矿层综采自动化采矿工艺技术研究与应用

张 亮

（枣庄市留庄煤业有限公司，山东 枣庄 277100）

我国的矿产储量丰富，当前主要采用采矿机及综采配套装备进行矿层的开采，要在充分考虑现场生产实际情况、技术基础的前提下，实现合理三机配套全自动化采矿工艺技术，研制与薄矿层采矿工艺相适应的全工作面集中控制生产自动化系统，以较好地解决0.6m～1.3m薄矿层工作面安全高效自动化开采的难题，推动我国矿产资源的安全、持续、高效发展。

1 矿层机械化开采方法分析

（1）刨矿机开采。它由刮板输送机、液压支架、调节支架、端头支架、转载机、破碎机、带式输送机、变电列车等部分构成，适宜于矿层厚度更薄，采用固定采高和稳定导向，易于实现开采自动化作业，操作和维护相对简便，灵活高效，以全自动刨矿机综采为薄矿层开采技术的发展趋势和方向，然而要注重对地质条件的分析，应当选取顶板完整、压力变形较小的工作面，避免较大的褶曲、断层等地质构造环境。

（2）螺旋钻采矿机开采。这是利用螺旋钻头探入到矿层进行采矿作业，由螺旋钻杆、中间通风管、轴承座、钻头、变速器、控制箱等部分组成，在传动装置的液压推进下进行定位钻进，其开采方法主要是采用薄矿层单巷前进式开采的方式，巷道掘进率较低，工艺效果还不够成熟，并在高效快速钻杆装卸技术装备的研究方面还存在欠缺。

（3）滚筒采矿机。它可以适用于复杂地质条件下的薄矿层开采作业，具有适用性强、吨矿投入少的优势特点，适用于地质赋存条件差、矿层厚度变化大的矿层环境，然而滚筒采矿机难以实现对矿层的自动化开采作业。

2 矿层液压支架及综采自动化采矿工艺技术分析

随着可靠性设计、有限元分析等先进设计方法的普及性应用，矿层开采作业采用液压支架及综采自动化采矿工艺技术，较好地提升了矿层的开采效果。

2.1 液压支架采矿工艺技术

液压支架是矿矿井下综采关键设备，有效地支护工作面顶板、遮挡矸石滑落，并较好地实现对输送机、采矿机的推移输送，使采矿作业面不断向前推进。液压支架利用电液控系统实现采矿作业的方位自动化控制，其主要控制部分包括有：液压缸动作控制回路、信号传输系统、红外传输系统、通讯系统、监测传感器与数据转换等。

2.2 矿层综采其他设备关键技术

（1）矿层采矿机。该装置可以实现遥控远程控制和离机操作，以较高的牵引速度实现割矿安全高效开采，并较好地适应矿层工作面的起伏变化，如：MG160/360-WD非机载交流变频电牵引采矿机。

（2）矿层运输机。该装置可以采用高效小型化动力传动系统，保证三机设备在0.9m的矿层进行采矿作业。

2.3 矿层自动化远程控制技术

在矿层综采自动化采矿作业过程中，可以运用先进的自动化远程控制技术，实现采矿机位置三维检测、工作面自动找直等，利用远程控制关键设备，进行采矿工艺技术的自动监测，引入割矿设备自主定位导航技术、矿产自动识别技术、液压支架电液控制技术、刮板运输机自动推移技术、工作面自动监测监控技术、井下高速双向通讯技术等，确保矿层综采自动化采矿工艺自动化、智能化、信息化和无人化。其关键性工艺技术主要包括以下内容：①矿层综采工作面全景动态视频监视。该技术可以实现采矿工作面全长矿壁侧无盲区视频监控，全面了解和查看生产现场工况，并数据的自动传输和通讯。②采矿机自动控制。可以利用采矿机记忆截割、自主定位、远程监控的技术，改善采矿机的切割能力，提高割矿速度，实现采矿机滚筒自动调高、远程通信和操作控制。③低照度视频监视技术。这是利用视频摄像头获取清晰视频、图像等信号，并能够在强污染的环境下保持镜头的清洁度，利用压缩空气形成气幕屏障，将粉尘直接隔离和阻断，避免矿尘对视频摄像镜头的污染。④矿层无人化控制系统。这主要包括三机配套的自动化控制、矿井下工业以太网、现场视频信号通信传输等部分，能够对采矿机运行状态进行实时监控，在工作面自动化系统的远程监控、三机联机控制、故障保护和联锁的条件下，较好地提升采矿机的智能化、无人化水平。

3 矿层综采自动化采矿工艺实例分析

黄沙矿2上矿层厚度为0.6m～0.9m，平均厚度为0.75m，无夹矸，显示出良好的矿层厚度和矿质条件，矿层直接顶板为4m～5m的粉砂岩，底板为3m～4m的粉砂岩，岩层的倾斜角度为17°～24°，预计可采储量为350万吨。

薛村矿一座矿的矿层厚度相对简单、稳定，平均厚度为0.6m，属于贫矿，预计可开采储量为536.7万吨。直接顶板由深灰色粉砂岩构成，厚度通常为5.5m～7.4m；间接顶板由灰黑色细砂岩所组成，底板则由深灰色粉砂岩所组成，厚度通常为2.2m～4m。

薛村矿野青矿层赋存稳定、结构简单，矿层厚度在1m～1.3m，平均厚度为1.2m，直接顶板为深灰色、厚度不均的石灰岩所构成；直接底板则由中粒状薄层的石英长石所构成，厚度一般为2.7m。

采用分类选型设计、系列配套的方式，选取两柱双伸缩掩护式液压支架、交流变频电牵引采矿机、刮板输送机，使其三机配套参数合理，具体的采矿工艺技术可以按照走向长壁的退回式采矿方法进行综采自动化采矿，由电牵引双滚筒采矿机进行落矿、强力滚筒自动装矿、刮板输送机与带式输送机相配合进行连续运矿作业；对于顶板则采用一次采全高、全部垮落法进行管理，并用掩护式液压支架进行支护。

回采的工艺流程为：由采矿机从中部斜切式进刀、下行割矿再空刀上行返回，由移动支架自下而上推送输送机，再重复进行下行割矿、推送、输送矿等操作。在该综采自动化采矿工艺之中，通过综采支架的方式，极大地提升了工作面的支护强度和安全系数，并运用远程遥控自动化操作装置，实现液压支架电液系统的全自动化降架、移架、割矿、输送等操作，降低了顶板、矿壁管理的难度，确保采矿作业面处于安全循环状态，较好地解决了矿层开采难度大、风险高的问题。

交流变频电牵引采矿机、刮板输送机梁要错开布置，确保薄矿层综采自动化的安全高效作业。对于采矿工作面的液压支架支护要根据情况进行选择，对于工作面液压支架顶梁前端至矿壁侧顶板完整的情形，可以不支护支架前梁端至矿壁侧；当工作面液压支架前梁端至矿壁侧顶板开裂或破碎时，则要以φ14cm×1.8m的板梁进行支护。对于装矿装置则要采用直行侧推的方式，避免装矿中的安全问题。

综上所述，矿层综采自动化采矿工艺技术安全高效，可以根据矿层的具体地质条件和情况，选取适宜的综采自动化采矿工艺和关键技术，实现对矿层工作面综采设备的集中控制，较好地实现矿层的自动化、智能化、无人化开采。