煤矿综采自动化采矿工艺技术的应用浅析

摘  要：煤矿可充分利用综采配套设备和远程自动化控制技术实现综采自动化，在复杂生产环境中实现无人自动化、对开采进行远程控制，需要对薄煤层综采自动化采矿工艺关键技术深入分析研究，构建煤矿数字化无人工作面监控系统，才能进一步保障煤矿开采的安全。

关键词：采矿工艺技术;开采自动化;监控系统

1.前言

我国有丰富的矿产资源储量，目前在煤矿开采中采用的设备主要是采煤机及综采配套装备，应基于对现场生产实际、技术基础等方面条件的充分考虑，使三机配套实现合理的全自动化采矿工艺技术，研制适应于薄煤层开采工艺，集中控制采煤工作面的自动化系统，在薄煤层0.6-1.3米工作面解决自动化开采安全高效的难题，对于我国矿产资源持续、安全、高效的开发，具有重要推动作用。

2.煤矿机械化开采

煤矿开采是比较艰苦的一项工作，工作条件近年来逐步得到改善。因煤炭资源处于不同的埋藏深度，通常埋藏较深的可采用井工开采方式，埋藏较浅的可采用露天开采方式。矿井开采条件与瓦斯在煤矿中的含量呈反比关系，瓦斯在我国煤矿中具有较高比例，约三分之一的矿井属于高瓦斯和存在瓦斯突出情况。山西、山东及大部分东北地区主要采用井工开采方式，为提高开采效率，需要采取机械化开采方式，主要有以下三种类型：

一是刨煤机开采。对于更薄的煤层比较适宜，采高和稳定导向固定，开采自动化易实现，便于操作维护，采用全自动刨煤机综采是发展趋势，应注重分析地质条件，适用于工作面压力较小，不易变形的完整顶板，不适应褶曲、断层等较大的地质构造环境。

二是螺旋采煤机开采。采用螺旋钻头向煤层探入，钻进定位利用具有传动装置的液压推进，主要采用单巷前进式薄煤层开采方式，巷道掘进率较低，工艺效果有待完善，在钻杆装卸技术装备的高效性方面有待于深入研究。

三是滚筒采煤机。在复杂地质条件下开采薄煤层具有较强的适用性和较少的吨煤投入等优势，在地质赋存条件不佳、煤层厚度变化较大的环境中更适用，不适用于自动化开采。

3.煤矿液压支架及综采自动化采矿工艺技术

随着应用可靠性设计、有限元分析等逐渐普及的先进设计方法，煤矿采用液压支架及综采自动化采煤工艺技术进行开采，使煤矿明显提高了开采效果。

3.1液压支架采煤工艺技术

在煤矿井下综采工作面，液压支架是关键设备，对工作面顶板进行有效支护，使矸石可能的滑落被遮挡，实现推移刮板输送机和采煤机，不断推进采煤工作面。要确定支架类型（支撑式、掩护式、支撑掩护式）、支护阻力（初撑力和额定工作阻力）、支护强度与底板比压以及支架的结构参数（立柱数目、最大最小高度、顶梁和底座的尺寸及相对位置等）及阀组性能和操作方式等。在选型之前，必须将所采工作面的煤层、顶底板及采区的地质条件全部查清。然后依据不同类级顶板选取架型。

3.2煤矿其它综采设备关键技术

一是采煤机。采煤机的实际生产能力主要取决于采高、截深、牵引速度以及工作时间利用系数。采高由滚筒直径、调高形式和摇臂摆角等决定。滚筒直径是滚筒采煤机采高的主要调节变量，每种采煤机都有几种滚筒直径供选择，滚筒直径应满足最大采高及卧底量的要求。截深的选取与煤层厚度、煤质软硬、顶板岩性以及移架步距有关。二是刮板输送机。它的输送能力应大于采煤机的最大生产能力，一般取1.2倍。要根据刮板链的质量情况确定链条数目，结合煤质硬度选择链子结构型式。应优先选用双电机双机头驱动方式和短机头和短机尾型号，应满足采煤机的配合要求，如在机头机尾安装张紧、防滑装置，靠煤壁一侧设铲煤板，靠采空区一侧附设电缆槽等。输送能力要大于采煤机生产能力并有一定备用能力。

3.3煤矿远程自动化控制技术

采用先进的自动化远程控制技术，在煤矿综采自动化采煤中实现三维检测、工作面自动找直等，采用远程控制关键设备自动监测采煤工艺技术，结合自动识别、割矿设备自主定位导航、液压支架电液控制及井下高速双向通讯等技术，保证煤矿综采自动化采矿工艺实现智能化、自动化及无人值守。关键技术主要有：一是全景动态视频监视煤矿综采工作面，对生产现场，数据通讯及自动传输进行全面查看。二是自动控制采煤机，利用采煤机自主定位、远程监控技术，使其切割能力明显改善，割煤速度不断提高，实现自动调整采煤机滚筒、远程操作控制及通信。三是低照度视频监视技术，采用视频摄像头将清晰视频、图像等信号获取，并在强污染环境下使镜头保持清洁度，气幕屏障采用压缩空气形成，直接隔离粉塵，以免煤尘污染视频摄像镜头。四是煤矿无人化控制系统。实时监控采煤机运行状态，通过远程监控、故障保护等，使自动化系统在工作面提高采煤机的智能化水平。

4.煤矿综采自动化采煤工艺案例

某煤矿煤层0.6-0.9米厚，平均厚度0.7米，不存在夹矸，煤层厚度和矿质条件显示良好，煤层为4-5米的粉砂岩直接顶板，3-4米粉砂岩底板，倾角17-23°，可采储量预计360万吨。煤层厚度比较简单、稳定，采用分类选型设计、系列配套方式，比较合理的三机配套参数，综采自动化可根据走向长壁，具体采煤工艺技术为退回式采煤方法，采用电牵引双滚筒采煤机落煤，自动装煤采用强力滚筒，连续运煤作业采用刮板输送机配合带式输送机。顶板管理采用全部垮落法的一次采全高，支护采用掩护式液压支架。回采工艺流程：采用采煤机斜切式从中部进刀、下行割煤后再上行空刀返回，自下而上由移动支架向刮板机推送，下行割煤、推送、输送煤等再重复操作。采用综采支架方式，在该综采自动化采煤工艺中，使工作面明显提升支护强度和安全系数，利用远程遥控自动化操作装置，使液压支架电液系统实现全自动化操作，在顶板管理中降低难度，保证采煤作业面循环状态的安全，使煤层较大开采难度、较高风险等问题得到妥善解决。错开布置交流变频电牵引采煤机、刮板输送机，保证综采作业的安全高效及自动化。结合具体情况针对采煤工作面液压支架支护进行合理选择，针对工作面液压支架顶梁完整的前端至煤壁侧顶板的情况，可对支架前梁端至煤壁侧不进行支护。工作面液压支架前发生开裂或破碎的梁端至煤壁侧顶板，可采用板梁支护。针对装煤装置应采取直行侧推方式，以免在装煤工程中产生各类安全问题。

5.结语

总之，煤矿作为我国的重要能源，应在生产中对安全提高重视。为促进经济建设提供有利条件。针对劳动生产力加强保护，使经济劳动力资源实现均衡发展，对于提高煤矿生产员工健康及家庭生活质量都具有十分积极地影响。煤矿综采自动化采煤工艺技术可结合煤层地质情况，对综采自动化适宜的采煤工艺和关键技术进行选择，是一种安全高效的技术，能够集中控制煤矿工作面综采设备，使煤矿开采实现智能化、自动化及无人化，对于我国矿产资源发展的持续、安全、高效具有重要推动作用。

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作者简介：汝传栋（1967-），男，汉族，安徽亳州人，大学本科学历。