自动化综采工作面采煤工艺技术研究与应用

摘 要：通过介绍四台矿首个薄煤层自动化采煤无人工作面的自动监控系统的原理、组成和自动化生产情况，对自动化综采设备的选型和薄煤层条件下开采的应用管理效果进行了分析。

关键词：薄煤层；自动化；无人工作面；采煤工艺；技术研究

中图分类号：TD823.97 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）02-0033-02

1 概述

四台矿设计年生产能力5×106 t。现有的综采设备仍以人工操作为主，配备人员较多，薄煤层工作面环境恶劣，限制了设备效能的充分发挥。因此，我矿率先引进了一套全国产化自动化综采设备在12#层402辅盘区8213工作面进行了生产应用。

2 8213工作面概况

2.1 地理位置煤层赋存条件

12#层402辅盘区8213工作面可采走向长330.5 m，切巷长度118 m，面积38 999 m2，工业储量83 652 t，可采储量79 470 t。煤层为单斜构造，煤层厚度1.0～1.72 m，平均厚度1.65 m，倾角1.2°～6°。

2.2 煤层顶底板及地质构造

老顶为细砂岩、中砂岩互层，厚度为12.4 m；直接顶为细砂岩、粉岩互层，厚度为7.32 m；直接底为粉砂岩，厚度为4.12 m。在回采过程中，遇到高度h=0.5 m和h=0.8 m的两条正断层。该面上覆11#层8213面已回采，可能有大面积积水，在回采前已施工放水孔，将水患消除。

3 采煤方法和回采工艺流程

3.1 薄煤层自动化综采工作面的采煤方法

该面采用单一走向长壁后退式综合机械自动化采煤方法。工作面采高1.65 m，当煤厚为1.30～1.65 m时，见顶见底开采；当煤厚>1.65 m时，见顶留底开采。采用自然垮落法和人工强制放顶相结合的办法处理采空区顶板。

3.2 回采工艺

落煤方式：选用MG250/560-WD型双滚筒交流电牵引采煤机进刀割煤。

装煤方式：采煤机滚筒自行装煤。

运煤方式：SGZ-764/400型刮板输送机运煤。

支护方式：工作面采用ZYB4400/8.5/18D型掩护式电液控制液压支架，端头采用ZY6200-15/32D型掩护式电液控制液压支架。超前采用DW28-200/100和DW31.5-200/100型单体支柱配DFB3800/300C和DFB3200/300C型花边钢梁进行支护。

无人工作面控制系统：①在顺槽控制中心，实现工作面的控制；②采煤机自动记忆切割；③液压支架自动定位、推移；④三机自动联动；⑤皮带系统和泵站的自动控制；⑥视频监视自动跟踪。

3.3 回采工艺流程

3.3.1 采煤机进刀、割煤

自动化采煤主要有三种方式：第一种是机组司机用遥控器就近操作；第二种是操作人员控制煤机示范割一刀煤，以后煤机依据示范刀的记忆自动反复地割煤；第三种是通过监视系统对煤机进行有线远程操作。MG250/560-WD型采煤机具有记忆截割功能，即事先由人工操作割一个示范刀，采煤机内部存储器会记下在各个位置时滚筒的截割高度数据。煤机可随着工作面倾角的变化自动调整数据，进行自动补偿。在遇到工作面地质条件变化时，它依然能自动割煤，并保持平直，实现记忆截割。采用端头割三角煤斜切进刀，割刀时前滚筒割顶刀，后滚筒割底刀，如此循环往返，一次进两刀。

3.3.2 移架

ZYB4400/8.5/18D支架采用电液控制系统操作，支架跟随采煤机自动控制，支架立柱具有自动补压功能和安全操作功能（急停、闭锁、停止），可实现以下操作方式：①单架动作的非自动控制；②单架的自动顺序联动控制；③支架的成组自动控制。根据顶板情况，调整跟机自动化参数，在顶板完整、压力小的情况下，移架滞后采煤机后滚筒4架；在顶板破碎、压力大的情况下，采取承载带压移架、追机作业。

3.3.3 移溜

本工作面可实现三种推溜方式，即双向邻架推溜、双向成组自动推溜和本架推溜操作。根据工作面的地质条件和工人的操作熟练程度，本面回采采用自动顺序联动控制，装煤由煤机滚筒螺旋叶片进行主装煤，输送机铲煤板进行辅助装煤，使用自动顺序联动操作。

4 设备使用原理和开采系统的技术应用

4.1 SAC型支架电液控制系统

SAC电液控制系统的主要功能是控制支架的所有动作。在每台支架上均安装有控制器、人机操作界面、压力传感器和控制电缆等，组成单台支架单元的控制系统。支架控制器是电液控制系统的核心部件，通过每台支架上的人机操作界面可以发出各种控制命令，通过控制电缆将命令发送到本架控制器上，然后通过控制器，将控制命令转发到邻架（或远程支架）控制器上。执行动作的支架控制器接收到控制器命令后，打开相应的电磁阀驱动电路，控制相应的电磁阀动作，自动完成“降—移—升”、推溜、拉架、自动喷雾降尘等动作（如图1所示）。

4.2 采煤机和支架电液控制系统的协调控制技术

综采工作面的采煤工艺过程是以采煤机为中心，按正规流程循环作业：采煤机割煤到某一位置时，在不同位置或区域的支架要对应执行不同的动作。这些开始执行动作的命令要自动地随着采煤机的行进而及时、准确地向不同的支架发出，相关支架自动依程序执行动作，完成后自动停止。要将采煤机的自动记忆截割、支架根据采煤机位置自动追机拉架和实时视频跟踪看成一个整体的控制工艺，实现整体协调、安全保护和可视化控制。

4.3 运输机的状态监控系统

该工作面采用的SGZ764/400型刮板运输机的智能化技术核心在于涡轮技术传动系统，它是以水为工作介质的流量控制液力耦合器。来自于程序控制装置的输出信号进入到组合开关的执行控制器，从而为耦合器水系统提供智能管理和监测，并能通过工作面控制中心，对刮板输送机、转载机和破碎机等设备集中控制，顺序启停车。

4.4 全自动控制乳化液泵站系统

乳化液泵站微机全自动控制和综合保护系统是由乳化液泵站、全自动控制和综合保护系统、进水过滤器组、高压过滤站和自动配液等几部分组成。它可以实现以下功能：①用液自动开机，停用液自动关机；②乳化液泵吸空保护；③液箱自动补液，满液自动关闭；④自动按设定比例配比乳化液；⑤泵低油位保护；⑥低油压保护；⑦过油温保护；⑧可单机启动，也可双机启动。

5 综采工作面可视化监控系统

通过视频监控系统传送工作面图像，操作人员可以根据煤层变化情况、滚筒截割情况和支架状态等信息，通过远程干预避免地质条件和煤层变化时采煤机切割到岩石等情况的发生。工作面视频图像监控系统是实现工作面可视化的重要组成部分，它将视频数据通过无线网络和有线网络相结合的通讯方式传输到工作面集控平台，实现图像自动随着采煤机移动；采煤机运行到什么地方，对应位置的视频图像就切换到什么地方。对采煤机的随时监控情况如图2 所示。

6 自动化综采工作面的优点

经过综合机械化采煤与自动化综采工作面实践进行对比，总结得出以下一些优点：①实现了减人提效，比普通综采定员减少60%，产量增加50%. ②提高了矿井安全保障，解决了矿井定员多、管理手段落后、科技保安不足等问题。③实现了综采工作面从劳动密集型向技术密集型的转变。工作面一系列的数据可直观地显示出来，可实现数据采集和上传，为技术人员操作设备和管理人员监控工作面提供技术保障。④综合防尘效果好，采煤工作面除采煤机的内外喷雾外，又增设支架自动跟机喷雾和降架喷雾等。⑤所有设备均为智能型，具有良好的人机交换功能。设备一旦出现事故，可以直接读出，大大减少了事故排查时间。⑥泵站全自动控制装置大幅度提高了泵站的使用效率，使泵站节能约35%左右。泵站自动配液，配液效果好，既节省了乳化油的使用量，又保证了配比浓度，对液压元件和液压系统起到了很好的保护作用。⑦自动化实现了程序控制，避免了人为启动的大电流冲击电网，造成电气设备掉闸。同时，还避免了前台设备未启动而后台设备启动、压死运输机等问题。⑧自动化设备增设了过滤水设备，提高了水质，避免了液压管路和设备水冷系统堵塞，延长了设备使用寿命。⑨支架真正实现了带压移架，避免了顶板离层，移架速度快，支护顶板及时，避免了采面掉顶、冒顶现象。支架电液控制系统具有自动补压功能，保证了支架初撑力。推溜、移架采取程序控制，推溜、移架步距准确。⑩采煤机实现了负荷自动监测和调整割煤速度，避免了采煤机过负荷运转。

图1 无人工作面——三机联动图 图2 无人工作面——信息集成中心图

7 结束语

薄煤层自动化无人工作面开采技术的发展趋势是引入煤岩界面自动识别技术，把数据输入采煤机以控制计算机，采煤机据此自动调整滚筒高度，不再需要生产班每班割煤前进行人工示范，也不需人员监视煤机的割煤视频信号。无人工作面开采技术在我矿的成功应用，提高了综采工作面的生产效率，降低了劳动强度，改善了工作环境，保障了安全生产，对地质条件复杂，薄、较薄、中厚的煤层工作面中推广应用自动化开采技术，具有极大的参考和借鉴价值。

参考文献

[1]王国法.薄煤层安全高效开采成套装备研发及应用[J].煤炭科学技术，2009，37（9）：86-89.

[2]李首滨，韦文术，牛剑锋.液压支架电液控制及工作面自动化技术综述[J].煤炭科学技术，2007，35（11）：1-5.

[3]方新秋，张雪峰.无人工作面开采关键技术[G].煤炭开采新理论与新技术论文集.徐州：中国矿业大学出版社，2006：55-59.

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作者简介：段云龙（1971—），男，山西大同人，毕业于太原理工大学电气自动化专业（本科），工程师，现任大同煤矿集团公司四台矿副矿长。

〔编辑：曹月〕

Automated Mechanized Mining Face Mining Technology Research and Application

Duan Yunlong

Abstract： The principle by introducing the first four mine thin seam mining unmanned automated face automatic monitoring system， composition and automated production， the effect of mining on the application management under conditions of automated selection and thin seam mining equipment were analyzed.

Key words： thin seam； automation； unmanned face； mining technology； technology research

4.4 全自动控制乳化液泵站系统

乳化液泵站微机全自动控制和综合保护系统是由乳化液泵站、全自动控制和综合保护系统、进水过滤器组、高压过滤站和自动配液等几部分组成。它可以实现以下功能：①用液自动开机，停用液自动关机；②乳化液泵吸空保护；③液箱自动补液，满液自动关闭；④自动按设定比例配比乳化液；⑤泵低油位保护；⑥低油压保护；⑦过油温保护；⑧可单机启动，也可双机启动。

5 综采工作面可视化监控系统

通过视频监控系统传送工作面图像，操作人员可以根据煤层变化情况、滚筒截割情况和支架状态等信息，通过远程干预避免地质条件和煤层变化时采煤机切割到岩石等情况的发生。工作面视频图像监控系统是实现工作面可视化的重要组成部分，它将视频数据通过无线网络和有线网络相结合的通讯方式传输到工作面集控平台，实现图像自动随着采煤机移动；采煤机运行到什么地方，对应位置的视频图像就切换到什么地方。对采煤机的随时监控情况如图2 所示。

6 自动化综采工作面的优点

经过综合机械化采煤与自动化综采工作面实践进行对比，总结得出以下一些优点：①实现了减人提效，比普通综采定员减少60%，产量增加50%. ②提高了矿井安全保障，解决了矿井定员多、管理手段落后、科技保安不足等问题。③实现了综采工作面从劳动密集型向技术密集型的转变。工作面一系列的数据可直观地显示出来，可实现数据采集和上传，为技术人员操作设备和管理人员监控工作面提供技术保障。④综合防尘效果好，采煤工作面除采煤机的内外喷雾外，又增设支架自动跟机喷雾和降架喷雾等。⑤所有设备均为智能型，具有良好的人机交换功能。设备一旦出现事故，可以直接读出，大大减少了事故排查时间。⑥泵站全自动控制装置大幅度提高了泵站的使用效率，使泵站节能约35%左右。泵站自动配液，配液效果好，既节省了乳化油的使用量，又保证了配比浓度，对液压元件和液压系统起到了很好的保护作用。⑦自动化实现了程序控制，避免了人为启动的大电流冲击电网，造成电气设备掉闸。同时，还避免了前台设备未启动而后台设备启动、压死运输机等问题。⑧自动化设备增设了过滤水设备，提高了水质，避免了液压管路和设备水冷系统堵塞，延长了设备使用寿命。⑨支架真正实现了带压移架，避免了顶板离层，移架速度快，支护顶板及时，避免了采面掉顶、冒顶现象。支架电液控制系统具有自动补压功能，保证了支架初撑力。推溜、移架采取程序控制，推溜、移架步距准确。⑩采煤机实现了负荷自动监测和调整割煤速度，避免了采煤机过负荷运转。

图1 无人工作面——三机联动图 图2 无人工作面——信息集成中心图

7 结束语

薄煤层自动化无人工作面开采技术的发展趋势是引入煤岩界面自动识别技术，把数据输入采煤机以控制计算机，采煤机据此自动调整滚筒高度，不再需要生产班每班割煤前进行人工示范，也不需人员监视煤机的割煤视频信号。无人工作面开采技术在我矿的成功应用，提高了综采工作面的生产效率，降低了劳动强度，改善了工作环境，保障了安全生产，对地质条件复杂，薄、较薄、中厚的煤层工作面中推广应用自动化开采技术，具有极大的参考和借鉴价值。

参考文献

[1]王国法.薄煤层安全高效开采成套装备研发及应用[J].煤炭科学技术，2009，37（9）：86-89.

[2]李首滨，韦文术，牛剑锋.液压支架电液控制及工作面自动化技术综述[J].煤炭科学技术，2007，35（11）：1-5.

[3]方新秋，张雪峰.无人工作面开采关键技术[G].煤炭开采新理论与新技术论文集.徐州：中国矿业大学出版社，2006：55-59.

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作者简介：段云龙（1971—），男，山西大同人，毕业于太原理工大学电气自动化专业（本科），工程师，现任大同煤矿集团公司四台矿副矿长。

〔编辑：曹月〕

Automated Mechanized Mining Face Mining Technology Research and Application

Duan Yunlong

Abstract： The principle by introducing the first four mine thin seam mining unmanned automated face automatic monitoring system， composition and automated production， the effect of mining on the application management under conditions of automated selection and thin seam mining equipment were analyzed.

Key words： thin seam； automation； unmanned face； mining technology； technology research

4.4 全自动控制乳化液泵站系统

乳化液泵站微机全自动控制和综合保护系统是由乳化液泵站、全自动控制和综合保护系统、进水过滤器组、高压过滤站和自动配液等几部分组成。它可以实现以下功能：①用液自动开机，停用液自动关机；②乳化液泵吸空保护；③液箱自动补液，满液自动关闭；④自动按设定比例配比乳化液；⑤泵低油位保护；⑥低油压保护；⑦过油温保护；⑧可单机启动，也可双机启动。

5 综采工作面可视化监控系统

通过视频监控系统传送工作面图像，操作人员可以根据煤层变化情况、滚筒截割情况和支架状态等信息，通过远程干预避免地质条件和煤层变化时采煤机切割到岩石等情况的发生。工作面视频图像监控系统是实现工作面可视化的重要组成部分，它将视频数据通过无线网络和有线网络相结合的通讯方式传输到工作面集控平台，实现图像自动随着采煤机移动；采煤机运行到什么地方，对应位置的视频图像就切换到什么地方。对采煤机的随时监控情况如图2 所示。

6 自动化综采工作面的优点

经过综合机械化采煤与自动化综采工作面实践进行对比，总结得出以下一些优点：①实现了减人提效，比普通综采定员减少60%，产量增加50%. ②提高了矿井安全保障，解决了矿井定员多、管理手段落后、科技保安不足等问题。③实现了综采工作面从劳动密集型向技术密集型的转变。工作面一系列的数据可直观地显示出来，可实现数据采集和上传，为技术人员操作设备和管理人员监控工作面提供技术保障。④综合防尘效果好，采煤工作面除采煤机的内外喷雾外，又增设支架自动跟机喷雾和降架喷雾等。⑤所有设备均为智能型，具有良好的人机交换功能。设备一旦出现事故，可以直接读出，大大减少了事故排查时间。⑥泵站全自动控制装置大幅度提高了泵站的使用效率，使泵站节能约35%左右。泵站自动配液，配液效果好，既节省了乳化油的使用量，又保证了配比浓度，对液压元件和液压系统起到了很好的保护作用。⑦自动化实现了程序控制，避免了人为启动的大电流冲击电网，造成电气设备掉闸。同时，还避免了前台设备未启动而后台设备启动、压死运输机等问题。⑧自动化设备增设了过滤水设备，提高了水质，避免了液压管路和设备水冷系统堵塞，延长了设备使用寿命。⑨支架真正实现了带压移架，避免了顶板离层，移架速度快，支护顶板及时，避免了采面掉顶、冒顶现象。支架电液控制系统具有自动补压功能，保证了支架初撑力。推溜、移架采取程序控制，推溜、移架步距准确。⑩采煤机实现了负荷自动监测和调整割煤速度，避免了采煤机过负荷运转。

图1 无人工作面——三机联动图 图2 无人工作面——信息集成中心图

7 结束语

薄煤层自动化无人工作面开采技术的发展趋势是引入煤岩界面自动识别技术，把数据输入采煤机以控制计算机，采煤机据此自动调整滚筒高度，不再需要生产班每班割煤前进行人工示范，也不需人员监视煤机的割煤视频信号。无人工作面开采技术在我矿的成功应用，提高了综采工作面的生产效率，降低了劳动强度，改善了工作环境，保障了安全生产，对地质条件复杂，薄、较薄、中厚的煤层工作面中推广应用自动化开采技术，具有极大的参考和借鉴价值。

参考文献

[1]王国法.薄煤层安全高效开采成套装备研发及应用[J].煤炭科学技术，2009，37（9）：86-89.

[2]李首滨，韦文术，牛剑锋.液压支架电液控制及工作面自动化技术综述[J].煤炭科学技术，2007，35（11）：1-5.

[3]方新秋，张雪峰.无人工作面开采关键技术[G].煤炭开采新理论与新技术论文集.徐州：中国矿业大学出版社，2006：55-59.

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作者简介：段云龙（1971—），男，山西大同人，毕业于太原理工大学电气自动化专业（本科），工程师，现任大同煤矿集团公司四台矿副矿长。

〔编辑：曹月〕

Automated Mechanized Mining Face Mining Technology Research and Application

Duan Yunlong

Abstract： The principle by introducing the first four mine thin seam mining unmanned automated face automatic monitoring system， composition and automated production， the effect of mining on the application management under conditions of automated selection and thin seam mining equipment were analyzed.

Key words： thin seam； automation； unmanned face； mining technology； technology research