礦層綜采自動化采礦工藝技術(shù)研究與應(yīng)用

張 亮

（棗莊市留莊煤業(yè)有限公司，山東 棗莊 277100）

我國的礦產(chǎn)儲量豐富，當(dāng)前主要采用采礦機(jī)及綜采配套裝備進(jìn)行礦層的開采，要在充分考慮現(xiàn)場生產(chǎn)實(shí)際情況、技術(shù)基礎(chǔ)的前提下，實(shí)現(xiàn)合理三機(jī)配套全自動化采礦工藝技術(shù)，研制與薄礦層采礦工藝相適應(yīng)的全工作面集中控制生產(chǎn)自動化系統(tǒng)，以較好地解決0.6m～1.3m薄礦層工作面安全高效自動化開采的難題，推動我國礦產(chǎn)資源的安全、持續(xù)、高效發(fā)展。

1 礦層機(jī)械化開采方法分析

（1）刨礦機(jī)開采。它由刮板輸送機(jī)、液壓支架、調(diào)節(jié)支架、端頭支架、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、帶式輸送機(jī)、變電列車等部分構(gòu)成，適宜于礦層厚度更薄，采用固定采高和穩(wěn)定導(dǎo)向，易于實(shí)現(xiàn)開采自動化作業(yè)，操作和維護(hù)相對簡便，靈活高效，以全自動刨礦機(jī)綜采為薄礦層開采技術(shù)的發(fā)展趨勢和方向，然而要注重對地質(zhì)條件的分析，應(yīng)當(dāng)選取頂板完整、壓力變形較小的工作面，避免較大的褶曲、斷層等地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境。

（2）螺旋鉆采礦機(jī)開采。這是利用螺旋鉆頭探入到礦層進(jìn)行采礦作業(yè)，由螺旋鉆桿、中間通風(fēng)管、軸承座、鉆頭、變速器、控制箱等部分組成，在傳動裝置的液壓推進(jìn)下進(jìn)行定位鉆進(jìn)，其開采方法主要是采用薄礦層單巷前進(jìn)式開采的方式，巷道掘進(jìn)率較低，工藝效果還不夠成熟，并在高效快速鉆桿裝卸技術(shù)裝備的研究方面還存在欠缺。

（3）滾筒采礦機(jī)。它可以適用于復(fù)雜地質(zhì)條件下的薄礦層開采作業(yè)，具有適用性強(qiáng)、噸礦投入少的優(yōu)勢特點(diǎn)，適用于地質(zhì)賦存條件差、礦層厚度變化大的礦層環(huán)境，然而滾筒采礦機(jī)難以實(shí)現(xiàn)對礦層的自動化開采作業(yè)。

2 礦層液壓支架及綜采自動化采礦工藝技術(shù)分析

隨著可靠性設(shè)計、有限元分析等先進(jìn)設(shè)計方法的普及性應(yīng)用，礦層開采作業(yè)采用液壓支架及綜采自動化采礦工藝技術(shù)，較好地提升了礦層的開采效果。

2.1 液壓支架采礦工藝技術(shù)

液壓支架是礦礦井下綜采關(guān)鍵設(shè)備，有效地支護(hù)工作面頂板、遮擋矸石滑落，并較好地實(shí)現(xiàn)對輸送機(jī)、采礦機(jī)的推移輸送，使采礦作業(yè)面不斷向前推進(jìn)。液壓支架利用電液控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采礦作業(yè)的方位自動化控制，其主要控制部分包括有：液壓缸動作控制回路、信號傳輸系統(tǒng)、紅外傳輸系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)、監(jiān)測傳感器與數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換等。

2.2 礦層綜采其他設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)

（1）礦層采礦機(jī)。該裝置可以實(shí)現(xiàn)遙控遠(yuǎn)程控制和離機(jī)操作，以較高的牽引速度實(shí)現(xiàn)割礦安全高效開采，并較好地適應(yīng)礦層工作面的起伏變化，如：MG160/360-WD非機(jī)載交流變頻電牽引采礦機(jī)。

（2）礦層運(yùn)輸機(jī)。該裝置可以采用高效小型化動力傳動系統(tǒng)，保證三機(jī)設(shè)備在0.9m的礦層進(jìn)行采礦作業(yè)。

2.3 礦層自動化遠(yuǎn)程控制技術(shù)

在礦層綜采自動化采礦作業(yè)過程中，可以運(yùn)用先進(jìn)的自動化遠(yuǎn)程控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)采礦機(jī)位置三維檢測、工作面自動找直等，利用遠(yuǎn)程控制關(guān)鍵設(shè)備，進(jìn)行采礦工藝技術(shù)的自動監(jiān)測，引入割礦設(shè)備自主定位導(dǎo)航技術(shù)、礦產(chǎn)自動識別技術(shù)、液壓支架電液控制技術(shù)、刮板運(yùn)輸機(jī)自動推移技術(shù)、工作面自動監(jiān)測監(jiān)控技術(shù)、井下高速雙向通訊技術(shù)等，確保礦層綜采自動化采礦工藝自動化、智能化、信息化和無人化。其關(guān)鍵性工藝技術(shù)主要包括以下內(nèi)容：①礦層綜采工作面全景動態(tài)視頻監(jiān)視。該技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)采礦工作面全長礦壁側(cè)無盲區(qū)視頻監(jiān)控，全面了解和查看生產(chǎn)現(xiàn)場工況，并數(shù)據(jù)的自動傳輸和通訊。②采礦機(jī)自動控制?？梢岳貌傻V機(jī)記憶截割、自主定位、遠(yuǎn)程監(jiān)控的技術(shù)，改善采礦機(jī)的切割能力，提高割礦速度，實(shí)現(xiàn)采礦機(jī)滾筒自動調(diào)高、遠(yuǎn)程通信和操作控制。③低照度視頻監(jiān)視技術(shù)。這是利用視頻攝像頭獲取清晰視頻、圖像等信號，并能夠在強(qiáng)污染的環(huán)境下保持鏡頭的清潔度，利用壓縮空氣形成氣幕屏障，將粉塵直接隔離和阻斷，避免礦塵對視頻攝像鏡頭的污染。④礦層無人化控制系統(tǒng)。這主要包括三機(jī)配套的自動化控制、礦井下工業(yè)以太網(wǎng)、現(xiàn)場視頻信號通信傳輸?shù)炔糠郑軌驅(qū)Σ傻V機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，在工作面自動化系統(tǒng)的遠(yuǎn)程監(jiān)控、三機(jī)聯(lián)機(jī)控制、故障保護(hù)和聯(lián)鎖的條件下，較好地提升采礦機(jī)的智能化、無人化水平。

3 礦層綜采自動化采礦工藝實(shí)例分析

黃沙礦2上礦層厚度為0.6m～0.9m，平均厚度為0.75m，無夾矸，顯示出良好的礦層厚度和礦質(zhì)條件，礦層直接頂板為4m～5m的粉砂巖，底板為3m～4m的粉砂巖，巖層的傾斜角度為17°～24°，預(yù)計可采儲量為350萬噸。

薛村礦一座礦的礦層厚度相對簡單、穩(wěn)定，平均厚度為0.6m，屬于貧礦，預(yù)計可開采儲量為536.7萬噸。直接頂板由深灰色粉砂巖構(gòu)成，厚度通常為5.5m～7.4m；間接頂板由灰黑色細(xì)砂巖所組成，底板則由深灰色粉砂巖所組成，厚度通常為2.2m～4m。

薛村礦野青礦層賦存穩(wěn)定、結(jié)構(gòu)簡單，礦層厚度在1m～1.3m，平均厚度為1.2m，直接頂板為深灰色、厚度不均的石灰?guī)r所構(gòu)成；直接底板則由中粒狀薄層的石英長石所構(gòu)成，厚度一般為2.7m。

采用分類選型設(shè)計、系列配套的方式，選取兩柱雙伸縮掩護(hù)式液壓支架、交流變頻電牽引采礦機(jī)、刮板輸送機(jī)，使其三機(jī)配套參數(shù)合理，具體的采礦工藝技術(shù)可以按照走向長壁的退回式采礦方法進(jìn)行綜采自動化采礦，由電牽引雙滾筒采礦機(jī)進(jìn)行落礦、強(qiáng)力滾筒自動裝礦、刮板輸送機(jī)與帶式輸送機(jī)相配合進(jìn)行連續(xù)運(yùn)礦作業(yè)；對于頂板則采用一次采全高、全部垮落法進(jìn)行管理，并用掩護(hù)式液壓支架進(jìn)行支護(hù)。

回采的工藝流程為：由采礦機(jī)從中部斜切式進(jìn)刀、下行割礦再空刀上行返回，由移動支架自下而上推送輸送機(jī)，再重復(fù)進(jìn)行下行割礦、推送、輸送礦等操作。在該綜采自動化采礦工藝之中，通過綜采支架的方式，極大地提升了工作面的支護(hù)強(qiáng)度和安全系數(shù)，并運(yùn)用遠(yuǎn)程遙控自動化操作裝置，實(shí)現(xiàn)液壓支架電液系統(tǒng)的全自動化降架、移架、割礦、輸送等操作，降低了頂板、礦壁管理的難度，確保采礦作業(yè)面處于安全循環(huán)狀態(tài)，較好地解決了礦層開采難度大、風(fēng)險高的問題。

交流變頻電牽引采礦機(jī)、刮板輸送機(jī)梁要錯開布置，確保薄礦層綜采自動化的安全高效作業(yè)。對于采礦工作面的液壓支架支護(hù)要根據(jù)情況進(jìn)行選擇，對于工作面液壓支架頂梁前端至礦壁側(cè)頂板完整的情形，可以不支護(hù)支架前梁端至礦壁側(cè)；當(dāng)工作面液壓支架前梁端至礦壁側(cè)頂板開裂或破碎時，則要以φ14cm×1.8m的板梁進(jìn)行支護(hù)。對于裝礦裝置則要采用直行側(cè)推的方式，避免裝礦中的安全問題。

綜上所述，礦層綜采自動化采礦工藝技術(shù)安全高效，可以根據(jù)礦層的具體地質(zhì)條件和情況，選取適宜的綜采自動化采礦工藝和關(guān)鍵技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對礦層工作面綜采設(shè)備的集中控制，較好地實(shí)現(xiàn)礦層的自動化、智能化、無人化開采。