张 楠

（山东省田庄煤矿有限公司，山东 济宁 272103）

1 矿井概况

田庄煤矿位于山东省济宁市高新区王因镇境内，矿井于1997 年开工建设，2002 年正式投入生产，原隶属于山东省煤炭工业局，2004 年划归临矿集团管理。矿井可采煤层三层（15上煤、16上煤、17 煤），核定生产能力90 万t/a，剩余可采储量1 999.9 万t，剩余服务年限15 a（截至2017 年12 月底），采煤方法为走向长壁后退式开采，采煤工艺为综采。矿井属低瓦斯、低二氧化碳矿井，煤层为Ш 类不易自燃煤层，无冲击倾向性，煤尘具有爆炸性（15上煤45.70%、16上煤41.00%、17 煤44.37%）。

2 薄煤层智能化刨煤机工作面的建设条件

2.1 煤层赋存条件

15 煤煤层平均厚度0.78 m，矿井一水平可采储量286.4 万t，煤质硬度约为f2.5～f3，倾角6°左右，属于缓倾斜煤层。

2.2 顶底板情况

15 煤煤层顶底板情况见表1。

表1 煤层顶底板情况

2.3 水文地质条件

采区内直接充水含水层主要为九灰灰岩，间接充水含水层为第四系下组砂层、十三十四灰和奥灰。由于煤层距第四系底部含水层间距小，煤层赋存浅部区域存在突水威胁。对比区域水文地质和其他采区的水文地质类型，确定15上煤（本文统称15 煤）一采区的水文地质类型为中等类型，在开采前进行探放水。

2.4 采空区及周边老空区范围

本采区下部40 m 左右为矿井一水平一采区16煤、17 煤采空区，采空区内存有少量老空积水，采空区范围，边界清楚，2016 年开采一二采区回收煤柱期间已经基本疏放完毕。

2.5 技术条件

全自动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。

3 薄煤层智能化刨煤机工作面主要系统构成

3.1 刨煤机

刨煤量300 t/h，刨速0～1.8 m/s，刨链规格Φ30×108 mm，驱动功率2×250 kW，刨煤高度0.65～1.5 m，适应煤质硬度f ≤3。刨刀刀尖材质为钨钴硬质合金，生产厂家为山东久鼎开元煤矿机械有限公司。运输机运输量450 t/h，电动机功率2×110 kW，刮板链速0.93 m/s，可弯曲角度水平1.1°，垂直±3°。刮板链为中双链，规格为2-Φ26×92 mm。中部槽整体铸造，配开天窗中部槽。

3.2 液压支架

中间液压支架共54 架，两柱掩护式，支架结构高度600～1300 mm，支架宽度1430～1600 mm，支架中心距1500 mm，初撑力为2182 kN，工作阻力2600 kN，支护强度0.37～0.46 MPa，操纵方式电液控制，生产厂家山东能源重型装备制造集团有限公司。

过渡液压支架共6 架，支架结构高度为750～1600 mm，支架宽度1430～1600 mm，支架中心距1500 mm，初撑力2182 kN，工作阻力2600 kN，支护强度0.39～0.49 MPa，操纵方式电液控制。

端头液压支架共2 架，高度1400～3000 mm，中心距1700 mm，宽度2571～3550 mm，初撑力3877 kN，工作阻力5200 kN，平均支护强度0.7 MPa，操纵方式电液控制。

3.3 转载机

运输量400 t/h，长度40 m，电机功率75 kW，刮板链速0.91 m/s，圆环链规格Φ18×64 mm。

3.4 供液系统

采用集中供液方式，设置集中供液泵站一处。乳化泵公称压力31.5 MPa，电机功率160 kW，配套乳化液箱RX2000，容积2000 L，生产厂家为南京六合煤矿机械有限责任公司。水处理及自动配比装置配液量不低于3 t/h，配比浓度3%～5%，出水水质指标符合要求。

3.5 自动化控制系统

具有工作面集控中心与地面调度中心双重控制功能。工作面集控中心主要由三台主控机组成，其中两台为操作监控画面，具有远程操作控制功能，实现对工作面所有综采设备、液压支架的集中控制，并实时显示工作面设备的实时运行工况，如工作面支架压力、推移步距、行程、支护高度、刨煤机实时位置、推采距离、运行电压、电流、温度、运行速度、行进方向、故障信息、通讯状态等参数，对设备发生的问题进行实时预警。另外一台主控机作为视频监控使用，将工作面9 个摄像头画面进行动态实时显示，可实现对某一画面进行放大跟踪调整，正常情况下9 个摄像头执行周期轮巡，对工作面进行无死角监控。

4 智能化刨煤机开采的优点及适应性对比

4.1 螺旋钻机

由螺旋钻机全部完成工作面内各个工序，工作面的设备检修也都在工作面以外的巷道中进行。该采煤方法具有工作面内无人员、无设备、安全保障系数高、系统环节少、用人少、掘进率少、设备配置少、材料消耗少等优点，但存在巷道施工断面大（12 m²以上）、资源回收率极低、吨煤单价较高等缺点。

4.2 滚筒采煤机

薄煤层滚筒采煤机主要分为骑槽式和爬底板采煤机两种。骑槽式采煤机由输送机机槽支撑和导向组成，只能应用于开采厚度大于 0.9 m 的煤层。因为当电动机功率为100 kW 时，其高度h=350 mm，过煤空间高度160～200 mm，采煤机通过富余高度90～200 mm，输送机中部槽高度180～200 mm，因此最小高度为0.95 m。

4.3 智能化刨煤机

薄煤层工作面综采设备的配套要符合高产高效、集中生产、集中控制的要求，增大工作面设计长度，合理设置刨深，选用能刨割硬煤的刨煤机组，提高刨煤速度,相应地提高液压支架的移架速度；与大运量、高强度的工作面输送机相匹配，运输巷道也采用长距离、相应运量的带式输送机；从设备技术性能要求出发，所选综采机械设备必须技术先进、性能优良、可靠性高，同时各设备间要相互配套性好，保持采运平衡,最大限度地发挥薄煤层综采优势。

刨煤机是一种外牵引的浅截式煤机，采用刨削的方式落煤，并通过煤刨的梨面将煤装入工作面输送机。刨煤机与刮板输送机组成刨煤机组。由于刨煤机对电机马达的高品质需求，刨煤机价格一般高于采煤机一到两倍。例如三一重装的刨煤机在良好状态下可日产煤5000 t，生产效率大大高于采煤机，并且可将采煤机不宜开采的薄煤层开采出来，避免造成资源的浪费。

5 结语

智能化刨煤机工作面工艺能保证资源匮乏矿井开采更加合理有序可持续，延长矿井服务年限，又能降低职工劳动强度，提高安全生产系数，在薄煤层开采领域具有广泛的推广价值。