无人工作面智能化开采.docx

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1、薄煤层综采现状及对其开展展望研究摘要：近年来，随着社会经济的快速开展，我国煤炭开采技术水平也有了显著的提高，这对国民经济的开展具有非常重大的意义。就目前我国煤炭开采情况来看，薄煤层开采对实现煤炭工业的可持续开展具有至关重要的作用。虽然薄煤层开采技术有了一定程度的提高、机械化采煤技术也有了一定程度的进步，但仍存在着一些问题。文章从综采配套设备和自动化远程控制两个方面对薄煤层开采技术进行了深入研究，提出了薄煤层自动化开采的工作模式，开发了既能满足一定生产能力，又能适应复杂生产环境的无人自动化、远程控制开采的开采体系及其工艺。通过对智能控制、网络传输、视频监测和远程通讯等关键技术的应用研究，建立起了

2、薄煤层数字化无人工作面监控系统，根本实现了薄煤层综采工作面的无人化远程控制。关键词：薄煤层，综采，自动化，远程控制Abstract：Inrecentyears,withtherapiddevelopmentofsocialeconomy,Chinascoalminingtechnologyhasalsobeensignificantlyimproved,whichisofgreatsignificancetothedevelopmentofthenationaleconomy.OnthecurrentsituationofcoalmininginChina,thincoalseammining

3、playsanimportantroleinrealizingthesustainabledevelopmentofcoalindustry.Althoughthethincoalseamminingtechnologyhasacertaindegreeofimprovement,mechanicalminingtechnologyhasacertaindegreeofprogress,buttherearestillsomeproblems.Inthispaper,thethinseamminingtechnologyisstudieddeeplyfromtwoaspectsoffullym

4、echanizedminingequipmentandautomaticremotecontrol.Thepaperputsforwardtheworkingmodeofautomaticminingofthincoalseam,anddevelopsthesystemandtechnologyofunmannedautomationandremotecontrolmining,whichcannotonlymeettheproductioncapacity,butalsocanadapttothecomplexproductionenvironment.Throughtheapplicati

5、onresearchofintelligentcontrol,networktransmission,videomonitoringandremotecommunicationandotherkeytechnologies,themonitoringsystemofthedigitalunmannedworkingfaceofthincoalseamisestablished,andtheunmannedremotecontrolofthefullymechanizedcoalminingfaceisrealized.KeyWords:thinseam,fullymechanized,auto

6、mation,remotecontrol1:煤层研究背景薄煤层开采一直是困扰我国煤炭行业的技术难题，特别是极薄煤层综采技术的实现尤为困难。数据说明全国1.3m以下的薄煤层约占煤炭储量的19%,而开采比例只有7%。国内多数矿井采用普采或高档普采生产工艺，存在生产效率低、经济效益差、人员与设备平安性低等问题。另外，对一些薄、厚煤层并存的煤矿，由于薄煤层开采速度缓慢，使其下部的中厚煤层长期得不到及时开采，以至影响工作面的正常接替，而有的就只能被迫丧失一些薄煤层资源;随着大批煤矿中、厚煤层的资源开采，薄煤层的开采己提上日程。尽管局部矿井开展了薄煤层综采机械化研究，但受地质条件、开采方式等诸多因素的影响

7、，一直未能顺利开展与推广。开采装备技术的落后造成大量薄煤层储量被弃采，资源被浪费。2006-2020国家中长期科学和技术开展规划纲要优先提出：重点研究开发煤炭高效开采技术及配套装备；战略性新兴产业重点产品和效劳指导目录指出：无人工作面智能化采煤技术；煤炭工业开展“十二五”规划明确提出：开展技术攻关支持煤矿无人工作面开采技术研究与示范工程建设；国务院关于促进煤炭工业健康开展的假设干意见规定（国发200518号）：鼓励采用先进技术，开采难采煤层和极薄煤层。因此，研究采煤装备自动化和远程监控技术，提高煤矿井下自动化装备水平，实现煤矿综采工作面自动化、无人或少人化开采，提高煤炭资源开采效率、减少煤矿井

8、下重大人员伤亡，对保障煤矿平安、促进煤炭资源可持续开展具有重要的现实和战略意义。目前，薄煤层开采主要采用的生产装备与工艺技术落后、适应性差，产量小、效率低、效益差、平安生产状况存在隐患，特别是峰峰集团的一些高瓦斯矿井，小于1.2m厚度的薄煤层地质条件复杂，断层多、煤层厚度变化大，急需解决保护层开采难题，为煤与瓦斯突出的主采厚煤层平安开采提供保障。以峰峰集团为例，开采历史到达100多年，资源极度匮乏，而薄煤层储量到达1.26亿吨，其中极薄煤层储量约0.5亿吨，且多为稀缺煤种，其工业应用价值极高，如果放弃薄煤层的开采，将对国家资源造成无法挽回的损失。为解决资源回收和提高企业效益，针对煤层开采问题，

9、于2008年初提出了“极薄煤综采自动化配套设备及生产工艺的研究与应用”课题，目的是实现极薄煤层综采高产高效。当前薄煤层开采还面临着诸多问题，尤其是空间过于狭小，环境恶劣，使得综采设备和操作人员的平安等。工作面环境如图1.1,图1.2所示。图1.1薄煤层工作面空间狭小图L2薄煤层环境恶劣2国内外薄煤层开采技术现状2.1 概况薄煤层开采一直是困扰我国煤炭行业的技术难题，国内许多煤矿仍采用炮采或高档普采生产工艺，开采装备技术落后，产量低、效益、适应性及可靠性差，开采技术水平相对较低。如峰峰集团薄煤层储量到达1.26亿吨，其中薄煤层储量7000万吨以上，均为稀缺煤种（主要是主焦煤和肥焦煤），开采价值高

10、。同时，薄煤层作为具有瓦斯突出危险的煤层的解放层，其开采后的空间可作为开采层的瓦斯等有害气体的释放空间，为主采煤层开采提供可靠的平安保障。随着厚及中厚煤层资源的减少和一些矿井煤层开采解放层的要求,我国急需加大薄煤层的开采力度。由于受到工作面空间狭小、地质条件变化敏感、材料强度及机械结构、设备配套尺寸限制等因素的限制，薄煤层机械化开采远远落后于中厚及厚煤层水平。近些年来厚及中厚煤层平安高效开采技术有了很大提高，促进了薄煤层装备研发制造和机械化开采快速开展。我国薄煤层的开采开始20世纪50年代，主要使用炮采工艺；60年代开始使用深截煤机掏槽，爆破落煤；70年代研制出多种类型的薄煤层刨煤机；90年代

11、开始，天府、徐州、新汶等矿务局，先后从俄罗斯和乌克兰引进了螺旋钻采煤机，应用在一些传统采煤工艺不能开采的薄与极薄煤层的开采。2.2 开采过程中存在的问题：第一，薄煤层实际开采过程中，经常会遭受其所处环境和空间的限制，开采机械设备的安装和操作难度比拟大；同时也是由于薄煤层开采空间的限制，工作人员的活动范围非常有限，瓦斯等有害气体的排放变得更加困难，因此很容易引发平安事故。第二，由于薄煤层所赋存的煤矿厚度比拟低，因此薄煤层的开采进度非常快，相关机械设备的运转周期也会因此变短，频繁的设备调动使薄煤层的开采工作变得异常紧张。第三，与中、厚煤层相比，薄煤层的产量投资相对较大。但薄煤层煤矿开采并非没有益处

12、，其开采优势主要表现为：工作面的顶板位移较小且容易控制、薄煤层的开采不会造成大面积的地面塌陷以及薄煤层的开采不会对邻近煤层产生太大的影响。第四，较之于厚煤层和中煤层而言，薄煤层煤矿的产量比拟低、煤矿抛洒浪费也比拟严重。薄煤层所处的地理环境复杂多变，这将对薄煤层的产量造成严重的影响。据统计数据显示，薄煤层煤矿的开采量只相当于中、厚煤层开采量的三分之一。2.3 设备应用过程中还存在问题：刨煤机应用过程中存在的主要问题有：我国的刨煤机产品尚处于成长阶段，有许多关键技术尚待攻关；机头机尾体积和重量大，端头支护困难。巷道变形严重时，会造成机头机尾被压死；机头机尾处往往顶板较为破碎，移溜支设不牢固致推移困

13、难，机头机尾推移时间过长，制约了生产能力；机头机尾处装煤效果差形成大量堆煤，人工清理易发生平安事故，同时也是造成机头尾推移困难的原因；遇工作面地质构造时，辅助工序繁杂，人员作业困难、劳动强度大，生产效率低；刨头的连接螺栓易变形，电控局部防尘、防水性能对工作环境要求苛刻，集控箱事故率高。世界各主要产煤国家都在积极开发和研制适应各种煤层条件的、高产高效的综采设备,其美国、澳大利亚、德国、英国等国家开展尤为迅速，日产超过万研究目标及研究内容吨的工作面数量逐年增加，而且产量记录不断刷新，推动了采煤机综合机械化的开展进入了一个新的时期。德国和英国的综采技术及综采设备位于世界前沿，由于受其国内煤层赋存条件

14、的限制，其高产高效工作面数量不如美国和澳大利亚，而最著名的、生产采煤机械的公司主要集中在德国和英国。国外具有影响力的采煤机械制造公司，比方美国久益。OY)公司、德国艾可夫(ElCKHoFF)公司、英国Long-Airdox公司、日本三井三池及波兰KOMAG采矿机械化研究中心等，都以生产和研发适合于中厚煤层开采的大功率采煤机为主，但对薄煤层采煤机研制不多。究其主要原因，是因为在这些国家进行煤炭开采，需要较高的人工费用，以自动化程度较高的刨煤机为主进行薄煤层的开采。假设使用滚筒采煤机对薄煤层进行开采那么难以实现自动化，需要支付数额较大的工人工资，导致经济效益相对降低和本钱增加。3研究目标及技术路线

15、3.1 研究目标(1)薄煤层工作面综采设备的自动化研制具有自动化和智能化控制功能的工作面采煤机、液压支架和刮板输送机，使其自动完成割煤、装煤、移架、移刮板输送机和顶板支护等生产工艺流程，减轻工人劳动强度，保证矿井平安高效开采。(2)生产现场的无人化建立工作面集中监控平台，集通讯网络、视频监视和远程操作控制于一体，通过自动协调匹配或人工远程干预方式，在工作面现场无人值守条件下实现“采、掘、运”生产工艺流程。综采自动化技术的研究成果已经在国内一些条件较好的大型、特大型矿井使用，取得良好效果。如何在地质条件复杂、工作环境恶劣的薄煤层开采中开发应用综采自动化技术，是近些年来煤炭行业科研人员的努力方向和

16、追求目标。越是开采条件危险艰苦，越应该使用综采自动化技术。特别是资源枯竭的老矿井，能够最大限度地提高煤炭储量利用率、回收不可再生的煤炭资源，延长矿井的效劳年限。3.2 研究内容(1)研究、试验解决采高低限0.9m的极薄煤层综采设备与回采工艺，极薄煤层综采煤岩切割、装载和自动化技术；(2)研究、试验开采薄煤自动化综采工作面三机关键设备及配套的功能、结构、强度、生产能力等；对回采工艺系统研究，确定极薄煤综采生产工艺；(3)薄煤层综采自动化远程控制系统研究，分别展开对成套设备的可视化、智能截割、远程监控等内容的研究。3.3 技术路线薄煤层综采自动化技术研究是实现综采工作面自动控制，完成综采工作面自动化、信息化、少人无人化目标的关键技术研究。技术路线按照“充分收集并分析国内外已有的成果和资料一现场调研并提出问题的解决方法一进行充分的理论分析和模拟分析f利用有限元验证理论分析的正确性”的流程完成。图3.1技术路线