煤礦開采中的巷道布置和采煤工藝研究

秦顯柱 山東省七五生建煤礦

引言：對(duì)于煤礦開采過程中大采長(zhǎng)工作面來說，其與單一煤礦開采工作面之間還存在一定差異。因此，并不能按照單一模式進(jìn)行煤礦開采巷道布置，應(yīng)在原有巷道布置模式中開展底板改造以及瓦斯防治等工作。逐步提升煤礦開采中巷道布置的合理性，以為煤礦開采工作順利開展提供動(dòng)力支持。

一、煤礦開采中的巷道布置

（一）近距離煤層的巷道布置

在針對(duì)巷道進(jìn)行布置的時(shí)候，要保證科學(xué)性和合理，這樣不僅有利于為煤礦開采作業(yè)的順利實(shí)施打下良好基礎(chǔ)，而且還能夠從根本上促使煤礦開采人員的人身安全可以得到有效保證。在針對(duì)煤礦開采過程中的巷道進(jìn)行布置的時(shí)候，要結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)近距離煤層的巷道進(jìn)行科學(xué)合理的布置，這樣不僅能夠?yàn)楣ぷ魅藛T提供良好環(huán)境，讓地下工作者可以吸收到新鮮的空氣，而且還能夠保證煤礦開采工作可以順利開展[1]。

（二）低瓦斯煤層的巷道布置

在針對(duì)低瓦斯煤層的巷道進(jìn)行設(shè)置的時(shí)候，要保證科學(xué)性和合理性，特別是要注重安全性和穩(wěn)定性，這樣能夠最大限度保證煤礦開采工作的安全實(shí)施。在針對(duì)煤礦開采進(jìn)行巷道布置的時(shí)候，為了保證巷道布置的科學(xué)性和合理性，要對(duì)特殊的儀器設(shè)備進(jìn)行合理的利用。這樣不僅能夠針對(duì)煤礦開采巷道進(jìn)行有針對(duì)性的檢測(cè)，而且還能夠針對(duì)其中存在的瓦斯含量進(jìn)行合理的判斷。煤礦開采作業(yè)具有一定的危險(xiǎn)性，特別是在針對(duì)礦井進(jìn)行不斷深入挖掘的時(shí)候，瓦斯是其中的有害氣體之一[2]。

二、采煤工藝中智能化開采技術(shù)的應(yīng)用

（一）采煤機(jī)記憶截割關(guān)鍵技術(shù)

采煤機(jī)記憶割煤技術(shù)包括:采煤機(jī)精準(zhǔn)定位技術(shù)、記憶割煤技術(shù)、對(duì)環(huán)境的安全感知技術(shù)等，其中實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)記憶割煤的基礎(chǔ)是采煤機(jī)精準(zhǔn)定位。采集工作面兩端頭坐標(biāo)參數(shù)建立三維坐標(biāo)系，其中：工作面傾向投影設(shè)為X軸，沿工作面走向設(shè)為Y軸，鉛垂方向設(shè)為Z軸。考慮到在生產(chǎn)過程中，采煤機(jī)移動(dòng)速度最快，因此要建立以采煤機(jī)為坐標(biāo)原點(diǎn)的載體坐標(biāo)系：第一步要確定采煤機(jī)初始位置，第二步采用傾角傳感器來采集機(jī)身偏轉(zhuǎn)角和俯仰角，第三步采用慣性導(dǎo)航推算方法計(jì)算采煤機(jī)位置和姿態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)定位。由于綜采放頂煤工作面煤層賦存厚度大，因此煤機(jī)采高基本保持不變。通過前期煤機(jī)運(yùn)行過程收集的煤層底板參數(shù)，再結(jié)合地質(zhì)資料來確定采煤機(jī)運(yùn)行在不同位置的下切深度，通過采煤機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)采高、牽引速度的實(shí)時(shí)控制。通過紅外感知傳感器感知定位液壓支架頂梁，確保頂梁不被采煤機(jī)割到。當(dāng)工作面地質(zhì)條件變化較大，原有程序不能較好地控制生產(chǎn)時(shí)，通過啟用人工干預(yù)的方法，來確保工作面正常推進(jìn)，如圖1所示。

圖1 采煤機(jī)記憶截割技術(shù)

（二）液壓支架自動(dòng)跟機(jī)移架關(guān)鍵技術(shù)

液壓支架自動(dòng)跟機(jī)移架技術(shù)使液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)聯(lián)動(dòng)配合，協(xié)同運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)采煤工作面智能化。該程序的實(shí)現(xiàn)基于對(duì)放頂煤開采工藝流程、支架電液控制系統(tǒng)、采煤機(jī)實(shí)施精準(zhǔn)定位等多項(xiàng)技術(shù)的整合，并用編程語言表述。液壓支架通過電液控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)升降支架、推移刮板輸送機(jī)、伸縮護(hù)幫板等動(dòng)作。通過安設(shè)在支架上的紅外位置檢測(cè)裝置，實(shí)時(shí)將采煤機(jī)的位置信息傳送至支架控制器，當(dāng)采煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，超前采煤機(jī)三架開始收支架護(hù)幫板，對(duì)應(yīng)采煤機(jī)支架實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴霧降塵，滯后采煤機(jī)三架位置進(jìn)行即時(shí)移架與護(hù)幫操作，隨后再推移刮板輸送機(jī)。

（三）智能放頂煤關(guān)鍵技術(shù)

1.振動(dòng)法自動(dòng)放煤。振動(dòng)法是依據(jù)不同硬度物體相互撞擊產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)的差異，通過分析和感知振動(dòng)信號(hào)來識(shí)別撞擊物，該方法特別適應(yīng)于開采過程中煤矸硬度差異大的實(shí)際情況。依靠振動(dòng)傳感器，識(shí)別煤炭和巖石撞擊液壓支架尾梁發(fā)出的不同振動(dòng)信號(hào)，并對(duì)傳感器所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，具體過程為：前端濾波處理與平滑處理；電信號(hào)去噪處理；功率譜分析處理；最終依據(jù)功率譜值的差別對(duì)放煤過程中的煤炭和巖石進(jìn)行識(shí)別。由于現(xiàn)場(chǎng)安設(shè)多傳感器，需采用信息融合算法對(duì)采集信號(hào)數(shù)據(jù)綜合解析處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)生成信號(hào)指令發(fā)送至液壓支架控制器，從而使放煤口適時(shí)關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)支架智能放煤。現(xiàn)場(chǎng)具體操作為:將煤矸識(shí)別傳感器安裝在綜放工作面液壓支架的尾梁下，通過連接器與支架控制器進(jìn)行連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在放煤過程中，煤矸識(shí)別傳感器開始采集煤矸放落過程中煤矸撞擊尾梁的振動(dòng)信號(hào)，并將振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行煤矸放落自動(dòng)識(shí)別，識(shí)別完成后將識(shí)別結(jié)果實(shí)時(shí)傳輸給支架控制器。當(dāng)矸石放落滿足系統(tǒng)設(shè)置的煤矸放落閾值時(shí)，由支架控制器執(zhí)行關(guān)閉放煤口的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放煤。

2.記憶模式自動(dòng)放煤。基于現(xiàn)實(shí)工作面地質(zhì)條件較穩(wěn)定，每刀煤生產(chǎn)工藝變化不大，放頂煤是個(gè)單調(diào)重復(fù)工作，利用記憶功能將放煤操作人員對(duì)支架的控制過程記憶下來，在后續(xù)的放煤過程中，可以實(shí)現(xiàn)記憶放煤。現(xiàn)場(chǎng)具體操作為:支架安設(shè)自動(dòng)放煤控制器，控制器具備采集人工操作信息功能，通過先行人工示范，控制器將現(xiàn)場(chǎng)操作人員操作支架的工序和時(shí)序進(jìn)行記憶存儲(chǔ)，然后經(jīng)數(shù)據(jù)處理后形成一套自動(dòng)放煤程序，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放煤。

結(jié)束語：由于煤礦開采作業(yè)在具體實(shí)施過程中具有一定的危險(xiǎn)性，所以在針對(duì)巷道進(jìn)行布置的時(shí)候，要保證布置的合理性和科學(xué)性。這樣不僅能夠?yàn)榫伦鳂I(yè)人員提供良好的作業(yè)環(huán)境，而且還能夠?yàn)楣ぷ魅藛T的人身安全提供保障。