淺談煤礦開采中自動化技術的應用

摘要：根據我國煤炭工業“綜掘工作面的發展仍滯后于綜采工作面，造成采掘的不平衡，制約煤炭生產的發展”這一現狀，筆者提出應加強煤礦掘進工作面自動化技術的應用和研究。本文詳細概述了煤礦掘進工作面自動化系統這一重要概念，并就其模型和關鍵技術展開分析，為我國煤炭工業的安全高效集約化發展起到推動作用。

關鍵詞：煤礦掘進；自動化系統；模型；關鍵技術

我國煤礦工業已處在世界先進水平行列，所具備的礦井開采作業能力已達到日產萬噸，裝備千萬噸。而目前存在的主要問題在于掘進技術滿足不了綜采作業的要求，造成“采”和“掘”的不平衡發展，從而阻礙了煤礦生產的發展。同時，煤礦開采生產環境差，部分安全措施不到位，具有較大的事故風險。對于煤礦掘進截割自動化技術的研究，有利于我國煤炭資源開采率的提高，并為其安全作業提供了技術和設備的保障。

1、煤巷掘進技術自動化控制分析

煤巷掘進技術自動化控制是個系統的整體的復雜的研究課題。以掘進煤巷為控制對象，輸入煤壁，以煤巷和原煤為輸出。同時由于割煤、運輸、支護以及通風、排水、供電、勘探、管理、監測、定位等工序所產生的許多以不同方式存在的信號，如可測量可控制，又或可測量不可控制等方式。圖1為煤炭掘進工作面系統圖。

圖1 煤巷掘進工作面系統圖

2、煤礦掘進自動化技術適用范圍分析

我國煤礦分部的實際情況，包括煤層貯存條件的復雜性、多樣性，決定了以單巷掘進為主的巷道掘進方式。煤礦掘進自動化技術主要設備有懸臂式掘進機、轉載機、可伸縮帶式輸送機(或刮板輸送機)、單體錨桿鉆機、通風除塵等。懸臂式掘進機主要作用包括割煤、采煤以及裝煤，是這掘進自動化技術控制的關鍵。因此以懸臂式掘進機為主要研究內容，對于掘進自動化技術的推廣有不可替代的作用。同時根據工作環境的要求，掘進支護一般采用錨桿錨網聯合支護的方式，因此如何將掘進和支護進行正確的鏈接和配套也是一個重要的問題。因此可以按照工程結構將煤礦掘進工作面系統分為一定的控制分系統，從而確定掘進技術自動化系統的范圍，如圖2 所示。

圖2 煤巷掘進技術自動化范圍

3、掘進技術自動化

通過對煤巷掘進技術系統和自動化范圍的分析，只有進行平行地、自動地掘進和支護作業，連續的原煤和材料運輸作業，智能化的安全保障系統作業，才能實現掘進技術的自動化。從而使掘進技術系統穩定安全高效的運行，每個環節相互聯系、配合、促進以及協調。

4、自動化技術分析

通過上述問題的分析可以知道，掘進技術自動化控制的實現要求不斷地技術創新，主要包括以下幾個關鍵技術的解決：

4.1、掘錨機組技術的自動化

煤礦巷道的掘進和支護是煤礦開采施工的關鍵環節，受作業環境及地質條件的限制，只有研究出適合我國煤礦開采實際情況的掘錨聯合機組自動化技術，才能真正實現掘進技術自動化。使掘、裝、運、支自動化平行作業，既能實現快速掘進割煤，同時又能進行頂板和煤幫的支護。

4.1.1、掘進機控制技術的自動化

掘進機是煤巷掘進技術自動化最重要組成部分，適合我國煤礦實際需要的掘進機自動控制技術是實現掘進作業自動化的關鍵。掘進機自動控制主要包括掘進機的自主定位、自動截割、自動糾偏等，通過集成機械、液壓、電子等技術，實現掘進機控制技術的自動化。

4.1.2、錨桿支護技術的自動化

采煤機械化程度的提高和重型設備的應用、工作面產量的增加以及瓦斯涌出量的增大，對于回采巷道斷面及其維護作業的要求也隨之增大。大斷面煤巷具有跨度較大，斷面又多為矩形，兩幫及頂板也多為煤層，且圍巖強度低，受力復雜等特點，這些因素對于煤巷的穩定性有很大的影響。而大斷面煤巷圍巖變形量及破裂范圍都較大，支護作業困難。因此對于大斷面煤巷圍巖穩定性原理及控制技術的研究，對于實現錨桿支護技術的自動化尤為重要，并為其提供準確的參考數據。根據支護參數和支護要求研制前配套錨桿鉆臂自動控制系統，與掘進機結構合理配套，實現快速臨時支護、錨桿錨索永久支護的自動化。

4.2、運輸技術的自動化

當前煤壁的輸入，煤巷及原煤的輸出利用的是皮帶集中控制系統。而為了適應煤礦掘進技術的自動化要求，煤巷的維護將消耗更多的支護材料，工作量也隨之增大。通過對運輸膠帶的改善，利用底帶進行材料的運輸，從而實現掘進輸入輸出技術的自動化。

4.3、安全保障監控技術的自動化

環境和機械設備是煤巷掘進安全保障的兩個主要內容，利用監控設備對環境因素，如煤塵、瓦斯、震動等進行監控；而對于機械設備工作狀況的監控是通過設備自身裝載的傳感器來進行的。

4.4、信息傳輸技術的自動化

對于各種煤礦掘進信息（控制指令、設備情況、環境指標等）的傳輸應快速、精確、及時，而礦井自然環境差，地下情況復雜，利用支持PPPoE技術的網關，通過實時環網交換機將各種信息接入工業以太環網，實現信息傳輸自動化。

5、結語

綜上所述，首先應綜合分析掘進的煤巷，從而了解掘進作業自動化控制系統的組成，確定自動化控制參數。其次要確定掘進技術自動化控制的范圍。最后根據掘進自動化技術控制要求，解決自動化控制所需關鍵技術的創新。

參考文獻:

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