煤礦綜采自動(dòng)化采礦工藝技術(shù)的應(yīng)用淺析

摘? 要：煤礦可充分利用綜采配套設(shè)備和遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)綜采自動(dòng)化，在復(fù)雜生產(chǎn)環(huán)境中實(shí)現(xiàn)無人自動(dòng)化、對(duì)開采進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，需要對(duì)薄煤層綜采自動(dòng)化采礦工藝關(guān)鍵技術(shù)深入分析研究，構(gòu)建煤礦數(shù)字化無人工作面監(jiān)控系統(tǒng)，才能進(jìn)一步保障煤礦開采的安全。

關(guān)鍵詞：采礦工藝技術(shù);開采自動(dòng)化;監(jiān)控系統(tǒng)

1.前言

我國(guó)有豐富的礦產(chǎn)資源儲(chǔ)量，目前在煤礦開采中采用的設(shè)備主要是采煤機(jī)及綜采配套裝備，應(yīng)基于對(duì)現(xiàn)場(chǎng)生產(chǎn)實(shí)際、技術(shù)基礎(chǔ)等方面條件的充分考慮，使三機(jī)配套實(shí)現(xiàn)合理的全自動(dòng)化采礦工藝技術(shù)，研制適應(yīng)于薄煤層開采工藝，集中控制采煤工作面的自動(dòng)化系統(tǒng)，在薄煤層0.6-1.3米工作面解決自動(dòng)化開采安全高效的難題，對(duì)于我國(guó)礦產(chǎn)資源持續(xù)、安全、高效的開發(fā)，具有重要推動(dòng)作用。

2.煤礦機(jī)械化開采

煤礦開采是比較艱苦的一項(xiàng)工作，工作條件近年來逐步得到改善。因煤炭資源處于不同的埋藏深度，通常埋藏較深的可采用井工開采方式，埋藏較淺的可采用露天開采方式。礦井開采條件與瓦斯在煤礦中的含量呈反比關(guān)系，瓦斯在我國(guó)煤礦中具有較高比例，約三分之一的礦井屬于高瓦斯和存在瓦斯突出情況。山西、山東及大部分東北地區(qū)主要采用井工開采方式，為提高開采效率，需要采取機(jī)械化開采方式，主要有以下三種類型：

一是刨煤機(jī)開采。對(duì)于更薄的煤層比較適宜，采高和穩(wěn)定導(dǎo)向固定，開采自動(dòng)化易實(shí)現(xiàn)，便于操作維護(hù)，采用全自動(dòng)刨煤機(jī)綜采是發(fā)展趨勢(shì)，應(yīng)注重分析地質(zhì)條件，適用于工作面壓力較小，不易變形的完整頂板，不適應(yīng)褶曲、斷層等較大的地質(zhì)構(gòu)造環(huán)境。

二是螺旋采煤機(jī)開采。采用螺旋鉆頭向煤層探入，鉆進(jìn)定位利用具有傳動(dòng)裝置的液壓推進(jìn)，主要采用單巷前進(jìn)式薄煤層開采方式，巷道掘進(jìn)率較低，工藝效果有待完善，在鉆桿裝卸技術(shù)裝備的高效性方面有待于深入研究。

三是滾筒采煤機(jī)。在復(fù)雜地質(zhì)條件下開采薄煤層具有較強(qiáng)的適用性和較少的噸煤投入等優(yōu)勢(shì)，在地質(zhì)賦存條件不佳、煤層厚度變化較大的環(huán)境中更適用，不適用于自動(dòng)化開采。

3.煤礦液壓支架及綜采自動(dòng)化采礦工藝技術(shù)

隨著應(yīng)用可靠性設(shè)計(jì)、有限元分析等逐漸普及的先進(jìn)設(shè)計(jì)方法，煤礦采用液壓支架及綜采自動(dòng)化采煤工藝技術(shù)進(jìn)行開采，使煤礦明顯提高了開采效果。

3.1液壓支架采煤工藝技術(shù)

在煤礦井下綜采工作面，液壓支架是關(guān)鍵設(shè)備，對(duì)工作面頂板進(jìn)行有效支護(hù)，使矸石可能的滑落被遮擋，實(shí)現(xiàn)推移刮板輸送機(jī)和采煤機(jī)，不斷推進(jìn)采煤工作面。要確定支架類型（支撐式、掩護(hù)式、支撐掩護(hù)式）、支護(hù)阻力（初撐力和額定工作阻力）、支護(hù)強(qiáng)度與底板比壓以及支架的結(jié)構(gòu)參數(shù)（立柱數(shù)目、最大最小高度、頂梁和底座的尺寸及相對(duì)位置等）及閥組性能和操作方式等。在選型之前，必須將所采工作面的煤層、頂?shù)装寮安蓞^(qū)的地質(zhì)條件全部查清。然后依據(jù)不同類級(jí)頂板選取架型。

3.2煤礦其它綜采設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)

一是采煤機(jī)。采煤機(jī)的實(shí)際生產(chǎn)能力主要取決于采高、截深、牽引速度以及工作時(shí)間利用系數(shù)。采高由滾筒直徑、調(diào)高形式和搖臂擺角等決定。滾筒直徑是滾筒采煤機(jī)采高的主要調(diào)節(jié)變量，每種采煤機(jī)都有幾種滾筒直徑供選擇，滾筒直徑應(yīng)滿足最大采高及臥底量的要求。截深的選取與煤層厚度、煤質(zhì)軟硬、頂板巖性以及移架步距有關(guān)。二是刮板輸送機(jī)。它的輸送能力應(yīng)大于采煤機(jī)的最大生產(chǎn)能力，一般取1.2倍。要根據(jù)刮板鏈的質(zhì)量情況確定鏈條數(shù)目，結(jié)合煤質(zhì)硬度選擇鏈子結(jié)構(gòu)型式。應(yīng)優(yōu)先選用雙電機(jī)雙機(jī)頭驅(qū)動(dòng)方式和短機(jī)頭和短機(jī)尾型號(hào)，應(yīng)滿足采煤機(jī)的配合要求，如在機(jī)頭機(jī)尾安裝張緊、防滑裝置，靠煤壁一側(cè)設(shè)鏟煤板，靠采空區(qū)一側(cè)附設(shè)電纜槽等。輸送能力要大于采煤機(jī)生產(chǎn)能力并有一定備用能力。

3.3煤礦遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制技術(shù)

采用先進(jìn)的自動(dòng)化遠(yuǎn)程控制技術(shù)，在煤礦綜采自動(dòng)化采煤中實(shí)現(xiàn)三維檢測(cè)、工作面自動(dòng)找直等，采用遠(yuǎn)程控制關(guān)鍵設(shè)備自動(dòng)監(jiān)測(cè)采煤工藝技術(shù)，結(jié)合自動(dòng)識(shí)別、割礦設(shè)備自主定位導(dǎo)航、液壓支架電液控制及井下高速雙向通訊等技術(shù)，保證煤礦綜采自動(dòng)化采礦工藝實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化及無人值守。關(guān)鍵技術(shù)主要有：一是全景動(dòng)態(tài)視頻監(jiān)視煤礦綜采工作面，對(duì)生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)，數(shù)據(jù)通訊及自動(dòng)傳輸進(jìn)行全面查看。二是自動(dòng)控制采煤機(jī)，利用采煤機(jī)自主定位、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，使其切割能力明顯改善，割煤速度不斷提高，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)整采煤機(jī)滾筒、遠(yuǎn)程操作控制及通信。三是低照度視頻監(jiān)視技術(shù)，采用視頻攝像頭將清晰視頻、圖像等信號(hào)獲取，并在強(qiáng)污染環(huán)境下使鏡頭保持清潔度，氣幕屏障采用壓縮空氣形成，直接隔離粉塵，以免煤塵污染視頻攝像鏡頭。四是煤礦無人化控制系統(tǒng)。實(shí)時(shí)監(jiān)控采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障保護(hù)等，使自動(dòng)化系統(tǒng)在工作面提高采煤機(jī)的智能化水平。

4.煤礦綜采自動(dòng)化采煤工藝案例

某煤礦煤層0.6-0.9米厚，平均厚度0.7米，不存在夾矸，煤層厚度和礦質(zhì)條件顯示良好，煤層為4-5米的粉砂巖直接頂板，3-4米粉砂巖底板，傾角17-23°，可采儲(chǔ)量預(yù)計(jì)360萬(wàn)噸。煤層厚度比較簡(jiǎn)單、穩(wěn)定，采用分類選型設(shè)計(jì)、系列配套方式，比較合理的三機(jī)配套參數(shù)，綜采自動(dòng)化可根據(jù)走向長(zhǎng)壁，具體采煤工藝技術(shù)為退回式采煤方法，采用電牽引雙滾筒采煤機(jī)落煤，自動(dòng)裝煤采用強(qiáng)力滾筒，連續(xù)運(yùn)煤作業(yè)采用刮板輸送機(jī)配合帶式輸送機(jī)。頂板管理采用全部垮落法的一次采全高，支護(hù)采用掩護(hù)式液壓支架?；夭晒に嚵鞒蹋翰捎貌擅簷C(jī)斜切式從中部進(jìn)刀、下行割煤后再上行空刀返回，自下而上由移動(dòng)支架向刮板機(jī)推送，下行割煤、推送、輸送煤等再重復(fù)操作。采用綜采支架方式，在該綜采自動(dòng)化采煤工藝中，使工作面明顯提升支護(hù)強(qiáng)度和安全系數(shù)，利用遠(yuǎn)程遙控自動(dòng)化操作裝置，使液壓支架電液系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化操作，在頂板管理中降低難度，保證采煤作業(yè)面循環(huán)狀態(tài)的安全，使煤層較大開采難度、較高風(fēng)險(xiǎn)等問題得到妥善解決。錯(cuò)開布置交流變頻電牽引采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)，保證綜采作業(yè)的安全高效及自動(dòng)化。結(jié)合具體情況針對(duì)采煤工作面液壓支架支護(hù)進(jìn)行合理選擇，針對(duì)工作面液壓支架頂梁完整的前端至煤壁側(cè)頂板的情況，可對(duì)支架前梁端至煤壁側(cè)不進(jìn)行支護(hù)。工作面液壓支架前發(fā)生開裂或破碎的梁端至煤壁側(cè)頂板，可采用板梁支護(hù)。針對(duì)裝煤裝置應(yīng)采取直行側(cè)推方式，以免在裝煤工程中產(chǎn)生各類安全問題。

5.結(jié)語(yǔ)

總之，煤礦作為我國(guó)的重要能源，應(yīng)在生產(chǎn)中對(duì)安全提高重視。為促進(jìn)經(jīng)濟(jì)建設(shè)提供有利條件。針對(duì)勞動(dòng)生產(chǎn)力加強(qiáng)保護(hù)，使經(jīng)濟(jì)勞動(dòng)力資源實(shí)現(xiàn)均衡發(fā)展，對(duì)于提高煤礦生產(chǎn)員工健康及家庭生活質(zhì)量都具有十分積極地影響。煤礦綜采自動(dòng)化采煤工藝技術(shù)可結(jié)合煤層地質(zhì)情況，對(duì)綜采自動(dòng)化適宜的采煤工藝和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行選擇，是一種安全高效的技術(shù)，能夠集中控制煤礦工作面綜采設(shè)備，使煤礦開采實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)化及無人化，對(duì)于我國(guó)礦產(chǎn)資源發(fā)展的持續(xù)、安全、高效具有重要推動(dòng)作用。

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作者簡(jiǎn)介：汝傳棟（1967-），男，漢族，安徽亳州人，大學(xué)本科學(xué)歷。