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摘要：针对薄煤层顶板条件复杂，工作面机电装备仍以人工操作为主，部分实现自动化的工作面存在液压支架自动跟机、采煤机记忆截割不能较好适应顶底板条件的问题，结合薄煤层综采设备研究适用于薄煤层的自动化控制关键技术和系统。依据薄煤层工作面工况条件设计研究了基于支架位置姿态的液压支架自动跟机技术、刮板输送机顺序推移控制技术、采煤机滚筒自适应调高技术，并通过理论计算验证了自动跟机技术的有效性，有效解决了薄煤层工作面自动化水平不高的问题。
关键词：薄煤层；智能开采；技术要点
1 引言
薄煤层由于煤层分布矮，综采工作面的工人在作业时基本无法完全直立站立，在作业时基本都采用半蹲式或者匍匐式的姿势，长时间的采煤作业，使一线工人极易疲劳而且容易产生腰椎等职业性疾病。从资源利用和避免资源浪费的角度，薄煤层的煤炭生产，有效地避免了煤矿资源浪费，提高煤炭资源综合开采利用率，对于创建百年煤矿企业，具有重要的社会价值和经济价值。
2 采煤工作面的发展现状
2.1 自燃问题
在煤矿采集过程中，煤矿通过接触氧气发生氧化，产生热量，加上硫元素、磷元素、硫化铁元素自身具备一定的水作用，更加引发其产生发热自燃现象。同时，煤炭表面一旦收到氧化作用后便产生氧化热量现象，一旦采煤现象通风不良，所产生的热量不易散发，那么，采矿现场的整体温度就会慢慢上升，致使煤矿的氧化作用也就快速加剧，如此长期以往，达到一定温度后，煤炭极有可能产生自燃现象，引发火灾。面对此类问题，技术人员应该针对采煤现场的环境因素进行探讨，比如，地质结构、采煤技术、生产流程、设备管理等因素，均会对采煤工作面的整体长度形成一定制约条件。
2.2 施工健康问题
由于在煤矿的开采、挖掘以及运输等生产工艺过程中，会产生大量煤炭粉尘，其颗粒的主要直径均小于1毫米。而当煤炭粉尘的颗粒直径小于5μm的时候，被称为呼吸性粉尘。煤尘在开采过程中除了自身具有一定爆炸危害性能以外，对人体健康具有很大危害。煤炭粉尘中含有大量的SiO2元素，尤其是呼吸性粉尘，可以直接致使人体呼吸道产生炎症。严重甚至导致尘肺病的危害。
3 薄煤层智能开采技术要点
3.1 配套设备的安全稳定性技术研究
在极薄煤层保护层综合机械化开采条件下进行上述采煤机及刮板输送机改造的同时，就充分考虑了设备的安全稳定性能，在加大采煤机切割功率的同时不可避免的增加整机质量，在控制整机高度、确保中心稳定的同时增加了刮板输送机的槽宽，以确保整机的稳定性。同时增加采煤机整机质量，也是为了缩短采煤机切割岩石时间，避免机器由于受阻跳（晃）动现象的发生。采煤机滚筒采用截深630mm特制滚筒，滚筒叶片加厚，使用耐磨材料及镐形截齿，采用特殊材质进行处理，增加截齿冷却装置等，均是为了提高采煤机滚筒切割岩石能力，增加整机稳定性。现场工业性试验过程充分验证了一切改进措施都是切实可行的，是符合现场特殊需要的。
3.2 煤炭机械定位技术
在进行煤炭开采时，综合采集工作面的主要流程是由双滚筒式采煤设备、自动移动式液态压力支架以及可弯曲刮板运输设备进行实现和完成。在日常的煤炭开采过程中，为了方便维护煤炭开采现场的顶板结构安全和稳定性，其液态压力支架大多数采用的是及时支撑维护的方式，其中进行煤炭采集过程中，采煤设备首先需要进行割煤操作，随后使用采煤设备以及8～12台移动模式的支架，再次滞留后，将8～12台移动模式的支架推移至移动刮板运输设备中。
而为了有效地实现割煤、移动支架、推动运输设备等操作方式的智能化，采煤设备应该及时并且准确地将现场需要采集的区域进行定位，只有这样，操作才能致使采煤工作顺利开展。而现阶段，我国现有的采煤设备定位方式主要有电磁感应开关系统、超声波数据探测系统以及红外线探测系统等。而这些技术虽然在小范围内的综合采矿工作进行实验和测试，但仍然需要进一步实验和数据验证。
3.3 液压支架设备
液压支架相关设备主要包括三方面：其一，承载部分设备。顶板上的压力由顶梁进行支撑，与工作面直接接触，并将顶板压力转移到底座位置。顶梁、留住、底座以及掩护梁是承载部分的主要组成。对于煤壁与顶梁前端之间的距离，相关的工作需要注意对距离缩小，而对于顶板与顶梁前端的距离，相关工作人员则需要注意对距离增大。掩护梁的主要作用是为了遮挡顶板落下来的矸石，并将顶梁、底座与上下部相互连接。底座主要是为了保证立柱的稳定性，并在底座安装千斤顶。在实际应用的过程中，需要对立柱的支撑力有效保证，借助支架具体型号确定支柱数量。其二，液压千斤顶。液压之间的重要组件之一即是液压千斤顶，主要是为了调整液压支架方向、控制输送机的移动，并操作前梁的升降。所以在实际应用的过程中，相关工作人员需要保证千斤顶、液压支架的张度，从而保证拉力、推力。其三，液压阀。控制阀、操作阀是液压阀的主要结构，主要是在液压缸内树洞泵站高压液体，并输送到油箱之中，有效操纵立柱、千斤顶。
3.4 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5000t，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。
3.5 采煤机跟机视频及图像处理功能
根据采煤机运行定位信息、采煤机运行速度信息，并设定“采煤机跟机巡检机器人”（简称跟机机器人）与采煤机的相对距离，可以实现“跟机机器人”自动跟随采煤机运行的功能，通过对采煤机滚筒旋转和运行的视频捕获，可以实现“跟机机器人”主动保存与上传动态视频画面的需求。
4 结束语
煤矿智能无人采煤工作面技术，全面打破了传统煤炭开采技术的限制和约束，但是，面对科技和社会的快速发展，仍然存在着许多技术、安全性的问题需要进一步探索和解决，只有不断地进行技术突破，建立更加完善、明确的技术体系，才能使煤炭开采工作发挥出自身更大的资源和经济价值。
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