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【摘 要】本文首先对综采工作面跟机自动化技术进行解析，进而分析了影响采煤机速度的关键性因素，并在此基础上提出采煤机速度对跟机自动化的改造思路。期望通过本文的研究能够对提高煤矿的综采效率有所帮助。
【关键词】采煤机；综采作业面；跟机自动化
1.综采工作面跟机自动化技术解析
所谓的跟机自动化技术实质上就是指以采煤机所在位置信息为基础，按照采掘作业面选用的具体回采工艺以及相关作业流程，在采煤机所处位置之前或是之后设定的距离上自动完成相应的动作，并以全自动的方式实现综采作业面液压支架与刮板输送机跟随采煤机行走的所有功能动作，具体包括自动推溜、自动移架、自动伸缩护帮板、自动喷雾等等。工艺流程如图1所示。
图1 综采工作面跟机自动化工艺流程
如图1所示，采煤机当前所处位置在输送机上采煤机长度的中点位于工作面整数代码所标识的支架位置处，即第26架。当采煤机沿着指定的方向行走的过程中，处于该运行方向前面的液压支架会自动收护帮板，而处于后面的支架则会自动完成移架操作、伸护帮板以及推溜，从而实现作业面的自动化开采。
按照煤矿井下综采作业面地质条件的不同，跟机自动化的割煤工艺也均不相同，比较常用的有单向、双向、半截深、全截深、先推后移、先移后推等等。每一种工艺模式都具有各自的特点，如先推后移的空顶面积相对较小，过人通道比较窄，比较适合应用于顶板较为松软的井巷；先移后推的空顶面积较大，过人通道则比较宽阔，便于行人通行，适用于顶板条件相对较好的回采作业面。
2.影响采煤机牵引速度的关键性因素分析
采煤机是煤矿井下综采作业面成套设备当中不可或缺的重要组成部分之一，它的牵引速度不但对采煤机的落煤能力和块煤率有所影响，而且还与整套综采设备的实际作业能力密切相关。所以有必要对影响其牵引速度的因素进行全面具体地分析。大體上可将影响采煤机牵引速度的主要因素归纳为以下几个方面：
2.1截割功率
通常情况下，截割功率可以按照截割比能耗进行估算，在实际截煤的过程当中，采煤机之前滚筒承担60%的采高工作量，剩余的40%采高工作量则由位于采煤机之后的滚筒负责承担。其截割功率可用下式表示：
N=（0.6+0.4K） （1）
由设计生产能力Q=0.6JH能够推导出采煤机的牵引速度：
v= （2）
在式（2）中，J代表滚筒截深（m）；H表示平均采高（m）；H代表截割比能耗，其与煤层的硬度成正比例关系（一般可取H=0.55-0.85）；kkk分别代表功率利用系数、水平系数以及后滚筒的工作条件系数（根据以往的经验可分别取0.8、0.95和0.8）。
2.2牵引力与牵引功率
采煤机牵引力的大小主要取决于煤层质地的硬度、采高、牵引速度、倾角、设备质量以及摩擦系数等因素。可用下式表示采煤机牵引力：
在式（3）中，ka代表采煤机移动时导向部分的附加阻力系数（可取 ka=1.3-1.5）；M表示采煤机的总重量（t）；g代表重力加速度（m·s）；α 表示煤层倾角（度）；f 代表摩擦系数（可取0.18-0.25）；Rq表示滚筒截齿点的平均牵引阻力。采煤机的牵引功率可用下式表示：
N= （4）
式（4）中， 代表牵引系数（可取k4 =1.2）； n2表示采煤机牵引部传动效率（可取0.8）。
由以上公式可以推导出采煤机的牵引速度：
v= （5）
2.3液压支架移架速度
连续不间断地截煤是提高综采作业面采掘效率的关键，为确保采煤机实现这一目标，整个作业面支架的跟机速度v 应当要比采煤机的牵引速度大一些。在不考虑其他影响因素的前提下，采煤机的牵引速度应当满足以下条件：
vq 在式（6）中， 表示同时移动的支架数量（单机移架）；L表示支架的中心距（m）；t则代表移动一个支架所需的实际时间（一般可取8-10s）。
综上，以某型号的采煤机为例，通过上述分析，并结合该采煤机的主要技术参数，可得出如下结论：液压支架的移动速度对采煤机牵引速度的影响最大。故此，为了使采煤机的速度与采掘工作面跟机自动化相匹配，需要进行相应的技术改造。
3.采煤机速度对跟机自动化的改造思路研究
基于采煤机速度影响因素分析的基础上，可采取如下技术措施对采掘工作面跟机自动化进行改造。
3.1对单架自动移架时间进行调整
为了尽可能节省单架自动移架时间，可对单架从报警到自动移架结束的循环时间对阶段及其中间可复合的部分进行特殊操作，如护帮板的收进与降柱两个动作可同时进行，即将两者复合为一个动作，这样便能够达到减少移架时间的目的。通过对支架的具体移动过程进行分析可知，支架在未达到规定要求的初始支撑力前，已经能够对顶板有一个比较良好的支撑作用，所以可将升柱的过程分为两个阶段进行，在支架升柱完成第一阶段到达基本支撑状态后下一个支架便可以开始移架。
3.2减小平均移架时间
当单架移架时间处于固定不变的前提时，每个支架都会按照相应次序移架，若是各个支架间动作重叠的部分越多，则整体移架时间就会越短。举个例子：单架移架时间固定为15s，最大误差不超过1s，前一个支架动作正在进行时下一个支架便开始动作，两者动作的重叠之间为3s。在采煤机处于正常运行的状态时，若是10架至19架的动作全部没有任何重叠情况出现时，通过计算可知，10个支架的移动时间为150s，若是在动作重叠的情况下，整体移架时间仅为123s，这样可以使移架时间较少27s。需要注意的一点是，采用这种方式时，必须充分考虑支架对顶板的支护与相邻支架之间的相互影响。
3.3采煤机速度的调整
在综合考虑煤矿井下采掘工作面的安全、拉架效率以及泵站实际流量的基础上，工作面同时拉架的数量应当不超过3个。同时，在有边界条件的采掘工作面上，支架宽度/采煤机速度=支架移动时间/4。以单个支架的移架时间为15m，支架宽度为1.5m进行计算可以得出采煤机最大速度为0.4m/s。
4.结论
总而言之，随着煤矿产量的逐年提高，井下综采工作面随之不断向纵深方向发展，这对采掘机组的工作效率提出了更高的要求。跟机自动化技术的应用，在一定程度上提高综采效率，但在实际应用中，必须考虑采煤机速度与支架移架之间的匹配性，从而使其发挥出最大的功效，这不但有助于煤矿产能的进一步提升，而且还能为煤矿企业带来巨大的经济效益，有利于促进企业健康、稳定、持续发展。
【参考文献】
[1]王铁军.基于动态精细建模的薄煤层采煤机广义记忆切割技术研究[D].北京：中国矿业大学，2013（5）.
[2]徐志鹏.采煤机自适应截割关键技术研究[D].中国矿业大学，2011（5）.
[3]张世洪.周常飞.薄煤层电牵引采煤机技术研究现状与发展趋势[J].煤矿机电，2013（2）.
[4]杨健健.采煤机工作状态参数与煤岩硬度影响关系研究[D].北京：中国矿业大学，2013（4）.
[5]齐宏伟.刘永立.冯俊杰.秦涛.新强煤矿急倾斜煤层综采工作面采煤机稳定性控制研究[J].煤炭技术，2013（5）.
【关键词】采煤机；综采作业面；跟机自动化
1.综采工作面跟机自动化技术解析
所谓的跟机自动化技术实质上就是指以采煤机所在位置信息为基础，按照采掘作业面选用的具体回采工艺以及相关作业流程，在采煤机所处位置之前或是之后设定的距离上自动完成相应的动作，并以全自动的方式实现综采作业面液压支架与刮板输送机跟随采煤机行走的所有功能动作，具体包括自动推溜、自动移架、自动伸缩护帮板、自动喷雾等等。工艺流程如图1所示。
图1 综采工作面跟机自动化工艺流程
如图1所示，采煤机当前所处位置在输送机上采煤机长度的中点位于工作面整数代码所标识的支架位置处，即第26架。当采煤机沿着指定的方向行走的过程中，处于该运行方向前面的液压支架会自动收护帮板，而处于后面的支架则会自动完成移架操作、伸护帮板以及推溜，从而实现作业面的自动化开采。
按照煤矿井下综采作业面地质条件的不同，跟机自动化的割煤工艺也均不相同，比较常用的有单向、双向、半截深、全截深、先推后移、先移后推等等。每一种工艺模式都具有各自的特点，如先推后移的空顶面积相对较小，过人通道比较窄，比较适合应用于顶板较为松软的井巷；先移后推的空顶面积较大，过人通道则比较宽阔，便于行人通行，适用于顶板条件相对较好的回采作业面。
2.影响采煤机牵引速度的关键性因素分析
采煤机是煤矿井下综采作业面成套设备当中不可或缺的重要组成部分之一，它的牵引速度不但对采煤机的落煤能力和块煤率有所影响，而且还与整套综采设备的实际作业能力密切相关。所以有必要对影响其牵引速度的因素进行全面具体地分析。大體上可将影响采煤机牵引速度的主要因素归纳为以下几个方面：
2.1截割功率
通常情况下，截割功率可以按照截割比能耗进行估算，在实际截煤的过程当中，采煤机之前滚筒承担60%的采高工作量，剩余的40%采高工作量则由位于采煤机之后的滚筒负责承担。其截割功率可用下式表示：
N=（0.6+0.4K） （1）
由设计生产能力Q=0.6JH能够推导出采煤机的牵引速度：
v= （2）
在式（2）中，J代表滚筒截深（m）；H表示平均采高（m）；H代表截割比能耗，其与煤层的硬度成正比例关系（一般可取H=0.55-0.85）；kkk分别代表功率利用系数、水平系数以及后滚筒的工作条件系数（根据以往的经验可分别取0.8、0.95和0.8）。
2.2牵引力与牵引功率
采煤机牵引力的大小主要取决于煤层质地的硬度、采高、牵引速度、倾角、设备质量以及摩擦系数等因素。可用下式表示采煤机牵引力：
在式（3）中，ka代表采煤机移动时导向部分的附加阻力系数（可取 ka=1.3-1.5）；M表示采煤机的总重量（t）；g代表重力加速度（m·s）；α 表示煤层倾角（度）；f 代表摩擦系数（可取0.18-0.25）；Rq表示滚筒截齿点的平均牵引阻力。采煤机的牵引功率可用下式表示：
N= （4）
式（4）中， 代表牵引系数（可取k4 =1.2）； n2表示采煤机牵引部传动效率（可取0.8）。
由以上公式可以推导出采煤机的牵引速度：
v= （5）
2.3液压支架移架速度
连续不间断地截煤是提高综采作业面采掘效率的关键，为确保采煤机实现这一目标，整个作业面支架的跟机速度v 应当要比采煤机的牵引速度大一些。在不考虑其他影响因素的前提下，采煤机的牵引速度应当满足以下条件：
vq
综上，以某型号的采煤机为例，通过上述分析，并结合该采煤机的主要技术参数，可得出如下结论：液压支架的移动速度对采煤机牵引速度的影响最大。故此，为了使采煤机的速度与采掘工作面跟机自动化相匹配，需要进行相应的技术改造。
3.采煤机速度对跟机自动化的改造思路研究
基于采煤机速度影响因素分析的基础上，可采取如下技术措施对采掘工作面跟机自动化进行改造。
3.1对单架自动移架时间进行调整
为了尽可能节省单架自动移架时间，可对单架从报警到自动移架结束的循环时间对阶段及其中间可复合的部分进行特殊操作，如护帮板的收进与降柱两个动作可同时进行，即将两者复合为一个动作，这样便能够达到减少移架时间的目的。通过对支架的具体移动过程进行分析可知，支架在未达到规定要求的初始支撑力前，已经能够对顶板有一个比较良好的支撑作用，所以可将升柱的过程分为两个阶段进行，在支架升柱完成第一阶段到达基本支撑状态后下一个支架便可以开始移架。
3.2减小平均移架时间
当单架移架时间处于固定不变的前提时，每个支架都会按照相应次序移架，若是各个支架间动作重叠的部分越多，则整体移架时间就会越短。举个例子：单架移架时间固定为15s，最大误差不超过1s，前一个支架动作正在进行时下一个支架便开始动作，两者动作的重叠之间为3s。在采煤机处于正常运行的状态时，若是10架至19架的动作全部没有任何重叠情况出现时，通过计算可知，10个支架的移动时间为150s，若是在动作重叠的情况下，整体移架时间仅为123s，这样可以使移架时间较少27s。需要注意的一点是，采用这种方式时，必须充分考虑支架对顶板的支护与相邻支架之间的相互影响。
3.3采煤机速度的调整
在综合考虑煤矿井下采掘工作面的安全、拉架效率以及泵站实际流量的基础上，工作面同时拉架的数量应当不超过3个。同时，在有边界条件的采掘工作面上，支架宽度/采煤机速度=支架移动时间/4。以单个支架的移架时间为15m，支架宽度为1.5m进行计算可以得出采煤机最大速度为0.4m/s。
4.结论
总而言之，随着煤矿产量的逐年提高，井下综采工作面随之不断向纵深方向发展，这对采掘机组的工作效率提出了更高的要求。跟机自动化技术的应用，在一定程度上提高综采效率，但在实际应用中，必须考虑采煤机速度与支架移架之间的匹配性，从而使其发挥出最大的功效，这不但有助于煤矿产能的进一步提升，而且还能为煤矿企业带来巨大的经济效益，有利于促进企业健康、稳定、持续发展。
【参考文献】
[1]王铁军.基于动态精细建模的薄煤层采煤机广义记忆切割技术研究[D].北京：中国矿业大学，2013（5）.
[2]徐志鹏.采煤机自适应截割关键技术研究[D].中国矿业大学，2011（5）.
[3]张世洪.周常飞.薄煤层电牵引采煤机技术研究现状与发展趋势[J].煤矿机电，2013（2）.
[4]杨健健.采煤机工作状态参数与煤岩硬度影响关系研究[D].北京：中国矿业大学，2013（4）.
[5]齐宏伟.刘永立.冯俊杰.秦涛.新强煤矿急倾斜煤层综采工作面采煤机稳定性控制研究[J].煤炭技术，2013（5）.