7月11日,神东煤炭自主研发的国内首套国产化等高式采煤装备完成了技术方案论证、配套联络、设计图纸审核工作,正式进入生产制造阶段。该套采煤装备实现了对国外同类型设备技术的消化吸收、创新升级,填补了国产薄煤层采煤装备全自动化生产领域的空白。
该套国产化等高式采煤装备主要由滚筒式采煤机、链条牵引驱动装置、自适应拖缆装置、刮板输送机、顺槽转载机(含破碎机)和自移机尾等六部分组成。采用端头垂直进刀、无三角煤开采工艺,节约了端头割煤时间,提高了割煤效率。机面高度由850毫米降低至840毫米、过机间隙变大;过煤宽度由512毫米增加至590毫米,过煤空间增大;自适应拖缆链道垂直布置,不易脱链,节省了中部槽高度空间;铲板上沿采用封闭式设计、有效防止采煤机支撑滑靴抖动窜出;刮板输送机采用搭接侧卸方式,卸煤充分,并增加了机头行人通道空间;转载机和自移机尾长搭接,推移稳定可靠,自动化水平显著提升。
近日,国家能源集团神东煤炭公司李飞在《煤炭技术》2021年第3期发表成果《薄煤层等高式采煤综采工作面采煤工艺研究》, 详细介绍了神东薄煤层等高式采煤综采工作面采煤工艺。
一、系统设计
在薄煤层综采工作面,使用固定截割滚筒的采煤机,采煤机滚筒只可以前后调节,设计上下调节功能,以节省采煤机所需空间,将截割滚筒高度设定为接近于薄煤层厚度的平均值。
在液压支架连接刮板输送机推移连杆之上,布置液压伸缩油缸,伸长油缸,可以抬起刮板输送机和液压支架的连接处;缩短油缸,可以使刮板输送机抬起靠近煤壁的一侧。
由于采煤机是依靠刮板输送机承载,刮板输送机和液压支架的连接处抬起可以使采煤机截割滚筒向下倾斜一定角度,实现俯采;靠近煤壁的一侧刮板输送机抬起可以使采煤机截割滚筒向上倾斜一定角度实现仰采,通过此方式控制采煤机根据煤层分布走向合理调整俯仰采煤角度。
在刮板输送机伸缩油缸的上方布置轨道,轨道上平面与刮板输送机上平面平行,轨道承载可移动的检测装置,检测装置具备沿着轨道行驶的功能。检测装置上安装有激光雷达、陀螺仪和UWB定位设备。
激光雷达在检测装置沿轨道移动时,不间断扫描煤层煤壁,得到煤壁的轮廓特性及煤壁轮廓各个位置到激光雷达的距离。
使用陀螺仪记录检测装置沿轨道运行的轨迹特征,轨迹特征包括各采样点轨道的俯仰角,即刮板输送机的俯仰角,和轨道各采样点在水平面上前后位移,即刮板输送机的水平位移。
通过UWB定位设备,可以确定刮板输送机的水平位移和煤壁轮廓各个位置到激光雷达的距离在平面坐标系中的坐标值。
通过刮板输送机的水平位移数据可以获得刮板输送机在平面坐标系中的坐标值,分析此坐标值可以得到液压支架给刮板输送机找直的偏差。
通过刮板输送机的水平位移数据和煤壁轮廓到激光雷达的距离的坐标值进行计算,可以获得煤壁轮廓在平面坐标系中的坐标值,分析此坐标值得到采煤机给煤壁找直的偏差。
通过修正液压支架推移油缸的行程数值,可以减小煤壁找直的偏差和刮板输送机找直的偏差,并且在动作完成后,实现液压支架的找直。
二、等高式采煤工艺架构图解
轨道固定在刮板输送机连接块上,轨道由长轨道和短轨道组成,数个短轨道可以使轨道实现转弯。移动检测装置搭载UWB定位装置,陀螺仪、激光测距雷达,并具备WiFi无线通信功能。推移油缸内部预埋测量推移伸长量的行程传感器。推移连杆与刮板输送机之间可以产生垂直方向的位移。
等高式采煤工艺,主要分为垂直进刀截割工艺、俯采控制、仰采控制、煤壁找直、刮板输送机找直和液压支架找直,共6个部分。
(1)垂直进刀截割工艺。液压支架支撑顶板和底板,初撑压力达到设定值。当截割滚筒开始旋转,推移油缸伸出,推动推移连杆、刮板输送机、采煤机、截割滚筒向前移动,截割滚筒开始截割煤壁,直到推移油缸伸出量达到设定的截割深度,即完成垂直进刀(见图2)。
(2)俯采控制。液压支架支撑顶板和底板,初撑压力达到设定值。伸缩油缸伸出,使刮板输送机靠近推移连杆的一侧抬起,截割滚筒开始向地平线以下截煤,即俯采控制(见图2)。
(3)仰采控制。液压支架支撑顶板和底板,初撑压力达到设定值。伸缩油缸收缩,使刮板输送机靠近截割滚筒的一侧抬起,截割滚筒开始向地平线以上截煤,即仰采控制(见图2)。
(4)刮板输送机找直。在具备平面定位功能的薄煤层综采工作面,移动检测装置在轨道上沿着刮板输送机的找直方向行走,通过陀螺仪在采样点记录与x轴平行线的偏差值Δy。所有采样点数据记录完成后,选定1个采样点为基准,通过推移油缸推动推移连杆、刮板输送机的方式,使其他采样点沿找直方向的偏差值,等于基准采样点的偏差值,从而实现刮板输送机找直(见图1)。
(5)煤壁找直。在具备平面定位功能的薄煤层综采工作面,移动检测装置在轨道上沿着刮板输送机的找直方向行走,通过陀螺仪在采样点记录与x轴平行线的偏差值Δy,通过激光测距雷达测量煤壁在采样点与移动检测装置的距离y1,则煤壁在各采样点与x轴平行线的偏差值“y2=y1+Δy”。所有采样点数据记录完成后,选定1个采样点为基准,先通过垂直进刀工艺,使推移油缸推动推移连杆、刮板输送机,进而控制截割滚筒的截割煤壁深度,使截割煤壁深度大于y2,通过推移油缸推移刮板输送机的方式,再完成“刮板输送机找直”,最后通过完成下次煤壁的截割,实现煤壁找直(见图1)。
(6)液压支架找直。完成“刮板输送机找直”后,通过推移油缸拉动,液压支架前移,使每个推移油缸的伸长量保持一致,即实现“液压支架找直”。