試論綜采工作面自動化采礦技術的應用

李士忠，馬 義，李福振

（山東泉興礦業集團有限責任公司，山東 棗莊 277500）

1 自動化開采技術現狀及存在的問題

有關數據顯示，隨著技術的進步，我國礦山機械化開采覆蓋面達到了71.58%，但是這些數據中，薄礦層開采的機械化程度較低，嚴重制約了我國能源行業的發展。我國礦產資源的分布中，深層能源的分布較為廣泛，而薄礦層的產量僅占到全部產量的十分之一。我國薄礦層開采的技術比較落后，主要是采用放炮后落礦山液壓支柱支撐或利用水力來實現開采，但是這種開采技術的適用范圍受到薄礦層礦井空間有限性的影響，綜采工作面采礦條件惡劣，礦層頂層薄，巷道使得采礦作業的安全風險較大，因此，應該發展更為先進的采礦技術。當前，我國薄礦層開采的現狀主要表現在以下方面：①攝像系統成像的分辨率低，應該在未來發展中提高攝像系統的可識別性。②切割礦物中產生的震動較大，極易造成采礦設備的機械元件松動或受損。③采礦系統的各類傳感器的可靠性有待提高，且通信系統有待完善，以提高自動化系統的運行能力與操控能力。④系統或設備本身的穩定性較差，需要及時進行維修與檢查。⑤巷道窄、頂層薄的礦層開采中應用效果有待提高。

2 薄礦層開采關鍵技術

（1）支撐技術。傳統的能源開采中，多使用四連桿液壓支架來實現采礦作業，雖然這種方式具有良好的支撐效果，但是其支架自重極大，在薄礦層開采中不適用。因此，針對這種開采情況，薄礦層開采中改進了傳統四連桿的支撐結構，使其能夠具有支撐油缸和油缸兩端鉸接頂梁與底座的結構。在這種支撐技術下，整體支撐結構可以通過對油缸位置的控制來實現對頂梁狀態的控制，該種支撐結構還可以加大支撐載荷，從而提高整體支撐結構的穩定性與加固效果。但是，這種支撐結構對支架的自動控制需要借助于相關的紅外線發射與接收裝置，使其能夠滿足采礦機械設備位置、支架自動控制的相關要求。另外，由于采礦機械設備中線纜傳輸系統面臨著較為惡劣的傳輸環境，為克服這一不利條件，有必要在支撐結構中安裝輔助攝像頭，提高其可視化操作能力，提高設備的可靠性。

（2）電控自動化技術。薄礦層與中、厚礦層相比，其開采空間更為狹小，礦層頂層薄，使得在采礦設備中，電源箱耦合器與其他的相關設備、裝置等必須進行智能重疊安裝，滿足其開采條件。當設備安裝滿足了基本的穩定性與可靠性條件時，就需要在開采過程中采用分散監控模式，保證開采順利的同時，降低開采作業人員的操作風險，提升自動化控制水平。

（3）綜采技術。薄礦層開采中，轉機滾筒的橫截面積與縱深都比較大，使得當采礦高度在一定的條件下，需要建立相關的支護結構，加大支撐體系構建，在采礦作業中，支護結構要隨著采礦機械設備的作業而進行移架。礦層的開采條件具有特殊性，能源開采空間狹小，使得在采礦過程中，當進行采礦機器的待機維修時，需要采用電液進行集中控制，從而實現輸送機的成組外推。當采礦機械維修操作結束以后，需要將刮板輸送機移至空采集區，進行后續的采礦作業安排，保證采礦作業的安全與順利進行。

（4）采礦機自動化技術。如果在薄礦層采礦作業中，采礦機如果能夠直接進入巷道，就需要使用機身較小的機械設備，避免采礦機器以斜切進刀的方式進行開采作業。傳統的采礦機械自動化程度低，通信系統不完善，使得在薄礦層開采中不能實現對開采作業的有效監測與控制。隨著現代化采礦技術的應用，采礦機設備與系統的功能更為完善，在采礦自動化系統中，建立了雙向通信系統，能夠在采礦過程中實現數據的采集、管理與控制，實現轉子轉速的精確計算，實現對開采設備牽引速度的科學控制。采礦設備自動化控制系統的完善有助于提高采礦效率與質量，但是其自動化的實現還需要將采礦機械設備的載波信號、輸送機信號與監控中心進行連接，實現集中化控制，簡化操作，降低控制與運行成本。

3 自動化技術的應用

（1）經濟效益和安全效果。薄礦層綜采自動化采礦技術的應用簡化了操作控制，大大降低了開采的安全風險，避免了各類開采作業安全事故的發生，實現了礦山開采企業的安全穩定發展。自動化采礦技術的應用，通過液壓升降架、移架、輸送機等的應用，實現了遠程操作的控制與監控，保證了安全生產的進行。根據相關的開采比較，自動化技術的初期投資與產能效益相比，螺旋采礦設備與支架支撐技術的使用，使得其期初投資是傳統采礦投資的1.7到2倍，促進產量的提高，在未來將取得良好的經濟效益。

（2）應用效果。薄礦層綜采自動化的實現，通過支撐結構、供液系統能夠實現采礦作業的快速移架，保證安全生產的實現，促進能源開采行業經濟社會效益的實現。自動化控制系統中的工作面遠程監控系統，能夠在監控室實現對工作面切割、移架等作用的監控，促進工作人員的安全生產，降低安全事故的發生，在一定程度上可以實現礦山開采企業的可持續發展。薄礦層有時還分布在地質結構復雜、地形條件特殊、有斷層存在的情況，這使得綜采自動化采礦技術的應用具有局限性，未來還將進一步進行該技術的研發，使其在各種復雜開采條件下發揮良好的應用效果。

（3）推廣價值。薄礦層綜采自動化采礦技術的應用能夠提高礦山開采的效率，為礦企的發展創造更大的價值。通過技術的改進，可以滿足采高0.9m的要求，充分應用斜板直行側推原理，降低輸送機的高度，提高裝載礦產資源效果。相關研究表明，綜采自動化技術的應用能夠簡化采礦作業，減少采礦中的生產材料的使用，大大降低了生產成本，實現了生產的安全進行，減少安全事故的發生。遠程監控系統使得推進度加快，使得其滿足采礦的基本要求，促進采礦作業的安全、高效進行。

4 綜采自動化技術與裝備的發展趨勢

我國地域遼闊，礦產資源儲量豐富，但是礦產資源在不同區域分布上存在較大的差異，使得在能源資源的開采上存在技術不平衡，薄礦層開采的難度大，機械化、自動化低，嚴重制約了礦企的發展，在能源開采過程中，應該結合礦層的特點，科學選用開采技術與設備，提高開采的效率，實現綠色、可持續發展。

綜采自動化開采技術在未來應該充分與智能化技術相結合，提升采礦設備、系統的可靠性，結合不同礦區的特點與技術水平，保證采礦作業的自動化、智能化的實現，創造更大的經濟社會效益。

5 結語

我國礦產資源儲量豐富，隨著經濟社會的發展，能源資源需求加大，使得人們對能源開采的效率等提出了更高的技術要求，尤其是在薄礦層的開采上，應該充分采用新型的開采技術，如綜采自動化開采技術，提升開采效率。未來新型的采礦技術具有廣闊的應用前景，還需要加以不斷研究，創造更大的經濟社會效益，實現能源開采行業的可持續發展。