復(fù)雜地質(zhì)條件下的智能化綜采工作面技術(shù)探索

翟正州

摘要：綜采工作面智能化技術(shù)是開(kāi)采技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)等一系列技術(shù)的高度集成，采用智能化代替?zhèn)鹘y(tǒng)手動(dòng)操作，實(shí)現(xiàn)井下現(xiàn)場(chǎng)集中控制和地面遠(yuǎn)程控制工作面割煤、推溜、拉架、運(yùn)輸及超前支護(hù)等工藝智能化，達(dá)到綜采工作面的自動(dòng)化、少人化、無(wú)人化目的。本文針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下的智能化綜采工作面技術(shù)開(kāi)展探索。

關(guān)鍵詞：智能化工作面 綜采工作面 復(fù)雜地質(zhì)條件下

引言：目前，我國(guó)煤礦存在著礦山設(shè)備自動(dòng)化技術(shù)落后、設(shè)備配套困難等問(wèn)題。為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)條件下綜采工作面智能化，分析探討了綜采工作面智能化開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)，并展望了綜采工作面智能化的發(fā)展方向。

一、綜采工作面智能技術(shù)

在這個(gè)階段，已經(jīng)取得了一些突破，但仍然需要改進(jìn)。主要技術(shù)有：a）視頻監(jiān)控技術(shù)，綜采工作面采礦仿真系統(tǒng)可以通過(guò)增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)模擬三維采礦現(xiàn)實(shí)環(huán)境，采礦作業(yè)過(guò)程和設(shè)備運(yùn)行可以實(shí)時(shí)模擬，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互。操作員可以隨時(shí)隨地進(jìn)入仿真系統(tǒng)的任何過(guò)程和區(qū)域。系統(tǒng)能夠識(shí)別對(duì)象，輸入和處理各種信息，可以模擬幾乎與實(shí)際采礦環(huán)境相同的三維環(huán)境。計(jì)算機(jī)可以顯示采礦作業(yè)的具體情況，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的優(yōu)化和評(píng)價(jià)。b）支持防撞技術(shù)。防碰系統(tǒng)不僅是一個(gè)預(yù)先向剪板機(jī)操作人員發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)的檢測(cè)系統(tǒng)，而且是剪板機(jī)的安全保護(hù)系統(tǒng)。雷達(dá)探測(cè)在防止機(jī)械碰撞中的作用主要是通過(guò)雷達(dá)探測(cè)技術(shù)實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)滾筒周?chē)系K物的感知。如果系統(tǒng)檢測(cè)到采煤機(jī)運(yùn)行前存在未知障礙物，將停止采煤機(jī)前進(jìn)，等待相關(guān)人員處理。

二、復(fù)雜地質(zhì)條件下的智能化工作面的關(guān)鍵技術(shù)探索

1.工作面三機(jī)配套技術(shù)

（1）遇斷層截割巖石量往往超過(guò)中厚煤層，裝機(jī)功率要求大、機(jī)面高度要求低且過(guò)煤空間要求大的矛盾十分突出。選用雙截割電動(dòng)機(jī)2×160kW的MG320/710-WD3型采煤機(jī)，降低了機(jī)面高度，增加了過(guò)煤空間，又滿(mǎn)足了大功率的要求。（2）復(fù)雜地質(zhì)條件工作面煤層高度變化大，在煤厚1.3～2.5m之間時(shí)，由于以上智能化裝備兩巷高度不能低于2.5m，傳統(tǒng)三機(jī)配套后，刮板輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾會(huì)超出煤壁1.2～1.4m，刮板輸送機(jī)機(jī)頭機(jī)尾就會(huì)出現(xiàn)懸空現(xiàn)象。傳統(tǒng)的解決方案就是設(shè)置機(jī)頭機(jī)尾墊架，機(jī)頭、機(jī)尾前方浮煤清理不及時(shí)，推移困難同時(shí)可能引起漂溜。探索將機(jī)頭、機(jī)尾處刮板輸送機(jī)三節(jié)中部槽變線，保證足夠臥底量，將機(jī)頭、機(jī)尾超出煤壁控制在800mm，使機(jī)頭、機(jī)尾向工作面回縮，機(jī)頭做成整體剛性結(jié)構(gòu)，機(jī)頭、機(jī)尾，取消墊架。機(jī)頭處刮板輸送機(jī)布置伸出示意圖如圖1所示。

機(jī)頭、機(jī)尾處取消墊架后，為防止機(jī)頭、機(jī)尾掉下工作面，機(jī)頭、機(jī)尾設(shè)置平行于底板的大拖架，通過(guò)過(guò)渡支架直接整體推移機(jī)頭、機(jī)尾。設(shè)計(jì)機(jī)頭機(jī)尾各兩架過(guò)渡支架，在機(jī)頭機(jī)尾第一支架外側(cè)增設(shè)輔助推移裝置，增大推移力，使支架能推動(dòng)整體式機(jī)頭、機(jī)尾。

2.瓦斯治理技術(shù)

復(fù)雜地質(zhì)條件下工作面瓦斯含量大，具有突出危險(xiǎn)性，在實(shí)施智能化采煤過(guò)程中，如果不提前做好瓦斯處理，會(huì)影響智能化割煤推進(jìn)速度，難以實(shí)現(xiàn)快速推進(jìn)，失去智能化綜采的意義，因此開(kāi)展智能化綜采必須先做好工作面瓦斯治理。龍灘煤礦屬于單一開(kāi)采煤層，312采區(qū)實(shí)測(cè)最大壓力瓦斯為1.05MPa，含量為10.067m3/t，具有突出危險(xiǎn)性，采取大直徑高密度順層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯。鉆孔在機(jī)、風(fēng)巷間隔2m相向布置，鉆孔直徑94mm。為提高工作面瓦斯預(yù)抽效果，確保智能化綜采不受瓦斯災(zāi)害影響，順層鉆孔施工前采取水力壓裂增透技術(shù)，壓裂孔在機(jī)風(fēng)巷內(nèi)有間隔10m布置1個(gè)，孔深90m，壓力不低于32MPa。工作面區(qū)域效果檢驗(yàn)采用在機(jī)風(fēng)巷間隔40m處各布置1個(gè)檢驗(yàn)測(cè)點(diǎn)，實(shí)測(cè)煤層殘余瓦斯含量，區(qū)域驗(yàn)證采取連續(xù)鉆屑指標(biāo)法進(jìn)行判定。工作面區(qū)防、局防嚴(yán)格執(zhí)行“四位一體”防突措施。通過(guò)這些技術(shù)和措施，做工作面瓦斯治理，為智能化快速推進(jìn)打下基礎(chǔ)。

3.兩巷超前支護(hù)技術(shù)

（1）運(yùn)輸巷超前支護(hù)。運(yùn)輸巷共布置超前支護(hù)約25m，分為5組，每組支架分左右兩架，單組長(zhǎng)度約為4.92m：超前支架頂梁采用窄頂梁的形式，以滿(mǎn)足支護(hù)過(guò)程規(guī)避錨索及巷道通風(fēng)的要求：每組超前支架左右兩架用橫梁連接為一個(gè)整體，共有支撐立柱8件，推移千斤頂2件，第1、3排支撐立柱為一個(gè)整體，第2、4排支撐立柱為一個(gè)整體，相互間通過(guò)“邁步自移”的方式實(shí)現(xiàn)向前推進(jìn)：頂梁與支撐立柱鉸接，可沿頂板傾斜方向調(diào)節(jié)，以保證其始終與頂板有效接觸，保證支護(hù)可靠：轉(zhuǎn)載機(jī)安裝于超前支架與煤壁之間，超前支架的移動(dòng)及支護(hù)不影響轉(zhuǎn)載機(jī)的移動(dòng)及檢修：超前支架上設(shè)計(jì)有可用于電纜夾安裝的安裝座，電纜布置于超前支架內(nèi)頂粱下方，可通過(guò)超前支架的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)電纜的跟隨移動(dòng)。機(jī)巷超前支架布置如圖2所示。（2）回風(fēng)巷超前支護(hù)。回風(fēng)巷超前支護(hù)與運(yùn)輸巷超前支護(hù)的布置類(lèi)似，超前支架的結(jié)構(gòu)原理也類(lèi)似，但因刮板輸送機(jī)機(jī)尾會(huì)超出煤壁一部分，故此處的超前支架需特別設(shè)計(jì)，避免支撐立柱與刮板輸送機(jī)機(jī)尾干涉。

三、煤炭智能化開(kāi)采技術(shù)展望

（1）建立全面的地下透明工作面，實(shí)現(xiàn)工作面的規(guī)劃開(kāi)采。（2）全自動(dòng)化+人工輔助將是未來(lái)智能長(zhǎng)壁工作面的目標(biāo)。（3）智能機(jī)器人實(shí)現(xiàn)無(wú)人目標(biāo)的成套設(shè)備。結(jié)束語(yǔ)：綜采工作面智能化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)煤礦高效安全開(kāi)采的關(guān)鍵。加速關(guān)鍵技術(shù)是實(shí)現(xiàn)綜采工作面智能化的必然選擇。