自動化綜采工作面采煤工藝技術研究與應用

摘 要：通過介紹四臺礦首個薄煤層自動化采煤無人工作面的自動監控系統的原理、組成和自動化生產情況，對自動化綜采設備的選型和薄煤層條件下開采的應用管理效果進行了分析。

關鍵詞：薄煤層；自動化；無人工作面；采煤工藝；技術研究

中圖分類號：TD823.97 文獻標識碼：A 文章編號：2095-6835（2014）02-0033-02

1 概述

四臺礦設計年生產能力5×106 t。現有的綜采設備仍以人工操作為主，配備人員較多，薄煤層工作面環境惡劣，限制了設備效能的充分發揮。因此，我礦率先引進了一套全國產化自動化綜采設備在12#層402輔盤區8213工作面進行了生產應用。

2 8213工作面概況

2.1 地理位置煤層賦存條件

12#層402輔盤區8213工作面可采走向長330.5 m，切巷長度118 m，面積38 999 m2，工業儲量83 652 t，可采儲量79 470 t。煤層為單斜構造，煤層厚度1.0～1.72 m，平均厚度1.65 m，傾角1.2°～6°。

2.2 煤層頂底板及地質構造

老頂為細砂巖、中砂巖互層，厚度為12.4 m；直接頂為細砂巖、粉巖互層，厚度為7.32 m；直接底為粉砂巖，厚度為4.12 m。在回采過程中，遇到高度h=0.5 m和h=0.8 m的兩條正斷層。該面上覆11#層8213面已回采，可能有大面積積水，在回采前已施工放水孔，將水患消除。

3 采煤方法和回采工藝流程

3.1 薄煤層自動化綜采工作面的采煤方法

該面采用單一走向長壁后退式綜合機械自動化采煤方法。工作面采高1.65 m，當煤厚為1.30～1.65 m時，見頂見底開采；當煤厚>1.65 m時，見頂留底開采。采用自然垮落法和人工強制放頂相結合的辦法處理采空區頂板。

3.2 回采工藝

落煤方式：選用MG250/560-WD型雙滾筒交流電牽引采煤機進刀割煤。

裝煤方式：采煤機滾筒自行裝煤。

運煤方式：SGZ-764/400型刮板輸送機運煤。

支護方式：工作面采用ZYB4400/8.5/18D型掩護式電液控制液壓支架，端頭采用ZY6200-15/32D型掩護式電液控制液壓支架。超前采用DW28-200/100和DW31.5-200/100型單體支柱配DFB3800/300C和DFB3200/300C型花邊鋼梁進行支護。

無人工作面控制系統：①在順槽控制中心，實現工作面的控制；②采煤機自動記憶切割；③液壓支架自動定位、推移；④三機自動聯動；⑤皮帶系統和泵站的自動控制；⑥視頻監視自動跟蹤。

3.3 回采工藝流程

3.3.1 采煤機進刀、割煤

自動化采煤主要有三種方式：第一種是機組司機用遙控器就近操作；第二種是操作人員控制煤機示范割一刀煤，以后煤機依據示范刀的記憶自動反復地割煤；第三種是通過監視系統對煤機進行有線遠程操作。MG250/560-WD型采煤機具有記憶截割功能，即事先由人工操作割一個示范刀，采煤機內部存儲器會記下在各個位置時滾筒的截割高度數據。煤機可隨著工作面傾角的變化自動調整數據，進行自動補償。在遇到工作面地質條件變化時，它依然能自動割煤，并保持平直，實現記憶截割。采用端頭割三角煤斜切進刀，割刀時前滾筒割頂刀，后滾筒割底刀，如此循環往返，一次進兩刀。

3.3.2 移架

ZYB4400/8.5/18D支架采用電液控制系統操作，支架跟隨采煤機自動控制，支架立柱具有自動補壓功能和安全操作功能（急停、閉鎖、停止），可實現以下操作方式：①單架動作的非自動控制；②單架的自動順序聯動控制；③支架的成組自動控制。根據頂板情況，調整跟機自動化參數，在頂板完整、壓力小的情況下，移架滯后采煤機后滾筒4架；在頂板破碎、壓力大的情況下，采取承載帶壓移架、追機作業。

3.3.3 移溜

本工作面可實現三種推溜方式，即雙向鄰架推溜、雙向成組自動推溜和本架推溜操作。根據工作面的地質條件和工人的操作熟練程度，本面回采采用自動順序聯動控制，裝煤由煤機滾筒螺旋葉片進行主裝煤，輸送機鏟煤板進行輔助裝煤，使用自動順序聯動操作。

4 設備使用原理和開采系統的技術應用

4.1 SAC型支架電液控制系統

SAC電液控制系統的主要功能是控制支架的所有動作。在每臺支架上均安裝有控制器、人機操作界面、壓力傳感器和控制電纜等，組成單臺支架單元的控制系統。支架控制器是電液控制系統的核心部件，通過每臺支架上的人機操作界面可以發出各種控制命令，通過控制電纜將命令發送到本架控制器上，然后通過控制器，將控制命令轉發到鄰架（或遠程支架）控制器上。執行動作的支架控制器接收到控制器命令后，打開相應的電磁閥驅動電路，控制相應的電磁閥動作，自動完成“降—移—升”、推溜、拉架、自動噴霧降塵等動作（如圖1所示）。

4.2 采煤機和支架電液控制系統的協調控制技術

綜采工作面的采煤工藝過程是以采煤機為中心，按正規流程循環作業：采煤機割煤到某一位置時，在不同位置或區域的支架要對應執行不同的動作。這些開始執行動作的命令要自動地隨著采煤機的行進而及時、準確地向不同的支架發出，相關支架自動依程序執行動作，完成后自動停止。要將采煤機的自動記憶截割、支架根據采煤機位置自動追機拉架和實時視頻跟蹤看成一個整體的控制工藝，實現整體協調、安全保護和可視化控制。

4.3 運輸機的狀態監控系統

該工作面采用的SGZ764/400型刮板運輸機的智能化技術核心在于渦輪技術傳動系統，它是以水為工作介質的流量控制液力耦合器。來自于程序控制裝置的輸出信號進入到組合開關的執行控制器，從而為耦合器水系統提供智能管理和監測，并能通過工作面控制中心，對刮板輸送機、轉載機和破碎機等設備集中控制，順序啟停車。

4.4 全自動控制乳化液泵站系統

乳化液泵站微機全自動控制和綜合保護系統是由乳化液泵站、全自動控制和綜合保護系統、進水過濾器組、高壓過濾站和自動配液等幾部分組成。它可以實現以下功能：①用液自動開機，停用液自動關機；②乳化液泵吸空保護；③液箱自動補液，滿液自動關閉；④自動按設定比例配比乳化液；⑤泵低油位保護；⑥低油壓保護；⑦過油溫保護；⑧可單機啟動，也可雙機啟動。

5 綜采工作面可視化監控系統

通過視頻監控系統傳送工作面圖像，操作人員可以根據煤層變化情況、滾筒截割情況和支架狀態等信息，通過遠程干預避免地質條件和煤層變化時采煤機切割到巖石等情況的發生。工作面視頻圖像監控系統是實現工作面可視化的重要組成部分，它將視頻數據通過無線網絡和有線網絡相結合的通訊方式傳輸到工作面集控平臺，實現圖像自動隨著采煤機移動；采煤機運行到什么地方，對應位置的視頻圖像就切換到什么地方。對采煤機的隨時監控情況如圖2 所示。

6 自動化綜采工作面的優點

經過綜合機械化采煤與自動化綜采工作面實踐進行對比，總結得出以下一些優點：①實現了減人提效，比普通綜采定員減少60%，產量增加50%. ②提高了礦井安全保障，解決了礦井定員多、管理手段落后、科技保安不足等問題。③實現了綜采工作面從勞動密集型向技術密集型的轉變。工作面一系列的數據可直觀地顯示出來，可實現數據采集和上傳，為技術人員操作設備和管理人員監控工作面提供技術保障。④綜合防塵效果好，采煤工作面除采煤機的內外噴霧外，又增設支架自動跟機噴霧和降架噴霧等。⑤所有設備均為智能型，具有良好的人機交換功能。設備一旦出現事故，可以直接讀出，大大減少了事故排查時間。⑥泵站全自動控制裝置大幅度提高了泵站的使用效率，使泵站節能約35%左右。泵站自動配液，配液效果好，既節省了乳化油的使用量，又保證了配比濃度，對液壓元件和液壓系統起到了很好的保護作用。⑦自動化實現了程序控制，避免了人為啟動的大電流沖擊電網，造成電氣設備掉閘。同時，還避免了前臺設備未啟動而后臺設備啟動、壓死運輸機等問題。⑧自動化設備增設了過濾水設備，提高了水質，避免了液壓管路和設備水冷系統堵塞，延長了設備使用壽命。⑨支架真正實現了帶壓移架，避免了頂板離層，移架速度快，支護頂板及時，避免了采面掉頂、冒頂現象。支架電液控制系統具有自動補壓功能，保證了支架初撐力。推溜、移架采取程序控制，推溜、移架步距準確。⑩采煤機實現了負荷自動監測和調整割煤速度，避免了采煤機過負荷運轉。

圖1 無人工作面——三機聯動圖 圖2 無人工作面——信息集成中心圖

7 結束語

薄煤層自動化無人工作面開采技術的發展趨勢是引入煤巖界面自動識別技術，把數據輸入采煤機以控制計算機，采煤機據此自動調整滾筒高度，不再需要生產班每班割煤前進行人工示范，也不需人員監視煤機的割煤視頻信號。無人工作面開采技術在我礦的成功應用，提高了綜采工作面的生產效率，降低了勞動強度，改善了工作環境，保障了安全生產，對地質條件復雜，薄、較薄、中厚的煤層工作面中推廣應用自動化開采技術，具有極大的參考和借鑒價值。

參考文獻

[1]王國法.薄煤層安全高效開采成套裝備研發及應用[J].煤炭科學技術，2009，37（9）：86-89.

[2]李首濱，韋文術，牛劍鋒.液壓支架電液控制及工作面自動化技術綜述[J].煤炭科學技術，2007，35（11）：1-5.

[3]方新秋，張雪峰.無人工作面開采關鍵技術[G].煤炭開采新理論與新技術論文集.徐州：中國礦業大學出版社，2006：55-59.

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作者簡介：段云龍（1971—），男，山西大同人，畢業于太原理工大學電氣自動化專業（本科），工程師，現任大同煤礦集團公司四臺礦副礦長。

〔編輯：曹月〕

Automated Mechanized Mining Face Mining Technology Research and Application

Duan Yunlong

Abstract： The principle by introducing the first four mine thin seam mining unmanned automated face automatic monitoring system， composition and automated production， the effect of mining on the application management under conditions of automated selection and thin seam mining equipment were analyzed.

Key words： thin seam； automation； unmanned face； mining technology； technology research

4.4 全自動控制乳化液泵站系統

乳化液泵站微機全自動控制和綜合保護系統是由乳化液泵站、全自動控制和綜合保護系統、進水過濾器組、高壓過濾站和自動配液等幾部分組成。它可以實現以下功能：①用液自動開機，停用液自動關機；②乳化液泵吸空保護；③液箱自動補液，滿液自動關閉；④自動按設定比例配比乳化液；⑤泵低油位保護；⑥低油壓保護；⑦過油溫保護；⑧可單機啟動，也可雙機啟動。

5 綜采工作面可視化監控系統

通過視頻監控系統傳送工作面圖像，操作人員可以根據煤層變化情況、滾筒截割情況和支架狀態等信息，通過遠程干預避免地質條件和煤層變化時采煤機切割到巖石等情況的發生。工作面視頻圖像監控系統是實現工作面可視化的重要組成部分，它將視頻數據通過無線網絡和有線網絡相結合的通訊方式傳輸到工作面集控平臺，實現圖像自動隨著采煤機移動；采煤機運行到什么地方，對應位置的視頻圖像就切換到什么地方。對采煤機的隨時監控情況如圖2 所示。

6 自動化綜采工作面的優點

經過綜合機械化采煤與自動化綜采工作面實踐進行對比，總結得出以下一些優點：①實現了減人提效，比普通綜采定員減少60%，產量增加50%. ②提高了礦井安全保障，解決了礦井定員多、管理手段落后、科技保安不足等問題。③實現了綜采工作面從勞動密集型向技術密集型的轉變。工作面一系列的數據可直觀地顯示出來，可實現數據采集和上傳，為技術人員操作設備和管理人員監控工作面提供技術保障。④綜合防塵效果好，采煤工作面除采煤機的內外噴霧外，又增設支架自動跟機噴霧和降架噴霧等。⑤所有設備均為智能型，具有良好的人機交換功能。設備一旦出現事故，可以直接讀出，大大減少了事故排查時間。⑥泵站全自動控制裝置大幅度提高了泵站的使用效率，使泵站節能約35%左右。泵站自動配液，配液效果好，既節省了乳化油的使用量，又保證了配比濃度，對液壓元件和液壓系統起到了很好的保護作用。⑦自動化實現了程序控制，避免了人為啟動的大電流沖擊電網，造成電氣設備掉閘。同時，還避免了前臺設備未啟動而后臺設備啟動、壓死運輸機等問題。⑧自動化設備增設了過濾水設備，提高了水質，避免了液壓管路和設備水冷系統堵塞，延長了設備使用壽命。⑨支架真正實現了帶壓移架，避免了頂板離層，移架速度快，支護頂板及時，避免了采面掉頂、冒頂現象。支架電液控制系統具有自動補壓功能，保證了支架初撐力。推溜、移架采取程序控制，推溜、移架步距準確。⑩采煤機實現了負荷自動監測和調整割煤速度，避免了采煤機過負荷運轉。

圖1 無人工作面——三機聯動圖 圖2 無人工作面——信息集成中心圖

7 結束語

薄煤層自動化無人工作面開采技術的發展趨勢是引入煤巖界面自動識別技術，把數據輸入采煤機以控制計算機，采煤機據此自動調整滾筒高度，不再需要生產班每班割煤前進行人工示范，也不需人員監視煤機的割煤視頻信號。無人工作面開采技術在我礦的成功應用，提高了綜采工作面的生產效率，降低了勞動強度，改善了工作環境，保障了安全生產，對地質條件復雜，薄、較薄、中厚的煤層工作面中推廣應用自動化開采技術，具有極大的參考和借鑒價值。

參考文獻

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[2]李首濱，韋文術，牛劍鋒.液壓支架電液控制及工作面自動化技術綜述[J].煤炭科學技術，2007，35（11）：1-5.

[3]方新秋，張雪峰.無人工作面開采關鍵技術[G].煤炭開采新理論與新技術論文集.徐州：中國礦業大學出版社，2006：55-59.

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作者簡介：段云龍（1971—），男，山西大同人，畢業于太原理工大學電氣自動化專業（本科），工程師，現任大同煤礦集團公司四臺礦副礦長。

〔編輯：曹月〕

Automated Mechanized Mining Face Mining Technology Research and Application

Duan Yunlong

Abstract： The principle by introducing the first four mine thin seam mining unmanned automated face automatic monitoring system， composition and automated production， the effect of mining on the application management under conditions of automated selection and thin seam mining equipment were analyzed.

Key words： thin seam； automation； unmanned face； mining technology； technology research

4.4 全自動控制乳化液泵站系統

乳化液泵站微機全自動控制和綜合保護系統是由乳化液泵站、全自動控制和綜合保護系統、進水過濾器組、高壓過濾站和自動配液等幾部分組成。它可以實現以下功能：①用液自動開機，停用液自動關機；②乳化液泵吸空保護；③液箱自動補液，滿液自動關閉；④自動按設定比例配比乳化液；⑤泵低油位保護；⑥低油壓保護；⑦過油溫保護；⑧可單機啟動，也可雙機啟動。

5 綜采工作面可視化監控系統

通過視頻監控系統傳送工作面圖像，操作人員可以根據煤層變化情況、滾筒截割情況和支架狀態等信息，通過遠程干預避免地質條件和煤層變化時采煤機切割到巖石等情況的發生。工作面視頻圖像監控系統是實現工作面可視化的重要組成部分，它將視頻數據通過無線網絡和有線網絡相結合的通訊方式傳輸到工作面集控平臺，實現圖像自動隨著采煤機移動；采煤機運行到什么地方，對應位置的視頻圖像就切換到什么地方。對采煤機的隨時監控情況如圖2 所示。

6 自動化綜采工作面的優點

經過綜合機械化采煤與自動化綜采工作面實踐進行對比，總結得出以下一些優點：①實現了減人提效，比普通綜采定員減少60%，產量增加50%. ②提高了礦井安全保障，解決了礦井定員多、管理手段落后、科技保安不足等問題。③實現了綜采工作面從勞動密集型向技術密集型的轉變。工作面一系列的數據可直觀地顯示出來，可實現數據采集和上傳，為技術人員操作設備和管理人員監控工作面提供技術保障。④綜合防塵效果好，采煤工作面除采煤機的內外噴霧外，又增設支架自動跟機噴霧和降架噴霧等。⑤所有設備均為智能型，具有良好的人機交換功能。設備一旦出現事故，可以直接讀出，大大減少了事故排查時間。⑥泵站全自動控制裝置大幅度提高了泵站的使用效率，使泵站節能約35%左右。泵站自動配液，配液效果好，既節省了乳化油的使用量，又保證了配比濃度，對液壓元件和液壓系統起到了很好的保護作用。⑦自動化實現了程序控制，避免了人為啟動的大電流沖擊電網，造成電氣設備掉閘。同時，還避免了前臺設備未啟動而后臺設備啟動、壓死運輸機等問題。⑧自動化設備增設了過濾水設備，提高了水質，避免了液壓管路和設備水冷系統堵塞，延長了設備使用壽命。⑨支架真正實現了帶壓移架，避免了頂板離層，移架速度快，支護頂板及時，避免了采面掉頂、冒頂現象。支架電液控制系統具有自動補壓功能，保證了支架初撐力。推溜、移架采取程序控制，推溜、移架步距準確。⑩采煤機實現了負荷自動監測和調整割煤速度，避免了采煤機過負荷運轉。

圖1 無人工作面——三機聯動圖 圖2 無人工作面——信息集成中心圖

7 結束語

薄煤層自動化無人工作面開采技術的發展趨勢是引入煤巖界面自動識別技術，把數據輸入采煤機以控制計算機，采煤機據此自動調整滾筒高度，不再需要生產班每班割煤前進行人工示范，也不需人員監視煤機的割煤視頻信號。無人工作面開采技術在我礦的成功應用，提高了綜采工作面的生產效率，降低了勞動強度，改善了工作環境，保障了安全生產，對地質條件復雜，薄、較薄、中厚的煤層工作面中推廣應用自動化開采技術，具有極大的參考和借鑒價值。

參考文獻

[1]王國法.薄煤層安全高效開采成套裝備研發及應用[J].煤炭科學技術，2009，37（9）：86-89.

[2]李首濱，韋文術，牛劍鋒.液壓支架電液控制及工作面自動化技術綜述[J].煤炭科學技術，2007，35（11）：1-5.

[3]方新秋，張雪峰.無人工作面開采關鍵技術[G].煤炭開采新理論與新技術論文集.徐州：中國礦業大學出版社，2006：55-59.

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作者簡介：段云龍（1971—），男，山西大同人，畢業于太原理工大學電氣自動化專業（本科），工程師，現任大同煤礦集團公司四臺礦副礦長。

〔編輯：曹月〕

Automated Mechanized Mining Face Mining Technology Research and Application

Duan Yunlong

Abstract： The principle by introducing the first four mine thin seam mining unmanned automated face automatic monitoring system， composition and automated production， the effect of mining on the application management under conditions of automated selection and thin seam mining equipment were analyzed.

Key words： thin seam； automation； unmanned face； mining technology； technology research