系統配置

全自動刨煤機組自動化控制系統主要由中央控制系統、 支架電液控制系統、主控制器、組合開關箱、擴音電話系統等組成。通過主控制器和中央控制室內上位機監控軟件，可以實現對工作面設備的手動啟停操作、自動刨煤控制以及對工作面所有設備狀態信息的監視。

中央控制系統對采集來的子系統信息進行處理，根據刨煤機生產過程工藝設置要求，對刨煤機、輸送機、轉載機、破碎機、液壓支架等執行元件發出動作指令、對水冷系統、噴霧系統和擴音電話系統進行實時控制。

支架電液控制系統的主要功能是控制支架的所有動作，控制在應用程序基礎上進行?？刂频拿钍遣僮髡咄ㄟ^鍵操作發出，傳感器檢測的實時值和用戶設置的各種參數也是控制過程的重要條件。

主控制器用于煤礦井下綜采工作面采/刨煤機、刮板機、轉載機、破碎機、液壓支架、乳液泵及清水泵等整個綜采系統設備的全自動控制，并實時顯示設備主要參數，還可實現工作面沿線的語音通訊和閉鎖控制。

上位機軟件實現對工作面現場設備的控制和狀態監視，同時可進行系統參數的設置。工作面主要參數包括刨頭的位置、運行方向、液壓支架推移行程、壓力、動運輸設備、動力設備的啟停等等，同時可實現對各設備的控制，軟件界面如圖1所示。主要分為四個部分：支架行程及刨頭位置和運行方向、支架壓力、各設備的啟停狀態、設備控制。

（1）支架行程及刨頭位置：用圖形實時地顯示各支架的推移行程及刨頭的位置和運行方向；

（2）支架壓力：用圖形實時地顯示各個液壓支架立柱壓力大??；

（3）設備啟停狀態：用文字和圖形動畫實時顯示各設備的啟停狀態，當設備處于運行狀態時相應圖形會閃爍；

（4）設備控制：功能與主控制器相同，包括手自動切換、急停、對刮板機、刨頭、轉載破碎、乳化泵、清水泵的啟停操作。

6.全自動刨煤機在我國的應用

由于刨煤機成套開采技術融合了機械、液壓、電子、網絡控制等多學科專業領域的科技成果，技術含量高，研制難度大，我國在刨煤機產品開發和制造方面進展緩慢[3]。國內相關企業與研究機構試圖進行研發，但由于其可靠性與自動化水平太差，效率低故障率高，并未得到成功應用，真正實現薄煤層安全、高效、自動化開采的國產刨煤機尚屬空白。目前該項技術被世界上規模最大的采掘設備供應商德國DBT公司獨家壟斷，價格極其昂貴，全套設備的價格在人民幣2億元左右，我國共進口了9套刨煤機成套開采設備，其中鐵法煤業擁有4套，是應用刨煤機成套開采技術最成熟的企業。因此，可實現薄煤層安全、高效、自動化開采的刨煤機成套設備在我國并沒有普及應用。

7.全自動刨煤機發展趨勢

目前世界刨煤機技術呈現出兩大特點：一是刨煤機的裝機功率越來越大，以德國為代表，80年代中期最大功率也只有500kW，目前已達到800～1600kW，其體積向著緊湊型方向發展，可靠性更高，自動化控制程度更高。由于功率的增大，使刨煤機的生產能力，刨削硬煤的能力有了明顯提高，適應性增強，使工作面過小地質構造能力增強，給生產管理帶來方便。德國DBT公司是世界上研制刨煤機最早、產量最大、技術水平最高的一家公司。目前刨煤機的技術水平已發展到了采高0.6～3 m，截深最大可達300 mm，可刨煤硬度f=4，刨速最高可達3 m/s，刨鏈達φ42 mm，裝機功率最大可達2×800 kW，鋪設長度達350 m。其二是刨煤機的適用范圍不斷擴大，刨煤機不但用于采煤，還用于開采油母頁巖等其他有用礦物，并取得較好的效果。

8.全自動刨煤機在我國的使用前景

隨著國家對資源管理力度加大與資源費用的大幅度提高，煤炭產業已進入了快速發展時期，由于缺乏有效的開采手段使占煤炭總資源20%的大部分薄煤層未進行開采，厚煤層的資源卻在逐漸的枯竭，薄煤層開采已經是勢所必然。據不完全統計，如果薄煤層產量中有10%左右由刨煤機開采，每年就需要40套刨煤機成套開采設備，如果參照國外刨煤機的應用情況，我國的薄煤層90%以上用刨煤機成套開采設備，市場份額可達600億元以上，發展前景十分廣闊。

9.結語

全自動刨煤機可實現薄煤層高效、安全、全自動化開采，可解決長期困擾我國薄煤層安全、高效開采的難題，對提高煤炭資源利用率，延長礦井服務年限，實現礦區可持續發展有重要意義。采用新型控制技術、控制手段，不僅能夠有效的降低無用功的浪費，而且可以有效的降噪，降塵，提高煤礦工人的工作舒適度，可實現薄煤層安全、高效、自動化高產，有效改善薄煤層工作面的環境，實現煤礦井下安全生產。

參考文獻：

[1]劉子良.薄煤層工作面全自動化刨煤機成套設備研究[J].山西焦煤科技，2007，（11）： 7-10.

[2]華元欽.刨煤機是解決我國薄煤層開采的有效途徑[J].煤礦機電，2004（5）：25-26.

[3]邵柏庫.應用刨煤機技術實現薄煤層的高產高效[J].煤礦機電，2005（1）： 1-2.