1、精選優質文檔-傾情為你奉上薄煤層綜采現狀及對其發展展望研究摘 要：近年來，隨著社會經濟的快速發展，我國煤炭開采技術水平也有了顯著的提高，這對國民經濟的發展具有非常重大的意義。就目前我國煤炭開采情況來看，薄煤層開采對實現煤炭工業的可持續發展具有至關重要的作用。雖然薄煤層開采技術有了一定程度的提高、機械化采煤技術也有了一定程度的進步，但仍存在著一些問題。文章從綜采配套設備和自動化遠程控制兩個方面對薄煤層開采技術進行了深入研究，提出了薄煤層自動化開采的工作模式，開發了既能滿足一定生產能力，又能適應復雜生產環境的無人自動化、遠程控制開采的開采體系及其工藝。通過對智能控制、網絡傳輸、視頻監測和遠程通訊等

2、關鍵技術的應用研究，建立起了薄煤層數字化無人工作面監控系統，基本實現了薄煤層綜采工作面的無人化遠程控制。關鍵詞：薄煤層，綜采，自動化，遠程控制Abstract：In recent years, with the rapid development of social economy, China's coal mining technology has also been significantly improved, which is of great significance to the development of the national economy. On the cu

3、rrent situation of coal mining in China, thin coal seam mining plays an important role in realizing the sustainable development of coal industry. Although the thin coal seam mining technology has a certain degree of improvement, mechanical mining technology has a certain degree of progress, but ther

4、e are still some problems. In this paper, the thin seam mining technology is studied deeply from two aspects of fully mechanized mining equipment and automatic remote control. The paper puts forward the working mode of automatic mining of thin coal seam, and develops the system and technology of unm

5、anned automation and remote control mining, which can not only meet the production capacity, but also can adapt to the complex production environment. Through the application research of intelligent control, network transmission, video monitoring and remote communication and other key technologies,

6、the monitoring system of the digital unmanned working face of thin coal seam is established, and the unmanned remote control of the fully mechanized coal mining face is realized.Key Words: thin seam, fully mechanized, automation, remote control1 薄煤層研究背景薄煤層開采一直是困擾我國煤炭行業的技術難題，特別是極薄煤層綜采技術的實現尤為困難。數據表明全國

7、1.3m以下的薄煤層約占煤炭儲量的19%，而開采比例只有7%。國內多數礦井采用普采或高檔普采生產工藝，存在生產效率低、經濟效益差、人員與設備安全性低等問題。另外，對一些薄、厚煤層并存的煤礦，由于薄煤層開采速度緩慢，使其下部的中厚煤層長期得不到及時開采，以至影響工作面的正常接替，而有的就只能被迫丟失一些薄煤層資源;隨著大批煤礦中、厚煤層的資源開采，薄煤層的開采己提上日程。盡管部分礦井開展了薄煤層綜采機械化研究，但受地質條件、開采方式等諸多因素的影響，一直未能順利開展與推廣。開采裝備技術的落后造成大量薄煤層儲量被棄采，資源被浪費。2006-2020國家中長期科學和技術發展規劃綱要優先提出：重點研究

8、開發煤炭高效開采技術及配套裝備；戰略性新興產業重點產品和服務指導目錄指出：無人工作面智能化采煤技術；煤炭工業發展“十二五”規劃明確提出：開展技術攻關支持煤礦無人工作面開采技術研究與示范工程建設；國務院關于促進煤炭工業健康發展的若干意見規定(國發200518號)：鼓勵采用先進技術，開采難采煤層和極薄煤層。因此，研究采煤裝備自動化和遠程監控技術，提高煤礦井下自動化裝備水平，實現煤礦綜采工作面自動化、無人或少人化開采，提高煤炭資源開采效率、減少煤礦井下重大人員傷亡，對保障煤礦安全、促進煤炭資源可持續發展具有重要的現實和戰略意義。目前，薄煤層開采主要采用的生產裝備與工藝技術落后、適應性差，產量小、效率

9、低、效益差、安全生產狀況存在隱患，特別是峰峰集團的一些高瓦斯礦井，小于1.2m厚度的薄煤層地質條件復雜，斷層多、煤層厚度變化大，急需解決保護層開采難題，為煤與瓦斯突出的主采厚煤層安全開采提供保障。以峰峰集團為例，開采歷史達到100多年，資源極度匱乏，而薄煤層儲量達到1.26億噸，其中極薄煤層儲量約0.5億噸，且多為稀缺煤種，其工業應用價值極高，如果放棄薄煤層的開采，將對國家資源造成無法挽回的損失。為解決資源回收和提高企業效益，針對0.6-0.8煤層開采問題，于2008年初提出了“極薄煤綜采自動化配套設備及生產工藝的研究與應用”課題，目的是實現極薄煤層綜采高產高效。當前薄煤層開采還面臨著諸多問題

10、，尤其是空間過于狹小，環境惡劣，使得綜采設備和操作人員的安全等。工作面環境如圖1.1，圖 1.2 所示。圖 1.1 薄煤層工作面空間狹小 圖 1.2 薄煤層環境惡劣2 國內外薄煤層開采技術現狀2.1 概況 薄煤層開采一直是困擾我國煤炭行業的技術難題，國內許多煤礦仍采用炮采或高檔普采生產工藝，開采裝備技術落后，產量低、效益、適應性及可靠性差，開采技術水平相對較低。如峰峰集團薄煤層儲量達到1.26億噸，其中0.9m-1.3m薄煤層儲量7000萬噸以上，均為稀缺煤種（主要是主焦煤和肥焦煤），開采價值高。同時，薄煤層作為具有瓦斯突出危險的煤層的解放層，其開采后的空間可作為開采層的瓦斯等有害氣體的釋放空

11、間，為主采煤層開采提供可靠的安全保障。 隨著厚及中厚煤層資源的減少和一些礦井煤層開采解放層的要求，我國急需加大薄煤層的開采力度。由于受到工作面空間狹小、地質條件變化敏感、材料強度及機械結構、設備配套尺寸限制等因素的限制，薄煤層機械化開采遠遠落后于中厚及厚煤層水平。近些年來厚及中厚煤層安全高效開采技術有了很大提高，促進了薄煤層裝備研發制造和機械化開采快速發展。 我國薄煤層的開采開始20世紀50年代，主要使用炮采工藝；60年代開始使用深截煤機掏槽，爆破落煤；70年代研制出多種類型的薄煤層刨煤機；90 年代開始，天府、徐州、新汶等礦務局，先后從俄羅斯和烏克蘭引進了螺旋鉆采煤機，應用在一些傳統采煤工藝

12、不能開采的薄與極薄煤層的開采。2.2開采過程中存在的問題：第一，薄煤層實際開采過程中，經常會遭受其所處環境和空間的限制，開采機械設備的安裝和操作難度比較大；同時也是由于薄煤層開采空間的限制，工作人員的活動范圍非常有限，瓦斯等有害氣體的排放變得更加困難，因此很容易引發安全事故。第二，由于薄煤層所賦存的煤礦厚度比較低，因此薄煤層的開采進度非?？欤嚓P機械設備的運轉周期也會因此變短，頻繁的設備調動使薄煤層的開采工作變得異常緊張。第三，與中、厚煤層相比，薄煤層的產量投資相對較大。但薄煤層煤礦開采并非沒有益處，其開采優勢主要表現為：工作面的頂板位移較小且容易控制、薄煤層的開采不會造成大面積的地面塌陷以及

13、薄煤層的開采不會對鄰近煤層產生太大的影響。第四，較之于厚煤層和中煤層而言，薄煤層煤礦的產量比較低、煤礦拋灑浪費也比較嚴重。薄煤層所處的地理環境復雜多變，這將對薄煤層的產量造成嚴重的影響。據統計數據顯示，薄煤層煤礦的開采量只相當于中、厚煤層開采量的三分之一。2.3設備應用過程中還存在問題：刨煤機應用過程中存在的主要問題有：我國的刨煤機產品尚處于成長階段，有許多關鍵技術尚待攻關；機頭機尾體積和重量大，端頭支護困難。巷道變形嚴重時，會造成機頭機尾被壓死；機頭機尾處往往頂板較為破碎，移溜支設不牢固致推移困難，機頭機尾推移時間過長，制約了生產能力；機頭機尾處裝煤效果差形成大量堆煤，人工清理易發生安全事故

14、，同時也是造成機頭尾推移困難的原因；遇工作面地質構造時，輔助工序繁雜，人員作業困難、勞動強度大，生產效率低；刨頭的連接螺栓易變形，電控部分防塵、防水性能對工作環境要求苛刻，集控箱事故率高。世界各主要產煤國家都在積極開發和研制適應各種煤層條件的、高產高效的綜采設備，其美國、澳大利亞、德國、英國等國家發展尤為迅速，日產超過萬研究目標及研究內容噸的工作面數量逐年增加，而且產量記錄不斷刷新，推動了采煤機綜合機械化的發展進入了一個新的時期。德國和英國的綜采技術及綜采設備位于世界前沿，由于受其國內煤層賦存條件的限制，其高產高效工作面數量不如美國和澳大利亞，而最著名的、生產采煤機械的公司主要集中在德國和英國

15、。國外具有影響力的采煤機械制造公司，比如美國久益(JOY)公司、德國艾可夫(EICKHOFF)公司、英國LongAirdox公司、日本三井三池及波蘭KOMAG采礦機械化研究中心等，都以生產和研發適合于中厚煤層開采的大功率采煤機為主，但對薄煤層采煤機研制不多。 究其主要原因，是因為在這些國家進行煤炭開采，需要較高的人工費用，以自動化程度較高的刨煤機為主進行薄煤層的開采。若使用滾筒采煤機對薄煤層進行開采則難以實現自動化，需要支付數額較大的工人工資，導致經濟效益相對降低和成本增加。3研究目標及技術路線3.1 研究目標 （1）薄煤層工作面綜采設備的自動化 研制具有自動化和智能化控制功能的工作面采煤機、

16、液壓支架和刮板輸送機，使其自動完成割煤、裝煤、移架、移刮板輸送機和頂板支護等生產工藝流程，減輕工人勞動強度，保證礦井安全高效開采。 （2）生產現場的無人化 建立工作面集中監控平臺，集通訊網絡、視頻監視和遠程操作控制于一體，通過自動協調匹配或人工遠程干預方式，在工作面現場無人值守條件下實現“采、掘、運”生產工藝流程。 綜采自動化技術的研究成果已經在國內一些條件較好的大型、特大型礦井使用，取得良好效果。如何在地質條件復雜、工作環境惡劣的薄煤層開采中開發應用綜采自動化技術，是近些年來煤炭行業科研人員的努力方向和追求目標。越是開采條件危險艱苦，越應該使用綜采自動化技術。特別是資源枯竭的老礦井，能夠最大

17、限度地提高煤炭儲量利用率、回收不可再生的煤炭資源，延長礦井的服務年限。3.2研究內容 （1）研究、試驗解決采高下限0.9m的極薄煤層綜采設備與回采工藝，極薄煤層綜采煤巖切割、裝載和自動化技術； （2）研究、試驗開采0.9-1.3m薄煤自動化綜采工作面三機關鍵設備及配套的功能、結構、強度、生產能力等；對回采工藝系統研究，確定極薄煤綜采生產工藝； （3）薄煤層綜采自動化遠程控制系統研究，分別展開對成套設備的可視化、智能截割、遠程監控等內容的研究。3.3技術路線薄煤層綜采自動化技術研究是實現綜采工作面自動控制，完成綜采工作面自動化、信息化、少人無人化目標的關鍵技術研究。技術路線按照“充分收集并分析國

18、內外已有的成果和資料現場調研并提出問題的解決方法進行充分的理論分析和模擬分析利用有限元驗證理論分析的正確性”的流程完成。圖3.1 技術路線4 研究的意義 實現煤炭的安全、高效、高回收率開采是國家重要的產業政策和目標，煤礦綜采工作面自動化控制技術及裝備的應用是實現煤炭安全、高效、高回收率開采的重要保障、是國家經濟發展所需煤炭供應的先決條件、是煤炭行業先進生產力的重要體現。國家863計劃項目“煤礦井下采掘裝備遙控關鍵技術”，是以突破采煤過程和掘進過程中遙控設備的關鍵技術為核心，開發具備可視化遙控技術和遠距離控制裝置的煤巖巷道懸臂式掘進機、采煤機，從而更加直觀、便捷、高質量地滿足我國煤礦井下采掘裝備

19、遠距離遙控和安全作業的需要。綜采工作面自動化控制技術水平的高低成為體現煤礦現代化水平和煤機裝備是否先進的重要指標。因此，研究與應用采煤裝備自動化和遠程監控核心技術，可以提高煤礦井下自動化裝備水平，實現煤礦薄煤層綜采工作面自動化、無人或少人開采，提高薄煤層煤炭資源開采效率和保護層開采力度，解決有煤與瓦斯突出危險的主采厚煤層的消突問題，避免煤礦井下重大人員傷亡事故的發生，取得一定的經濟效益，延長礦井壽命。為保障煤礦安全、促進煤炭資源開發的可持續發展具有重要的現實和戰略意義。5 未來展望 薄煤開采通過綜采自動化的技術手段，實現無人化和高產高效生產是發展方向，通過創新，不斷提高對開采條件的適應性，提高

20、開采的經濟效益，提高開采人員安全性和舒適度，提高薄煤層儲量的開采比例，最大程度的減少資源的浪費。薄煤層裝備配套性能方面：采煤機在目前的基礎上進一步降低配套采高下限，提高切割能力，加大割煤速度：采用新材料，新技術，研究新結構。采煤機采取外牽引、懸臂或爬底板方式，機身多電機布置機電一體制造，小輪轂滾筒設計搖臂裝煤結構和通道。研究柔軟型強力自拖電纜，配合拖纜板，實現電纜自拖曳；研究超導散熱系統，代替冷卻水，去掉水管拖曳；無尾可靠通訊傳輸、即時遠程控制。綜采工作面智能化方面：依靠自主創新，突破煤礦井下惡劣復雜條件信息的安全傳輸、煤巖的識別、工作面推進直線度的控制、綜采設備的姿態定位、安全感知、可視的遠

21、程控制等多種技術，形成一套集測、控，視、音、傳一體化的綜采工作面智能控制系統，確保綜采設備連續、協調、高效、安全運行，實現工作面生產過程智能化。把現場工作人員所需的視覺、聽覺等各種信息由工作面提取至監控中心，工作人員在監控中心對綜采設備的遠程監視操控，實現工作面無人化的開采。 采煤機智能化方面： 在原有記憶割煤、過載保護、自動調高等功能的基礎上，增加視頻虛擬增強功能、雷達探測防機械碰撞功能和(layer detection system )等技術。我們進行的試驗證明紅外攝像功能提高工作面采煤地點周圍低照度、高粉塵工況下視頻辨別的能力；利用雷達探測技術感知周圍的障礙物實現防止機械碰撞；煤層分層檢

22、測技術用以檢測煤巖的賦存分布狀況，通過智能系統記錄并處理，實現采煤機智能化自動割煤。液壓支架智能化方面： 目前支架的自動化功能包括單機自動化、成組自動化、跟機自動化、智能調斜、支架姿態監測、高壓快速卸載等功能。未來主要的發展方向包括工作面推進中自動找直、超寬帶定位技術等。根據采煤機在工作面的運行情況描述出刮板運輸機的彎曲情況，傳輸給支架電液控制系統，自動控制液壓支架推移系統，將刮板運輸機的彎曲控制在一定程度內并保證工作面連續推進；超寬帶定位技術可以在工作面建立空間三維坐標，將設備、人員等重要標志物進行定位，從而將整個工作面的情況在計算機中體現出來并加以控制。工作面三維虛擬現實：建立高仿真度虛擬工作面生產現場情況，通過傳感器等外部設備采集的實時數據來驅動畫面中的虛擬設備模擬動作，實現三維可視效果，實時反映綜采工作面的工作情況，可產生身臨實境之感。通過技術的發展，工人將從工作條件惡劣的薄煤工作面現場解放出來，真正實現煤礦“無人化”的開采和工人有尊嚴的工作生活。參考文獻1 毛德兵，藍航，徐剛 我國薄煤層綜合機械化開采技術現狀及其新進展J.煤炭開采，2011（3）：11-142 喬紅兵，吳淼，胡登高 薄煤層開采綜合機械化技術現狀及發展