山东省田庄煤矿有限公司山东济宁272103
摘要：田庄煤矿主要以15煤为主，顶板管理较困难，底板多为粘土岩，煤层平均厚度0.78米，属于缓倾斜薄煤层。国内还没有成熟的适应0.8m采高的矮机身自动化采煤机，且采高受限，无法实现无人自动化开采，因此，田庄煤矿自主研发并应用了全自动刨煤机工作面工艺，它能很好地解决顶板支护难的问题，它采用刨煤机割煤，支架跟机自动化模式，三机、泵站等设备采用集成控制模式。在顺槽控制室内通过传感器、视频摄像头，对综采设备的运行状态进行监控，对设备进行远程控制、联动控制，能够实现少人或无人值守薄煤层工作面智能化。将工作面的相关信息及时传输到地面，并通过计算机网络实现远程集控与数据共享，能够实现生产管理的信息化。
关键词：薄煤层；刨煤机；全自动；远程控制
一、薄煤层全自动刨煤机工作面的研发与应用背景
目前我国所有煤矿都面临着自动化、智能化的革命，智能化刨煤机工作面是非常适应在“可持续发展”，“新旧动能转换”，“环保经济”等大前提下的创新改革。国内外薄煤层刨煤机工艺虽然已经有成功的案例，但并没有适应复杂地质条件下的极薄煤层全自动刨煤机工艺，田庄煤矿特针对15煤煤层赋存、顶底板状况，煤层厚度和硬度等复杂情况，结合开采过程中的第一现场经验，自主研发并应用了国内首个开采0.8m以下煤层的极薄煤层全自动化刨煤机工作面，该薄煤层全自动刨煤机工作面能很好地解决顶板支护难的问题，实现了工作面内无人操作，既降低了职工劳动强度，又提高了安全性能，在薄煤层开采领域具有广泛的意义。
二、薄煤层全自动刨煤机工作面的结构
1、薄煤层智能化刨煤机工作面由4大部分组成：①BH30/2×250型刨煤机、②ZY2800/06/13型液压支架、③pm32-IFC自动化系统、④ZSC型井下水处理及自动配比装置。
①BH30/2×250型刨煤机：刨头以滑架作导轨，滑架内装有矿用圆环链，分为上、下链，下链与刨头的两端相连，并且顺着滑架沿伸至机头、机尾，在绕过机头、机尾刨头传动装置的链轮后与上链相接，形成一个无极链传动系统。当刨头传动装置中的电动机运转时，圆环链牵引刨头在滑架上滑动，刨头上的刨刀截割煤壁，刨落下的煤在刨头犁形斜面的作用下装入刮板输送机部分，并由输送机运出采煤工作面。
②ZY2800/06/13型液压支架:液压支架为二柱掩护式液压支架，前双、后双正四连杆稳定机构。顶梁为整体结构，侧护板双侧活动，使用时一侧伸缩，另一侧固定，便于采区倒面。支架底座为刚性中部开档结构。移架有效步距600mm，推移千斤顶行程650mm。立柱、千斤顶全部采用聚氨酯密封件。支架行人通道宽度大于600mm。每台支架的进液管上安装高精度过滤器。液压支架供液系统泵站额定压力31.5Mpa。液压支架前端设计喷雾系统。重量30Kg以上的部件都设有起吊环或孔，方便使用和维修.
③pm32-IFC智能化系统:电液控制系统由控制器，传感器，无线遥控器，稳压电源，上位机和附属件组成。电液控制系统具备跟机自动化功能,基于射频技术的刨煤机位置，液压支架执行跟机自动化，实现支架，刨煤机和刮板运输机协调推进,具备工作面自动割煤功能。
④ZSC型井下水处理及自动配比装置：乳化液自动配比装置由原水水箱、水处理装置、配比装置、电控系统、油箱、防爆型液位计、机架组成，它将水水处理及自动配比系统集中在一起，从而保证了乳化液配比用水质量，使乳化液配比浓度稳定、清洁度高，实现了液压自动化控制，减轻工人劳动强度。
三、工艺过程比较
1.普采（高档普采）工艺流程可分为：采煤机割煤→装煤→刮板输送机运煤→推移移刮板输送机→支设单体支柱和挂梁→回柱放顶。
普采工艺就是落煤方式由薄煤层采煤机代替爆破落煤方式，而其他工艺不变得采煤方式。薄煤层是指最大可采厚度不到1.3m的煤层，通常0.8-1.3m的煤层称为薄煤层。开采薄煤层的滚筒式采煤机主要有骑溜子式和爬底板式两种结构类型，而骑溜子工作的薄煤层采煤机，只是由于受到煤层厚度的严格限制，机身高度比较矮。
普采虽然代替了爆破作业，但移溜和回柱作业仍然需要人工来完成，工人的劳动强度仍然相当大，安全系数低。
2.薄煤层全自动刨煤机工作面工艺流程：刨煤机落煤、装煤→可弯曲刮板输送机运煤→电液控制系统控制推移刮板输送机→电液控制系统控制液压支架支护顶板。
工作面工艺流程图
薄煤层智能化刨煤机工作面内空间狭小，为适应井下环境和地质条件，保证安全生产，满足产能要求，采用刨煤机割煤，支架跟机自动化模式，三机、泵站等设备采用集成控制模式。在顺槽控制室内通过传感器、视频摄像头，对综采设备的运行状态进行监控，对设备进行远程控制、联动控制，能够实现少人或无人值守薄煤层工作面自动化。将工作面的相关信息及时传输到地面，并通过计算机网络实现远程集控与数据共享，能够实现生产管理的信息化。
四、薄煤层智能化刨煤机工作面主要创新点
1、实现了薄煤层智能化刨煤机无人工作面。通过自动化控制系统远程控制支架和刨煤机、监测支架姿态和刨煤状况，同时具备视频跟机切换、辅助记忆截割等功能。
2、薄煤层刨煤机实现了采煤机在薄煤层采煤工作面落煤、装煤、运煤自动化，在适宜的范围内，与滚筒采煤机相比具有结构简单、操作方便、块煤率高、粉尘小及滑行刨深容易控制等特点。
3、该工作面将成为国内首个开采0.8m以下煤层的极薄煤层全自动化刨煤机工作面，工作面内无人操作，既提高了薄煤层开采效率，又降低了职工劳动强度，同时也提高了安全性能。
五、薄煤层智能化刨煤机工作面应用效果
1、薄煤层全自动化刨煤机工作面显著提高煤矿安全性。
1.1、15煤层顶板为九灰，局部相变为细砂岩、粉砂岩，局部有泥岩、炭质泥岩伪顶，使用自动化控制系统远程控制支架、监测设备运行状态，能够有效的解决顶板管理困难的问题，提高安全性能，降低职工劳动强度。电液控制系统具备实时监测全工作面矿压的功能，具备控制顶梁和顶板平行、保障支护质量的功能，具备将工作面状态数据传输至地面控制中心的功能。
1.2、由于15煤层平均厚度0.78米，设计采高为0.8米，综采工作面内操作空间狭小、行走困难，很容易造成机械伤害。实现自动化后，人员基本上不在工作面内施工，系统具备工作面视频跟机切换功能，实时监测刨煤机刨头割煤状况，辅助刨煤机记忆割煤，防止刨煤机与护帮板产生干涉，进一步提高安全性能。
1.3、15煤自动化刨煤机工作面改善作业环境，消除烟尘对身体危害、放炮噪声危害等，从环境上进一步提高安全程度。
2、薄煤层智能化刨煤机工作面显著提高劳动生产率。
2.1、BH30/2×250型刨煤机：刨煤机采高0.65～1.5，刨速1.52m/s，运输量450t/h，最小控顶距451mm，生产效率高。
2.2、ZY2800/06/13型液压支架:液压支架为二柱掩护式液压支架，前双、后双正四连杆稳定机构。顶梁为整体结构，侧护板双侧活动，使用时一侧伸缩，另一侧固定，便于采区倒面。重量30Kg以上的部件都设有起吊环或孔，方便使用和维修.
2.3、pm32-IFC自动化系统:电液控制系统具备跟机自动化功能,基于射频技术的刨煤机位置，液压支架执行跟机自动化，实现支架，刨煤机和刮板运输机协调推进,具备工作面自动割煤功能，提高了工作面自动化程度。配套的在线监测、传输和显示系统，可以实现故障预报和自我诊断、分析，有利于及时了解现场实际情况，同时节约人工分析时间和调整工作方案时间。
六、结束语
总之，薄煤层全自动刨煤机工作面的研发与应用实现15煤薄煤层工作面的自动化控制，改善了井下作业环境，降低了劳动强度，实现各类条件下薄煤层的安全高效开采。同时解放新的煤炭资源，为田庄煤矿可持续发展提供有力保障，能产生显著的经济、社会效益。该工作面将成为国内首个开采0.8m以下煤层的极薄煤层全自动化刨煤机工作面，工作面内无人操作，既提高了薄煤层开采效率，又降低了职工劳动强度，同时也提高了安全性能。对建设安全高效矿井，具有十分重要的现实意义和推广应用价值。
作者简介
闫家正，生于1984年，男，汉族，山东沂水人，本科，工程师，研究方向：煤矿工业自动化、智能化。