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煤矿开采的综合机械化技术探析

[日期:2013-08-26]
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 摘要:近几年,煤炭资源在经济耗能中的比例越来越高,煤矿开采向着大型化、系统化、集约化以及自动化方向发展,其中综合机械化技术以及电气自动化技术在其中发挥着越来越重要的作用。本文对综合机械化技术以及综采工艺进行了介绍,并详细阐述了煤炭开采机械电气自动化的发展方向。
    关键词:煤矿开采;综采工艺;综采机械;电气自动化
    1、综合机械化技术是煤炭开采工艺的主流。综合机械化采煤,简称“综采”,即采煤工作面的全过程例如破煤、运煤、支护、掘进等主要工序全部使用机械操作,是目前最先进的采煤工艺。在我国,综采的机械化率超过95%,极大降低了劳动强度,提升了单产和安全性。
    1.1 壁式体系采煤法。自上世纪九十年代以来,世界上主要煤矿生产国都对壁式体系采煤工作面的技术装备进行了重大改革,研制并使用了一批生产能力大、功率大、强度高、自动化程度高以及运行可靠的新一代综采设备,使得一矿一井一面的集约化高度集中生产成为现实,工作面单产、功效以及安全性得到极大提升。壁式体系采煤一般工作面长度较长,通常在80~350M。壁式体系采煤主要可以分为长壁综采和短壁综采。短壁综采是长壁综采的有效补充。相对来说,加大综采工作面长度,增加采煤机的切割速度及性能,可以获得较高产量。在煤矿地质条件一定的情形下,综采工作面长度增加主要受到回采巷道的掘进和支护以及可伸缩带式输送机的铺设长度的制约。
    1.2 放顶煤开采。放顶煤开采使用的机械设备主要有采煤机、输送机以及支架。放顶煤开采技术需要解决顶煤冒放、综采支架受力以及顶板结构等几个主要问题。其中,综采机架的选型和配置对放顶煤开采有着重要意义。放顶煤支架选型一是应该遵循技术先进的原则,符合煤炭开采的实际,二是要经济合理,即在符合开采要求以及安全的基础上投资尽量少,三是安全可靠,所有支架都应该在使用过程中保证工人和生产的安全。例如尾梁插板式反四连杆低位放顶煤液压支架就在目前国内高产高效综采工作面得到较为广泛的应用。
    1.3 薄层煤综采工艺。随着煤矿综采生产能力大幅提升以及部分煤矿超强度开采,使得一些煤矿开采条件较好煤层的资源逐渐枯竭,采取先进综采技术对占煤矿总储量近两成的薄层煤开采成为煤矿可持续发展的关键措施之一。薄层煤开采受煤层高度低并经常变化以及工作面作业空间狭窄而长度又较短等客观条件制约,工人工作环境差,所以,需要对一些机械设备进行改进,以便于开采持续进行。特别是要加大对液压支架进行研究,研制出符合薄层煤开采要求的重量轻、强度大、可调性大以及适用性好的支架。
    2、综采机械的电气自动化发展及应用。与综采相关的机械设备主要包括采煤机、刮板运输机、液压支架、转载机、破碎机、刨煤机等,无一例外,它们都从低生产能力、纯机械向高生产能力、电气自动化的方向发展。随着煤炭开采的大型化、系统化、集约化以及自动化的发展,综采机械的电气自动化技术将得到更加广泛的应用。综采机械的电气化自动技术以计算机为核心,运用控制理论、仪器仪表以及先进的信息技术,对机械化采煤的全过程实时检测、控制、优化、管理、决策,以实现煤炭生产的高效、安全、高产的目的。它主要包括工业自动化软件、硬件以及系统。电气化自动技术的研究方向是信息化、开放化以及分布式,通过信息化,系统信息和网络技术更加紧密结合,进一步提升系统的管控能力和网络自动化;同时通过合理授权,综采机械的自动化系统和煤矿生产的其它方面开放连接,实现更大范围的自动化管理;深化分布式的结构,可以促使系统的各个智能模块单独工作,减少开放化带来的网络风险。下面对电气自动化技术在主要综采机械的应用进行简单介绍。
    2.1 采煤机。采煤机的发展趋势是由电牵引取代液牵引,向多电机、大功率、智能化发展,尽量提升截割牵引速度和割深,大幅提高工作面单产,增强运行可靠性,同时操作简单、安全、易于维修。例如久益公司生产的一款采煤机装备了以计算机为核心的电控技术,采用先进的信息处理技术和传感器技术,不但能对采煤机的运行状况、参数进行采集、存储和输送,还可以通过预设软件对采煤机进行控制、监测以及自动保护,对电气系统进行自动调节以及故障的自检自诊。
    2.2 刮板输送机。刮板输送机的作用是满足工作面的输送能力。所以,随着工作面开采能力的提升,刮板输送机的输送能力也必须得到提高。在国外,输送机输送能力最大已经达到5000吨/小时,功率最大已达到2000KW,圆环链直径最大达到52mm。除了向长距离、大运量和大功率的发展方向,输送机也朝着单点多电动机、可控驱动、自动监控、安全保护以及智能化的电气自动化的方向发展。目前应用广泛的CST可控传输系统,实现了自动可控停机,配置了防跑偏、打滑、温度、烟雾等传感器,通过计算机对输入的各类物理量进行采集、处理、分析,实现对系统故障的检查、自警等功能。
    2.3 液压支架。在综采设备中,液压支架的数量众多,型号多样,适应环境各异,随着煤炭开采工艺的进步,液压支架在操作方式、结构及强度等方面都发生了重大变化。一是液压支架型号向掩护式、高稳定性、高工作阻力以及高强度、轻重量发展。二是从手工操作向电液自动控制发展。电液压控制技术通过不同位置的液压支架上的各类传感器将工作环境和不同状态信号传输给计算机,计算机再通过对信号的判断和工艺要求对支架电液阀发出控制信号,从而控制工作面的设备。例如通过跟机自动化功能,即支架根据预置的工作面工作流程,控制支架在采煤机到相应位置时执行相应动作(程序)。电液压控制系统通过压力传感器的反馈信号,保证液压支架的额定初撑力,改善顶板的管理,同时可以进行带压移架,延长支架寿命,最后移架准确,切顶线整齐,优化支架效果,改善采煤机和运输机的工矿,电液压控制系统通过对综采三机的“联动”,实现综采无人工作面的目标。电液控制技术是支架电气自动化的关键技术,低成本、高可靠性、提升工作速度以及支架在复杂环境的适应性是电液控制系统的发展方向。
    3、结语
    煤炭企业要赢得激烈的市场竞争,必须向规模化、大型化以及集约化发展,利用先进技术建设高产高效矿井。通过综采设备的电气自动化,研究智能化的煤炭开采技术,达到无人综采工作面的目标,对于煤矿的可持续发展具有重要意义。
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