復雜地質(zhì)條件下的智能化綜采工作面技術(shù)探索

翟正州

摘要：綜采工作面智能化技術(shù)是開采技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、自動化技術(shù)、信息技術(shù)等一系列技術(shù)的高度集成，采用智能化代替?zhèn)鹘y(tǒng)手動操作，實現(xiàn)井下現(xiàn)場集中控制和地面遠程控制工作面割煤、推溜、拉架、運輸及超前支護等工藝智能化，達到綜采工作面的自動化、少人化、無人化目的。本文針對復雜地質(zhì)條件下的智能化綜采工作面技術(shù)開展探索。

關(guān)鍵詞：智能化工作面 綜采工作面 復雜地質(zhì)條件下

引言：目前，我國煤礦存在著礦山設備自動化技術(shù)落后、設備配套困難等問題。為實現(xiàn)復雜地質(zhì)條件下綜采工作面智能化，分析探討了綜采工作面智能化開采技術(shù)應用的關(guān)鍵技術(shù)，并展望了綜采工作面智能化的發(fā)展方向。

一、綜采工作面智能技術(shù)

在這個階段，已經(jīng)取得了一些突破，但仍然需要改進。主要技術(shù)有：a）視頻監(jiān)控技術(shù)，綜采工作面采礦仿真系統(tǒng)可以通過增強虛擬現(xiàn)實技術(shù)模擬三維采礦現(xiàn)實環(huán)境，采礦作業(yè)過程和設備運行可以實時模擬，實現(xiàn)人機交互。操作員可以隨時隨地進入仿真系統(tǒng)的任何過程和區(qū)域。系統(tǒng)能夠識別對象，輸入和處理各種信息，可以模擬幾乎與實際采礦環(huán)境相同的三維環(huán)境。計算機可以顯示采礦作業(yè)的具體情況，從而實現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)化和評價。b）支持防撞技術(shù)。防碰系統(tǒng)不僅是一個預先向剪板機操作人員發(fā)出聲光報警信號的檢測系統(tǒng)，而且是剪板機的安全保護系統(tǒng)。雷達探測在防止機械碰撞中的作用主要是通過雷達探測技術(shù)實現(xiàn)對采煤機滾筒周圍障礙物的感知。如果系統(tǒng)檢測到采煤機運行前存在未知障礙物，將停止采煤機前進，等待相關(guān)人員處理。

二、復雜地質(zhì)條件下的智能化工作面的關(guān)鍵技術(shù)探索

1.工作面三機配套技術(shù)

（1）遇斷層截割巖石量往往超過中厚煤層，裝機功率要求大、機面高度要求低且過煤空間要求大的矛盾十分突出。選用雙截割電動機2×160kW的MG320/710-WD3型采煤機，降低了機面高度，增加了過煤空間，又滿足了大功率的要求。（2）復雜地質(zhì)條件工作面煤層高度變化大，在煤厚1.3～2.5m之間時，由于以上智能化裝備兩巷高度不能低于2.5m，傳統(tǒng)三機配套后，刮板輸送機機頭、機尾會超出煤壁1.2～1.4m，刮板輸送機機頭機尾就會出現(xiàn)懸空現(xiàn)象。傳統(tǒng)的解決方案就是設置機頭機尾墊架，機頭、機尾前方浮煤清理不及時，推移困難同時可能引起漂溜。探索將機頭、機尾處刮板輸送機三節(jié)中部槽變線，保證足夠臥底量，將機頭、機尾超出煤壁控制在800mm，使機頭、機尾向工作面回縮，機頭做成整體剛性結(jié)構(gòu)，機頭、機尾，取消墊架。機頭處刮板輸送機布置伸出示意圖如圖1所示。

機頭、機尾處取消墊架后，為防止機頭、機尾掉下工作面，機頭、機尾設置平行于底板的大拖架，通過過渡支架直接整體推移機頭、機尾。設計機頭機尾各兩架過渡支架，在機頭機尾第一支架外側(cè)增設輔助推移裝置，增大推移力，使支架能推動整體式機頭、機尾。

2.瓦斯治理技術(shù)

復雜地質(zhì)條件下工作面瓦斯含量大，具有突出危險性，在實施智能化采煤過程中，如果不提前做好瓦斯處理，會影響智能化割煤推進速度，難以實現(xiàn)快速推進，失去智能化綜采的意義，因此開展智能化綜采必須先做好工作面瓦斯治理。龍灘煤礦屬于單一開采煤層，312采區(qū)實測最大壓力瓦斯為1.05MPa，含量為10.067m3/t，具有突出危險性，采取大直徑高密度順層鉆孔預抽煤層瓦斯。鉆孔在機、風巷間隔2m相向布置，鉆孔直徑94mm。為提高工作面瓦斯預抽效果，確保智能化綜采不受瓦斯災害影響，順層鉆孔施工前采取水力壓裂增透技術(shù)，壓裂孔在機風巷內(nèi)有間隔10m布置1個，孔深90m，壓力不低于32MPa。工作面區(qū)域效果檢驗采用在機風巷間隔40m處各布置1個檢驗測點，實測煤層殘余瓦斯含量，區(qū)域驗證采取連續(xù)鉆屑指標法進行判定。工作面區(qū)防、局防嚴格執(zhí)行“四位一體”防突措施。通過這些技術(shù)和措施，做工作面瓦斯治理，為智能化快速推進打下基礎。

3.兩巷超前支護技術(shù)

（1）運輸巷超前支護。運輸巷共布置超前支護約25m，分為5組，每組支架分左右兩架，單組長度約為4.92m：超前支架頂梁采用窄頂梁的形式，以滿足支護過程規(guī)避錨索及巷道通風的要求：每組超前支架左右兩架用橫梁連接為一個整體，共有支撐立柱8件，推移千斤頂2件，第1、3排支撐立柱為一個整體，第2、4排支撐立柱為一個整體，相互間通過“邁步自移”的方式實現(xiàn)向前推進：頂梁與支撐立柱鉸接，可沿頂板傾斜方向調(diào)節(jié)，以保證其始終與頂板有效接觸，保證支護可靠：轉(zhuǎn)載機安裝于超前支架與煤壁之間，超前支架的移動及支護不影響轉(zhuǎn)載機的移動及檢修：超前支架上設計有可用于電纜夾安裝的安裝座，電纜布置于超前支架內(nèi)頂粱下方，可通過超前支架的移動實現(xiàn)電纜的跟隨移動。機巷超前支架布置如圖2所示。（2）回風巷超前支護。回風巷超前支護與運輸巷超前支護的布置類似，超前支架的結(jié)構(gòu)原理也類似，但因刮板輸送機機尾會超出煤壁一部分，故此處的超前支架需特別設計，避免支撐立柱與刮板輸送機機尾干涉。

三、煤炭智能化開采技術(shù)展望

（1）建立全面的地下透明工作面，實現(xiàn)工作面的規(guī)劃開采。（2）全自動化+人工輔助將是未來智能長壁工作面的目標。（3）智能機器人實現(xiàn)無人目標的成套設備。結(jié)束語：綜采工作面智能化技術(shù)是實現(xiàn)煤礦高效安全開采的關(guān)鍵。加速關(guān)鍵技術(shù)是實現(xiàn)綜采工作面智能化的必然選擇。