煤礦綜采自動化采礦工藝技術的應用淺析

摘? 要：煤礦可充分利用綜采配套設備和遠程自動化控制技術實現綜采自動化，在復雜生產環境中實現無人自動化、對開采進行遠程控制，需要對薄煤層綜采自動化采礦工藝關鍵技術深入分析研究，構建煤礦數字化無人工作面監控系統，才能進一步保障煤礦開采的安全。

關鍵詞：采礦工藝技術;開采自動化;監控系統

1.前言

我國有豐富的礦產資源儲量，目前在煤礦開采中采用的設備主要是采煤機及綜采配套裝備，應基于對現場生產實際、技術基礎等方面條件的充分考慮，使三機配套實現合理的全自動化采礦工藝技術，研制適應于薄煤層開采工藝，集中控制采煤工作面的自動化系統，在薄煤層0.6-1.3米工作面解決自動化開采安全高效的難題，對于我國礦產資源持續、安全、高效的開發，具有重要推動作用。

2.煤礦機械化開采

煤礦開采是比較艱苦的一項工作，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系，瓦斯在我國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主要采用井工開采方式，為提高開采效率，需要采取機械化開采方式，主要有以下三種類型：

一是刨煤機開采。對于更薄的煤層比較適宜，采高和穩定導向固定，開采自動化易實現，便于操作維護，采用全自動刨煤機綜采是發展趨勢，應注重分析地質條件，適用于工作面壓力較小，不易變形的完整頂板，不適應褶曲、斷層等較大的地質構造環境。

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

三是滾筒采煤機。在復雜地質條件下開采薄煤層具有較強的適用性和較少的噸煤投入等優勢，在地質賦存條件不佳、煤層厚度變化較大的環境中更適用，不適用于自動化開采。

3.煤礦液壓支架及綜采自動化采礦工藝技術

隨著應用可靠性設計、有限元分析等逐漸普及的先進設計方法，煤礦采用液壓支架及綜采自動化采煤工藝技術進行開采，使煤礦明顯提高了開采效果。

3.1液壓支架采煤工藝技術

在煤礦井下綜采工作面，液壓支架是關鍵設備，對工作面頂板進行有效支護，使矸石可能的滑落被遮擋，實現推移刮板輸送機和采煤機，不斷推進采煤工作面。要確定支架類型（支撐式、掩護式、支撐掩護式）、支護阻力（初撐力和額定工作阻力）、支護強度與底板比壓以及支架的結構參數（立柱數目、最大最小高度、頂梁和底座的尺寸及相對位置等）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、頂底板及采區的地質條件全部查清。然后依據不同類級頂板選取架型。

3.2煤礦其它綜采設備關鍵技術

一是采煤機。采煤機的實際生產能力主要取決于采高、截深、牽引速度以及工作時間利用系數。采高由滾筒直徑、調高形式和搖臂擺角等決定。滾筒直徑是滾筒采煤機采高的主要調節變量，每種采煤機都有幾種滾筒直徑供選擇，滾筒直徑應滿足最大采高及臥底量的要求。截深的選取與煤層厚度、煤質軟硬、頂板巖性以及移架步距有關。二是刮板輸送機。它的輸送能力應大于采煤機的最大生產能力，一般取1.2倍。要根據刮板鏈的質量情況確定鏈條數目，結合煤質硬度選擇鏈子結構型式。應優先選用雙電機雙機頭驅動方式和短機頭和短機尾型號，應滿足采煤機的配合要求，如在機頭機尾安裝張緊、防滑裝置，靠煤壁一側設鏟煤板，靠采空區一側附設電纜槽等。輸送能力要大于采煤機生產能力并有一定備用能力。

3.3煤礦遠程自動化控制技術

采用先進的自動化遠程控制技術，在煤礦綜采自動化采煤中實現三維檢測、工作面自動找直等，采用遠程控制關鍵設備自動監測采煤工藝技術，結合自動識別、割礦設備自主定位導航、液壓支架電液控制及井下高速雙向通訊等技術，保證煤礦綜采自動化采礦工藝實現智能化、自動化及無人值守。關鍵技術主要有：一是全景動態視頻監視煤礦綜采工作面，對生產現場，數據通訊及自動傳輸進行全面查看。二是自動控制采煤機，利用采煤機自主定位、遠程監控技術，使其切割能力明顯改善，割煤速度不斷提高，實現自動調整采煤機滾筒、遠程操作控制及通信。三是低照度視頻監視技術，采用視頻攝像頭將清晰視頻、圖像等信號獲取，并在強污染環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。實時監控采煤機運行狀態，通過遠程監控、故障保護等，使自動化系統在工作面提高采煤機的智能化水平。

4.煤礦綜采自動化采煤工藝案例

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°，可采儲量預計360萬噸。煤層厚度比較簡單、穩定，采用分類選型設計、系列配套方式，比較合理的三機配套參數，綜采自動化可根據走向長壁，具體采煤工藝技術為退回式采煤方法，采用電牽引雙滾筒采煤機落煤，自動裝煤采用強力滾筒，連續運煤作業采用刮板輸送機配合帶式輸送機。頂板管理采用全部垮落法的一次采全高，支護采用掩護式液壓支架。回采工藝流程：采用采煤機斜切式從中部進刀、下行割煤后再上行空刀返回，自下而上由移動支架向刮板機推送，下行割煤、推送、輸送煤等再重復操作。采用綜采支架方式，在該綜采自動化采煤工藝中，使工作面明顯提升支護強度和安全系數，利用遠程遙控自動化操作裝置，使液壓支架電液系統實現全自動化操作，在頂板管理中降低難度，保證采煤作業面循環狀態的安全，使煤層較大開采難度、較高風險等問題得到妥善解決。錯開布置交流變頻電牽引采煤機、刮板輸送機，保證綜采作業的安全高效及自動化。結合具體情況針對采煤工作面液壓支架支護進行合理選擇，針對工作面液壓支架頂梁完整的前端至煤壁側頂板的情況，可對支架前梁端至煤壁側不進行支護。工作面液壓支架前發生開裂或破碎的梁端至煤壁側頂板，可采用板梁支護。針對裝煤裝置應采取直行側推方式，以免在裝煤工程中產生各類安全問題。

5.結語

總之，煤礦作為我國的重要能源，應在生產中對安全提高重視。為促進經濟建設提供有利條件。針對勞動生產力加強保護，使經濟勞動力資源實現均衡發展，對于提高煤礦生產員工健康及家庭生活質量都具有十分積極地影響。煤礦綜采自動化采煤工藝技術可結合煤層地質情況，對綜采自動化適宜的采煤工藝和關鍵技術進行選擇，是一種安全高效的技術，能夠集中控制煤礦工作面綜采設備，使煤礦開采實現智能化、自動化及無人化，對于我國礦產資源發展的持續、安全、高效具有重要推動作用。

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作者簡介：汝傳棟（1967-），男，漢族，安徽亳州人，大學本科學歷。