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1、自动化开采薄煤层概述,一、薄煤层概述 二、薄煤层开采面临困难及现状 三、薄煤层割煤历史 四、薄煤层开采特点 五、自动化技术组成 六、自动化存在问题 七、自动化未来发展前景,一、薄煤层概述,根据我国煤层厚度划分,厚度0.181.13 m属于薄煤层,小于0.18 m属于极薄煤层。我国煤炭储量大且赋存多样化,仅国有煤矿薄煤层储量比重就占20左右，地方煤矿薄煤层储量比重更大，且分布广泛，局部集中。如：薄煤层储量山东省占41，四川省占54.8，贵州省占46，阳泉、平顶山、徐州、开滦、铁法、七台河等大矿务局都占有较大的比例。根据整合前神东矿区煤炭资源统计，煤层厚度在1.362.50m煤层保有资源储量达99
2、955万吨，占总资源量10.76%,神东各矿都有该厚度煤层。因此薄煤层自动化开采有以下几点重大意义：有利于提高资源回收率，延长矿井服务年限提高工人安全系数有利于降低工人劳动强度,二、薄煤层开采困难及现状,由于煤层薄开采作业空间小，工作条件恶劣，掘进率高，回采效率低，经济效益差，除特殊短缺煤种外，大部分薄煤层被暂时放弃，薄煤层开采一直成为困扰我国煤炭行业的难题。由于薄煤层开采存在着政策、技术、装备等诸多问题，多年来在各煤矿未得到应有的重视，特别是进入市场经济后，煤炭企业往往为了追求好的经济效益，使得很多矿区薄煤层开采处于停滞甚至倒退状况。薄煤层开采的产量比重在20世纪70年代以前，保持在16%1
3、7之间，与薄煤层储量比例相近。80年代以来，中厚煤层机械化采煤技术快速发展，但薄煤层开采技术发展缓慢，薄煤层产量比重逐步下降，到1988年已降至10.93，到1996年只占7.32。随着各大煤矿中厚煤层的不断开采，薄煤层将逐渐增多，瓦斯突出问题越来越严重，有些矿已经到了不开解放层已无主采煤层可采的状况，如：兖矿集团目前薄煤层储量已占40以上。我国薄与极薄煤层的可采储量约为60多亿t,约占全国煤炭总储量的19%,而产量只占总产量的10.14%,远远低于储量所占的比例,并且产量的比重还有进一步下降的趋势。薄煤层的开采问题越来越突出,已是无法回避的现实问题。,二、薄煤层开采困难及现状,英国和美国主要
4、采用滚筒采煤机长壁式开采和连续采煤机房柱式工艺开采薄(0.81.3m)和中厚偏薄煤层(1.31.8m)。德国、法国、俄罗斯和比利时等国广泛采用刨煤机自动化割煤，尤其是德国研制和使用刨煤机的时间最长，技术水平最高。美国Joy、德国DBT和EKF公司都开发了具有自动化功能的滚筒采煤机，20世纪90年代开始，德国DBT公司开始研制电液控制系统。目前，该公司开发的全自动化综采工作面成套设备已在神东榆家梁煤矿成功投入使用。我矿是在榆家梁煤矿的前提下利用除煤机采用JOY生产的7LS1A型，其余设备均用国产化设备的又一个自动化综采工作面。,三、薄煤层开采历史,我国薄煤层的开采经历了几个发展阶段。20世纪50
5、年代薄煤层开采主要使用炮采工艺;60年代开始使用深截煤机掏槽,爆破落煤;70 年代薄煤层机组得到较大发展,分别研制出不同类型的刨煤机,包括钢丝绳牵引刨煤机、全液压驱动刨煤机和刮斗刨煤机等。1974年研制成功BM-100型薄煤层滚筒采煤机。90年代,天府矿务局和徐州矿务局,分别从俄罗斯和乌克兰引进了螺旋钻采煤机,2003 年新汶矿业集团也引进了2台三钻头的螺旋钻采煤机,用于薄与极薄煤层的开采,使一些用传统采煤工艺不能开采的薄煤层、极薄煤层得到有效开采利用。,四、薄煤层开采特点,一、薄煤层采煤工艺特点薄煤层工作面采高低,要求采煤机机身矮,且要有足够的功率,通常功率不应低于100 200kW;机身尽
6、可能短,以适应煤层的起伏变化;要有足够的过煤和过机空间高度;尽可能实现工作面不用人工开切口进刀;有较强破岩过地质构造能力;结构简单、可靠,便于维护和安装。根据这些要求,薄煤层采煤机分为骑输送机式和爬底板式两类。骑输送机式采煤机由输送机机槽支承和导向,只能用于开采厚度大于0.180.19 m煤层。爬底板式采煤机机身位于滚筒开出的机道内,机面高度低,当采高相同时,与骑输送机式相比,过煤空间高,电机功率可以增大,具有较大生产能力,并且工作面过风断面大、工作安全,可用于开采0.160.18 m的煤层。二、薄煤层开采存在的主要问题和发展趋势(1)采用大功率电动机或多电动机以增大总装机容量。实践表明,采煤
7、机的单机效能,在很大程度上取决于电动机功率的大小,只有大功率,才有高效能。薄煤层采煤机的技术关键是矮机身与大功率之间的矛盾,如何解决这一矛盾,是设计的难点和重点。由于薄煤层赋存条件变化较大(断层、夹矸、变薄带较多),薄煤层采煤机截割坚硬矸石的概率比中厚煤层要多,带来的振动、冲击也要比中厚煤层频繁和剧烈,因此,整机结构的动态优化设计是今后应重点研究的问题。(2)改进螺旋滚筒的结构、完善液压系统以及提高电动机的性能;提高加工制造工艺和装配工艺的技术水平;更好地解决采煤机自动化及遥控的问题。(3)从有链牵引向无链牵引及电牵引方向发展。,薄煤层自动化开采主要有两种技术途径：a.刨煤机综采机组 b.滚筒
8、采煤机机组,a、刨煤机:刨煤机作为一种“浅截深、多循环”的采煤设备，对薄煤层、瓦斯大的矿井具有特有的优势，而自动化工作面刨煤机不仅能达到高产，而且也能最大限度地保证人身安全。因此刨煤机将是实现薄煤层高产高效的有效途径。,国外刨煤机的发展状况,刨煤机采煤自20世纪40年代在德国问世以来，很快就得到推广和发展，成为薄煤层采煤机械化的强大支柱。原欧洲的主要产煤国德国、波兰、俄罗斯、法国、西班牙等，使用刨煤机开采的煤炭产量占总产量的50以上。在德国，1.6m以下的薄煤层中，几乎全部采用刨煤机采煤，在1.6 2.2 m中厚煤层中也大部分用刨煤机采煤，当煤层厚度超过2.5m时，滚筒采煤机才占主要位置。据介
9、绍，德国薄煤层1.8m以下的30多个高产工作面中，只有1个滚筒采煤机工作面，其余全是刨煤机工作面，刨煤机的日产量可达5000 t以上，年产量达200万t以上。在波兰，每年使用刨煤机的工作面平均65个。在俄罗斯，每年使用刨煤机的工作面达到150多个。澳大利亚、南非等主要产煤国薄煤层工作面也都使用了全自动化刨煤机。使用刨煤机效率最高的是美国，它的薄煤层刨煤机工作面年产量可达300万t以上。德国DBT公司是世界上研制刨煤机最早、产量最大、技术水平最高的一家公司，曾研制成功多种拖钩刨、滑行拖钩刨、滑行刨等机型。目前刨煤机的技术水平已发展到了采高0.63m，截深最大可达300 mm，可刨煤硬度f=4，刨
10、速最高可达3 m/min，刨链达42 mm，装机功率最大可达 2800kW，铺设长度达300 m。,我国刨煤机发展现状,与德国DBT公司相比，国产刨煤机从价格和服务上有其固有的优势。如引进的刨煤机系统（包括刨煤机、刮板输送机及自动控制系统）高达600800万欧元，备件及维修费用更高，而且不能得到及时供给。而国内同类设备价格只相当于其价格的1/31/2，技术服务和备件供应也快捷得多，如果国产刨煤机性能及可靠性能达到或接近引进刨煤机的水平，用户自然会优先选用国产刨煤机。中煤张家口煤矿机械有限责任公司从20世纪50年代末开始研制刨煤机，是我国最早的刨煤机生产厂，通过和科研院所的合作，在早期产品试验的
11、基础上，经过多次改进，逐步得到发展。如：20世纪70年代初推出的MBJ2A拖钩刨，八十年代初研制的H26滑行刨，分别在徐州、韩城、阳泉、平顶山等矿使用，对当时的薄煤层开采起到了一定的推动作用。但由于其生产能力低，可靠性差，只相当于国外六、七十年代的水平，已不能满足煤炭开采高产高效发展的需要。“八五”期间，张家口煤矿机械厂承担了国家重点企业技术开发项目薄煤层采煤设备强力刨煤机及配套设备的研制工作。,刨煤机采煤特点及发展趋势,刨煤机采煤工艺特点刨煤机采煤是利用带刨刀的煤刨沿工作面往复落煤和装煤,煤刨靠工作面输送机导向。刨煤机结构简单、工作可靠,便于维修;截深小,仅刨落煤壁压酥区表层,故刨落单位煤量
12、能耗少;刨落煤的块度大,煤粉及煤尘量少。刨煤机采煤存在的主要问题和发展趋势(1)提高刨煤机刨硬煤的能力。要从根本上提高刨煤机刨硬煤的能力,重要的一点就是要增加刨煤机的装机功率,以提高刨头的破煤能力;另外还要进一步提高部分元部件的可靠性,例如提高圆环链和接链环的强度和使用寿命,增加刨刀的耐磨性以及刀体与硬质合金的联结强度等。(2)提高刨头调向装置的灵敏度。刨煤机在推进过程中会出现“飘刀”或“啃底”现象,这就需要通过操纵机构来控制刨头的前进方向,目前,国产拖钩刨煤机是通过改变推进缸作用力点的位置来实现刨头的调向,这种机构的刨头调向效果较差;而滑行刨煤机则通常设置调向油缸,但当工作面采用普采或高档普
13、采的工作方式时,这种刨头调向装置的灵敏度不高,效果不明显,因而造成刨头推进过程中控制困难。,我国刨煤机应用案例,2000年9月，德国DBT公司与国内科研单位及煤机厂家合作,中国第一套综合自动化薄煤层无人工作面在铁法小青煤矿诞生。2003年8 月，山西焦煤集团马兰矿也投产了一套全自动刨煤机系统，实现薄煤层无人工作面开采，煤层厚度为0.81.4m，工作面长度200m，截止2003年10月8 日!累计生产原煤66817t，最高日产为6280t。,b、滚筒采煤机,滚筒式采煤机综采特点（以MGTY400/900-3.3D型电牵引采煤机为例）(1)采煤机总体采用了多电机横向布置，截割电机横向布置在摇臂上，
14、摇臂和机身之间没有动力传递，取消了伞齿轮和结构烦杂的通轴、过轮，用结构简单的销轴与主机架铰接在一起。(2)机载式交流变频调速，超级链轨无链牵引系统。低频起动特性好、牵引力大，能实现恒功率无级调速。(3)主机架采用了整体结构(也可分段组合)。滚筒的切割反力、调高油缸的支承力，牵引驱动的反作用力及工作面输送机的支承、限位、导向的作用力均由结构简单，坚固的主机架所承受，各部件均可方便地从主机架采空侧单独装拆，使用可靠，维修方便。(4)关键的元、器件选用了国外进口件，如轴承、密封、泵、变频器等。传动部件进行了加载试验，整机的可靠性高。,b、滚筒采煤机,(5)该机采用了系列设计、适应性强、通用性好。摇臂
15、、牵引传动箱、外牵引均可左右互换，仅改变外牵引的惰轮，摇臂的摆角，滚筒直径，就能适用采高1.6m-4.5m的要求。摇臂电机和牵引电机各有三种不同功率规格供用户选择，并可左右互换。(6)采用镐型截齿的强力滚筒，能在硬煤层和有夹矸及地质有构造的地段使用。(7)水路系统和液压系统的主要元件设置在多通块上，减少了管路联接和维修工作量。(8)控制系统采用了计算机集中控制，具有先导监控、操作保护、连行和故障显示、数据储存，以及故障自动诊断记忆、功率自动平衡等功能。显示实现了汉字化，控制智能化。水冷式电机设有温度保护，牵引系统可设制限速保护，并设有零速自动制动装置。,世界上滚筒采煤机自动化割煤工艺主要有以下
16、两种：,采煤机尾滚筒随动割煤：采煤机记忆割煤,等高定差值=要求采高-滚筒直径,五、自动化技术组成,采煤机程序控制自动割煤技术 支架与采煤机联动技术 自动化信息通讯技术 设备状态监测技术采煤机割煤的远程干预,采煤机程序控制自动割煤技术解决途径,采煤机采用记忆割煤技术：采煤机通过示范刀学习，煤机自动记录工作面内任一位置滚筒高度参数。通过摇臂角度传感器来计算滚筒高度。根据左右牵引部D齿轮上的速度传感器自动计算煤机的位置和方向。记忆割煤时，煤机根据记录的滚筒轨迹自动调整滚筒高度实现自动割煤。记忆割煤时，煤机会在程序预设位置自动停机并调整滚筒高度，需要人工发出换向指令及给定牵引速度。通过参数设置可以对工
17、作面规律性的变化进行补偿。,自动化工作面关键技术解决途径,煤机会自动记录煤机在不同位置煤层的倾角、起伏变化,支架与采煤机联动技术解决途径,支架通过红外线接收器接收煤机上红外线发射器发射的信号确定煤机位置。采煤机通过后，支架滞后一定距离按照设定的程序完成自动移架和自动推溜。在工作面两端头,可以由程序控制自动完成三角区内支架的动作。支架由玛珂公司PM32电液控制系统控制，每台支架都有一个独立控制器，控制器之间可以相互通讯。支架主控计算机，可以监视工作面内每台支架的传感器状态及设置支架参数,并可以进行远程遥控。,支架跟机自动化实现基本条件,实现跟机自动化，需要有3个基本条件跟机自动化必须需要有准确的
18、采煤机位置信号。而由天玛公司提供的采煤机位置信号共有两种，一是红外线采煤机位置检测系统，另一种是无线采煤机位置检测系统。实现跟机自动化必须保证工作面的整体工作状态正常。其中包括电液控制系统连接完整，从工作面到主控计算机的通讯正常，所有参与跟机自动化的支架液压系统工作正常。电液控制系统参数配置正确。即工作面支架成组拉架、成组推溜、成组护帮板等动作都可以正常进行。,1）开始跟机自动化2）ASQ报警3）测试蜂鸣器是否工作正常4）检查邻架是否达到合格支撑状态5）进行推溜间隙测试并计算推溜间隙大小6）降柱直到立柱压力降低到设定移架压力，同时抬底千斤顶动作7）拉架，直到拉架至参数设定的行程值8）如果在规定
19、时间内未完成拉架，则进行再降柱过程，直到拉架至最终行程9）升柱直到立柱压力达到设定的过渡压力以及初撑压力10）推溜以消除推溜间隙11）结束自动拉架，同时计算支架位置。,自动移架(ASQ)简略流程,支架煤机联动示意图,支架控制系统示意图,自动化信息通讯技术解决途径,煤机与JOS、监视器之间的通讯，通过随机电缆及光缆通讯。支架主控计算机与支架之间、相邻两架之间通过通讯电缆传输信号。所有信号通过数据上传系统传输至地面调度室。,自动化信息通讯示意图,自动化工作面常见问题解决途径,工作面常见的问题，主要通过设备传感器及随机视频摄像系统监视设备状态，并及时调整设备状态加以解决。,防止支架未接顶：立柱压力传
20、感器、自动补压系统。防止拉架或推溜不到位：支架行程传感器。防止支架倾斜：支架倾角传感器。防止煤机与支架干涉：随机成像系统。煤机、三机、支架故障诊断：JOS、支架主控计算机。,支架各传感器状态监测画面,行程传感器,立柱压力传感器,工作面推进位置,支架动作状态信息,采煤机的远程干预技术,在煤机上装有一套随机摄像系统，用于监视煤机滚筒位置，视频信号经过随机光缆传输至控制台的监视器上。煤机信息（滚筒高度、电机电流等）通过随机电缆传输至控制台JOS（JOY顺槽主控计算机）。控制台设置远控遥控器，遥控信号经过随机光缆将传输至于煤机，自动化操作人员根据视频监视器和JOS提供的工作面及设备信息实现对煤机的远程遥控。,自动化工作面关键技术解决途径,自动化工作面关键技术解决途径,控制台设备布置,自动化工作面关键技术解决途径,工作面随机摄像系统,在煤机上安装4个高清晰低光摄像头。,摄像头安装位置,显示器监视图像,六、自动化存在问题,随机摄像系统清晰度不高，须进一步研究提高摄像系统的清晰度。采煤机机身轻，割煤时震动大，电气元件易损坏。各类传感器的可靠性及精度需要进一步提高。设备的稳定性需进一步提高，减少维护量。自动化割煤如何在煤层赋存条件复杂的条件下使用。操作及维护人员的技术水平需要进一步提高。,
