我國薄煤層工作面自動化開采技術發(fā)展情況綜述20190423

1、我國薄煤層工作面自動化開采技術發(fā)展情況概述一、薄煤層開采面臨的新態(tài)勢我國煤炭資源稟賦特殊，薄煤層（厚度01.呼）煤炭資源分布地域遼闊，且可采儲量達到61.5億噸以上，占全部可開采儲量的19%左右。隨著中厚煤層資源逐步枯竭，中東部地區(qū)礦井面臨高效、安全的開發(fā)薄煤層煤炭資源，以實現(xiàn)礦井資源充分利用、可持續(xù)性發(fā)展的迫切需求。同樣在薄煤層、厚煤層共存的礦井中，加快薄煤層資源開發(fā)以實現(xiàn)后續(xù)待采煤層的解放也成為一個普遍面臨的急切要求。但是，由于薄煤層開采難度較大，且效益不如中厚煤層，實際開采量仍很低。薄煤層開采過程中主要面臨以下問題：薄煤層開采受其所在環(huán)境與空間的制約，設備安裝、操作難度大且設備功率普遍偏

2、低，相對于較大的投資而言產(chǎn)量無法保證開采經(jīng)濟性；作業(yè)活動范圍狹小，工人勞動強度大，而通風保障難度大，瓦斯等危險有害氣體排放困難容易引發(fā)安全事故。面對以上問題，國內采煤行業(yè)已經(jīng)達成了通過研究薄煤層采煤新技術、新工藝，研發(fā)高效智能的自動化采煤技術及裝備，降低薄煤層工作面勞動強度，提高工作人員的安全系數(shù)和采煤效率，減少井下作業(yè)礦工人數(shù)，最終實現(xiàn)薄煤層無人化開采的共同認識，并正朝著這個目標努力邁進。二、薄煤層工作面自動化開采技術發(fā)展特點（一）整體技術發(fā)展整體情況相比國外應用比較廣泛的其他二種薄煤層采煤方法：刨煤機機組自動化截割方法與螺旋轉機機組遠程操作截割方法而言，我國煤炭技術裝備及生產(chǎn)企業(yè)重點圍繞滾

3、筒采煤機機組自動化開采方法開展研究。滾筒采煤機開采方式能夠很好地適應煤層厚度變化大和頂?shù)装甯叩筒▌硬黄降墓ぷ髅妫覍鄬虞^多的煤層同樣適應，支護效果好。同時為了提高薄煤層工作面生產(chǎn)效率和產(chǎn)量，提高開采作業(yè)安全性和可靠性，實現(xiàn)工作面少人化、無人化開采，相關采煤技術也朝著更高產(chǎn)高效、自動化程度更高、更高可靠性的方向發(fā)展。一是綜采成套裝備朝著大功率、矮型化方向發(fā)展。薄煤采煤機主要朝著大功率方向發(fā)展。采用交流變頻調速牽引技術，用集成化程度高、更輕巧、體積小的新型變頻器取代傳統(tǒng)變壓器等電器控制裝置，結構經(jīng)過優(yōu)化設計后，機身長度變短，提高了采煤機對薄煤層特殊煤層環(huán)境的適應性。液壓支架向著薄頂梁、高工阻、高

4、可靠性、機電一體化方向發(fā)展，以適應不同地質條件下的工作面快速推進需求。刮板運輸機向矮型重型耐磨方向發(fā)展，能夠很好適應小煤層厚度及頂板起伏變動大的特殊環(huán)境，減小故障率，提高其可靠性。二是建立了對液壓支架、采煤機、刮板運輸機、轉載機和破碎機等綜采成套設備的遠程集中協(xié)同控制的控制中心，將井下作業(yè)設備整個作業(yè)流程形成程序化、智能化作業(yè)，實現(xiàn)地面控制、地下無人的管理作業(yè)模式。三是將一些自動化、智能化技術集成應用在煤炭開采機械設備中，比如工作面的三維定位技術、視頻監(jiān)控技術、自動找直技術及相關輔助的自動化生產(chǎn)裝置等。（二）重點技術發(fā)展情況1、薄煤層成套裝備技術方案針對薄煤層開采難題，通過確定合理的配套原則，

5、中國煤炭科工集團開采設計院研發(fā)了適應最低采高1.1m薄煤層年產(chǎn)100萬噸的成套綜采裝備。研發(fā)了基于半懸式機身+懸截割電機的大功率、矮機身強力采煤機，同時優(yōu)化設計了薄頂梁、高工阻、高可靠性液壓支架和矮槽幫刮板輸送機成套裝備。2、薄煤層自動化控制系統(tǒng)以北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司為代表的煤礦綜采自動化技術研發(fā)企業(yè)，通過自主創(chuàng)新和產(chǎn)學研結合，持續(xù)研發(fā)投入，實現(xiàn)了我國綜采自動化技術的快速發(fā)展。已經(jīng)實現(xiàn)的自動化技術包括：液壓支架跟機自動化技術、采煤機記憶截割技術、工作面視頻監(jiān)控技術、遠程集中控制技術、基于慣性導航系統(tǒng)的自動找直技術等。截止2018年底全國已建設了將近100個智能化工作面，其中薄煤層工

6、作面也不乏優(yōu)秀代表。同時，礦、企、學等多方還依托2017年國家重點研發(fā)計劃項目“煤礦智能開采安全技術與裝備研發(fā)”，正在聯(lián)合開發(fā)基于“透明工作面”的智能開采技術主要包括：工作面三維掃描和三維建模技術，基于煤機滾筒智能調高的數(shù)字化割煤技術，以實現(xiàn)我國綜采自動化開采的再一次技術發(fā)展。3、薄煤層電纜自動拖拽技術針對薄煤層電纜容易掉道、必須人員跟隨看護的實際生產(chǎn)問題，相關研究單位提出了實現(xiàn)電纜隨采煤機牽引自動推拽的控制裝備。通過拖拽系統(tǒng)實現(xiàn)電纜自動翻折，避免了掉道或折斷造成的硬件損壞，同時降低了工人勞動情況，實現(xiàn)工作面生產(chǎn)人員的減少。目前此項技術正在開展井下工業(yè)性試驗，技術驗證效果滿足實際生產(chǎn)使用需求。

7、4、工作面智能巡檢系統(tǒng)針對目前薄煤層工作面自動化開采時設仍需要人工跟機巡檢作業(yè)的問題，部分研究單位提出了適用于井下狹長采場空間、危險惡劣工作環(huán)境、無衛(wèi)星定位條件的基于軌道的巡檢系統(tǒng)，目前正在開展井下工業(yè)性試驗。通過巡檢平臺搭載用于綜采工作面環(huán)境和設備的監(jiān)控、定位、感知設備，應用于工作面生產(chǎn)和安全巡檢過程，實現(xiàn)機器巡檢替代人工巡檢，提升工作面安全生產(chǎn)水平，達到“無人則安”目標。（三）薄煤層自動化開采代表礦井1、黃陵一礦、濱湖煤礦基于可視化遠程干預模式的自動化工作面以黃陵一礦、濱湖煤礦薄煤層工作面為代表的綜采智能化1.0技術，主要包含了液壓支架跟機自動化技術、采煤機記憶截割技術、工作面視頻監(jiān)控技術

8、和遠程集中控制技術等，實現(xiàn)了工作面有人巡視，無人操作；順槽可視化控制，地面遠程割煤此技術已在全國推廣50余套。2、貴州巖腳煤礦基于規(guī)劃開采模式的自動化工作面2018年4月貴州省科技廳總結并發(fā)布的“煤礦井下無人/少人采掘系統(tǒng)研究”科技重大專項技術榜單中，正在實施的巖腳煤礦12701智能化工作面提出的基于規(guī)劃開采模式的自動化開采技術成為其中的亮點。該項目通過前期三維物探技術構建出了工作面三維地理信息模型，通過結合工作面推進度情況看生產(chǎn)頂?shù)装遄兓€，為下一循環(huán)提供采煤機自動截割指導。這種方式替代了傳統(tǒng)的記憶截割，解決了記憶截割普遍存在的對工作面頂?shù)装鍡l件適應性較差的問題。3、神東榆家梁煤礦基于數(shù)字

9、化割煤的無人工作面神東公司從2004年開始致力于薄煤層自動化開采工藝的研究。目前正在建設的榆家梁煤礦43101工作面是立足于研發(fā)一套基于精確定位和三維模型的綜采工作面自主割煤系統(tǒng)。本項目將設備慣性導航定位、地質三維掃描、數(shù)字化割煤模型等相關技術引入綜采工作面自動集中控制系統(tǒng)，以實現(xiàn)綜采工作面正常生產(chǎn)過程的無人操作。同時項目配套了采煤機電纜自動推拽系統(tǒng)、工作面巡檢系統(tǒng)等新研究裝備，通過機械化替人的方式達到工作面無跟機采煤機司機、無跟機支架工、無巡視人員的無人工作面生產(chǎn)模式。同時神東公司為提高薄煤層工作面生產(chǎn)經(jīng)濟性，提出了工作面長度達到為350m的超長布置方式。通過布置超長工作面目標是提升工作面生

10、產(chǎn)效率，增加中部快速截割區(qū)域，降低兩端頭折返生產(chǎn)時間比例，從而提高工作面生產(chǎn)效率。三、薄煤層自動化開采帶來的積極影響（一）作業(yè)人員得到解放，安全水平提升明顯由于薄煤層工作面作業(yè)環(huán)境惡劣、復雜，賦存條件復雜變化引起的煤層頂板、瓦斯、水、火、粉塵等多種危險對作業(yè)人員安全行成了極大的隱患。采用自動化開采技術與裝備可極大的減少了井下作業(yè)人員的數(shù)量，提高了人員工效，在作業(yè)人員得到解放的同時明顯提升工作面安全水平。（二）突破作業(yè)空間限制，生產(chǎn)效率大幅提升由于薄煤層工作面人員行動空間狹小，大幅限制了人員跟機作業(yè)的速度，使得非自動化生產(chǎn)模式下，裝備生產(chǎn)的速度取決于作業(yè)人員在工作面的行進速度。采用自動化技術與裝

11、備，工作面人員勞動強度得到極大程度的緩解，采用人員交替巡視、分區(qū)域巡視等不同生產(chǎn)方式，降低勞動強度的同時有力釋放了裝備產(chǎn)能，使得生產(chǎn)效率有了大幅的提升。四、仍亟待解決的問題（一）工作面開采布置方式有待進一步解放思想相比國外薄煤層開采工作面350m以上長度的開采布置方式，同等厚度煤層國內工作面大多限制在250米以內。受到生產(chǎn)過程中采煤機在三角區(qū)的往復折返，且在此過程中采煤機截割速度普遍低于中部區(qū)域的影響、三角區(qū)時間占整體生產(chǎn)時間比例較大，限制了進一步提升生產(chǎn)效率的空間。因此需要在薄煤層工作面開采部署方式上進一步解放思想，吸收神東公司超長薄煤層工作面開采經(jīng)驗，開展工作面開采布置長度向350m以上方向發(fā)展。（二）開采裝備技術有待進一步提升薄煤層在開采過程中要受其所在環(huán)境與空間的制約，相關設備尺寸較小，而尺寸小也限制了設備功率的提升。薄煤層裝備要求尺寸小、功率大的矛盾性問題仍是一個迫切需要解決的問題，希望裝備制造廠商深入研究適用于薄煤層開采的裝備技術，嘗試差異化結構設計，實