目前,煤炭开采在我国经济发展中起到了举足轻重的作用。煤矿生产的高效化、集约化和大型化是煤矿开采量迅速增长的重要原因,随着先进的综合机械化采煤工艺与机电一体化技术的发展,煤矿机电自动化在矿上的应用日益增多。因为煤矿条件复杂,所以提高机电设备自身的安全可靠程度和机械自动化程度,是实现矿井长治久安、又快又好发展的有力保证。
一、综合机械化采煤技术的应运
目前,世界上最先进的采煤工艺是综合机械化采煤,简称为“综采”,综采的机械化效率达到95%以上,减少了中间人力参与的环节,提高了劳动效率。
1.综采设备的特点。采用大能力的新型综采装备来实现长期综采工作面的高产高效,是今后煤矿采煤机械化的发展方向,其装备的主要特点是:设备大功率,电牵引采煤机的小时生产能力在1000-1200吨以上,运输机、转载机、破碎机的小时生产能力在500-2000吨以上;自动化程度高,实现了机电一体化;为适应采煤机快速割煤的要求,采煤机具备滚筒自动导向等功能;液压支架控制系统采用电液控制,能实现采煤机、刮板输送机和液压支架的自动控制;设备性能好、可靠性高。
2.综合机械化采煤工艺
长壁综采:长壁综采是利用综采成套设备获得良好效益的采煤法,其工作面巷道布置仅有回风平巷、运输平巷和开切眼,通风系统完善良好。一般来说,加大综采工作面的长度,增加采煤机割一刀的煤量,相应地可减少工作面斜切进刀及端头作业等工序对生产的影响时间,因此能获得较高的产量。确定综采工作面的合理长度,一般以工作面日产量最高或吨煤成本最低为准则,制约工作面长度的主要因素是工作面地质条件和刮板输送机的铺设长度。增加工作面的推进长度是减少工作面搬家次数最有效的方法。制约工作面走向长度增加的主要因素是回采巷道的掘进和支护、可伸缩带式输送机铺设长度及采场的质构造。
短壁综采:短壁综合机械化采煤工艺的应用主要基于回采巷道实现机械化快速掘进和综采工作面上、下端头的快速作业。该工艺适用于开采缓倾斜中厚及厚煤层的中小型矿井,以及大型矿井回采块段小、不适宜布置长壁综采工作面开采的煤层。
短长壁综采:短长壁综采是在已掘巷道巷柱式开发区内布置长壁工作面,并用综采成套设备回采煤柱的新式采煤法。
放顶煤开采:综采工作面放顶煤开采的生产过程是,工作面采煤机先截煤、移煤和推移输送机等工序;进行2-3刀后暂停截煤,依次分段打开支架上放煤窗口放顶煤,出现矸石时,立即关闭放煤窗口;直 到工作面全长顶煤放完为止,即完成一次放煤的生产过程。顶煤放完后,综采工作面便可继续向前推进。
薄煤层开采:随着煤矿综合机械化程度的大幅度提高及超强度开采,原煤田中开采条件较好的煤层逐渐枯竭,可采储量占总储量较大比例的薄煤层开采被提到议事日程上来。
二、机电一体化技术在煤矿开采中的应用
1.采煤机械设备的发展。
采煤机:采煤机从中厚煤层起步,发展到薄煤层、大功率、高电压、大截深、大采高强力滚筒采煤机,采煤机功率已经超过1200kw,电压由过去的1140v发展到现在普遍使用的3300v,采煤机截深达到1-1.2m,从有链牵引、无链液压调速牵引方式,逐渐发展到了电磁滑差无链电牵引和变频调速无链电牵引,最大牵引速度可达到29m/min。
输送机:工作面刮板输送机采用软启动技术,使用双缓液偶合器或排水型偶合器,配有程序逻辑控制器控制水的流速和故障诊断和工矿检测技术,可连续监测输送机各部件运行状态,进行故障诊断和报警。
液压支架:液压支架高度从薄煤、中厚到厚煤层,支架型式由占主导的掩护式,逐渐发展到有四柱支撑式低位放顶煤、两柱式的高位放顶煤(单输送机)、两柱掩护式低位放顶煤液压支架等多种架型。液压支架结构件材料越来越多的采用高强度钢材,使支架的寿命和可靠性大大提高;液压支架控制系统采用电液控制,使支架的动作自动连续进行,电液控制系统是实现综采工作面高产高效的关键技术设备,是今后发展的必然方向充分发挥机电一体化技术在煤矿开采中的作用。目前,从国内煤矿的技术、经济条件和效益出发,电液控制液压支架主要用于年产400万吨以上的一次采全高长壁工作面,600万吨以上放顶煤工作面及薄煤层高效开采工作面。
2.机电一体化的效果。
机电一体化技术的应用使采煤的过程更加人性化,综采工作面装备远程监控及专家诊断系统的可靠性是国产采煤机研究的主要内容。该系统能够实现综采装备液压支架和采煤机的远程监控,使采煤机根据煤层的变化实现自动割煤、煤层的软硬自动调节采煤速度,检验并完善动态监测综采支架液压系统压力和各受力点的状态,自动调节支架推移输送机的拉移等,实现综采配套设备的自动化控制,使综合机械化水平上一个新的台阶。
总之,煤矿生产向规模化、集约化发展,建设高产高效矿井是煤炭企业生存和发展的必由之路,是增强煤炭企业整体竞争力和可持续发展的基本途径。综合机械化在煤矿开采中的应用实现了高产高效现代化煤矿,获得了良好的经济效益及社会效益,随着综采现代化机电技术的进一步发展应用,将促进煤矿生产安全高效发展。
□ 忻州市煤矿安全和平生产监管检查组 刘建忠