试论综采工作面自动化采矿技术的应用

李士忠，马 义，李福振

（山东泉兴矿业集团有限责任公司，山东 枣庄 277500）

1 自动化开采技术现状及存在的问题

有关数据显示，随着技术的进步，我国矿山机械化开采覆盖面达到了71.58%，但是这些数据中，薄矿层开采的机械化程度较低，严重制约了我国能源行业的发展。我国矿产资源的分布中，深层能源的分布较为广泛，而薄矿层的产量仅占到全部产量的十分之一。我国薄矿层开采的技术比较落后，主要是采用放炮后落矿山液压支柱支撑或利用水力来实现开采，但是这种开采技术的适用范围受到薄矿层矿井空间有限性的影响，综采工作面采矿条件恶劣，矿层顶层薄，巷道使得采矿作业的安全风险较大，因此，应该发展更为先进的采矿技术。当前，我国薄矿层开采的现状主要表现在以下方面：①摄像系统成像的分辨率低，应该在未来发展中提高摄像系统的可识别性。②切割矿物中产生的震动较大，极易造成采矿设备的机械元件松动或受损。③采矿系统的各类传感器的可靠性有待提高，且通信系统有待完善，以提高自动化系统的运行能力与操控能力。④系统或设备本身的稳定性较差，需要及时进行维修与检查。⑤巷道窄、顶层薄的矿层开采中应用效果有待提高。

2 薄矿层开采关键技术

（1）支撑技术。传统的能源开采中，多使用四连杆液压支架来实现采矿作业，虽然这种方式具有良好的支撑效果，但是其支架自重极大，在薄矿层开采中不适用。因此，针对这种开采情况，薄矿层开采中改进了传统四连杆的支撑结构，使其能够具有支撑油缸和油缸两端铰接顶梁与底座的结构。在这种支撑技术下，整体支撑结构可以通过对油缸位置的控制来实现对顶梁状态的控制，该种支撑结构还可以加大支撑载荷，从而提高整体支撑结构的稳定性与加固效果。但是，这种支撑结构对支架的自动控制需要借助于相关的红外线发射与接收装置，使其能够满足采矿机械设备位置、支架自动控制的相关要求。另外，由于采矿机械设备中线缆传输系统面临着较为恶劣的传输环境，为克服这一不利条件，有必要在支撑结构中安装辅助摄像头，提高其可视化操作能力，提高设备的可靠性。

（2）电控自动化技术。薄矿层与中、厚矿层相比，其开采空间更为狭小，矿层顶层薄，使得在采矿设备中，电源箱耦合器与其他的相关设备、装置等必须进行智能重叠安装，满足其开采条件。当设备安装满足了基本的稳定性与可靠性条件时，就需要在开采过程中采用分散监控模式，保证开采顺利的同时，降低开采作业人员的操作风险，提升自动化控制水平。

（3）综采技术。薄矿层开采中，转机滚筒的横截面积与纵深都比较大，使得当采矿高度在一定的条件下，需要建立相关的支护结构，加大支撑体系构建，在采矿作业中，支护结构要随着采矿机械设备的作业而进行移架。矿层的开采条件具有特殊性，能源开采空间狭小，使得在采矿过程中，当进行采矿机器的待机维修时，需要采用电液进行集中控制，从而实现输送机的成组外推。当采矿机械维修操作结束以后，需要将刮板输送机移至空采集区，进行后续的采矿作业安排，保证采矿作业的安全与顺利进行。

（4）采矿机自动化技术。如果在薄矿层采矿作业中，采矿机如果能够直接进入巷道，就需要使用机身较小的机械设备，避免采矿机器以斜切进刀的方式进行开采作业。传统的采矿机械自动化程度低，通信系统不完善，使得在薄矿层开采中不能实现对开采作业的有效监测与控制。随着现代化采矿技术的应用，采矿机设备与系统的功能更为完善，在采矿自动化系统中，建立了双向通信系统，能够在采矿过程中实现数据的采集、管理与控制，实现转子转速的精确计算，实现对开采设备牵引速度的科学控制。采矿设备自动化控制系统的完善有助于提高采矿效率与质量，但是其自动化的实现还需要将采矿机械设备的载波信号、输送机信号与监控中心进行连接，实现集中化控制，简化操作，降低控制与运行成本。

3 自动化技术的应用

（1）经济效益和安全效果。薄矿层综采自动化采矿技术的应用简化了操作控制，大大降低了开采的安全风险，避免了各类开采作业安全事故的发生，实现了矿山开采企业的安全稳定发展。自动化采矿技术的应用，通过液压升降架、移架、输送机等的应用，实现了远程操作的控制与监控，保证了安全生产的进行。根据相关的开采比较，自动化技术的初期投资与产能效益相比，螺旋采矿设备与支架支撑技术的使用，使得其期初投资是传统采矿投资的1.7到2倍，促进产量的提高，在未来将取得良好的经济效益。

（2）应用效果。薄矿层综采自动化的实现，通过支撑结构、供液系统能够实现采矿作业的快速移架，保证安全生产的实现，促进能源开采行业经济社会效益的实现。自动化控制系统中的工作面远程监控系统，能够在监控室实现对工作面切割、移架等作用的监控，促进工作人员的安全生产，降低安全事故的发生，在一定程度上可以实现矿山开采企业的可持续发展。薄矿层有时还分布在地质结构复杂、地形条件特殊、有断层存在的情况，这使得综采自动化采矿技术的应用具有局限性，未来还将进一步进行该技术的研发，使其在各种复杂开采条件下发挥良好的应用效果。

（3）推广价值。薄矿层综采自动化采矿技术的应用能够提高矿山开采的效率，为矿企的发展创造更大的价值。通过技术的改进，可以满足采高0.9m的要求，充分应用斜板直行侧推原理，降低输送机的高度，提高装载矿产资源效果。相关研究表明，综采自动化技术的应用能够简化采矿作业，减少采矿中的生产材料的使用，大大降低了生产成本，实现了生产的安全进行，减少安全事故的发生。远程监控系统使得推进度加快，使得其满足采矿的基本要求，促进采矿作业的安全、高效进行。

4 综采自动化技术与装备的发展趋势

我国地域辽阔，矿产资源储量丰富，但是矿产资源在不同区域分布上存在较大的差异，使得在能源资源的开采上存在技术不平衡，薄矿层开采的难度大，机械化、自动化低，严重制约了矿企的发展，在能源开采过程中，应该结合矿层的特点，科学选用开采技术与设备，提高开采的效率，实现绿色、可持续发展。

综采自动化开采技术在未来应该充分与智能化技术相结合，提升采矿设备、系统的可靠性，结合不同矿区的特点与技术水平，保证采矿作业的自动化、智能化的实现，创造更大的经济社会效益。

5 结语

我国矿产资源储量丰富，随着经济社会的发展，能源资源需求加大，使得人们对能源开采的效率等提出了更高的技术要求，尤其是在薄矿层的开采上，应该充分采用新型的开采技术，如综采自动化开采技术，提升开采效率。未来新型的采矿技术具有广阔的应用前景，还需要加以不断研究，创造更大的经济社会效益，实现能源开采行业的可持续发展。