復雜地質條件下的智能化綜采工作面技術探索

翟正州

摘要：綜采工作面智能化技術是開采技術、傳感器技術、通信技術、自動化技術、信息技術等一系列技術的高度集成，采用智能化代替傳統手動操作，實現井下現場集中控制和地面遠程控制工作面割煤、推溜、拉架、運輸及超前支護等工藝智能化，達到綜采工作面的自動化、少人化、無人化目的。本文針對復雜地質條件下的智能化綜采工作面技術開展探索。

關鍵詞：智能化工作面 綜采工作面 復雜地質條件下

引言：目前，我國煤礦存在著礦山設備自動化技術落后、設備配套困難等問題。為實現復雜地質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采技術應用的關鍵技術，并展望了綜采工作面智能化的發展方向。

一、綜采工作面智能技術

在這個階段，已經取得了一些突破，但仍然需要改進。主要技術有：a）視頻監控技術，綜采工作面采礦仿真系統可以通過增強虛擬現實技術模擬三維采礦現實環境，采礦作業過程和設備運行可以實時模擬，實現人機交互。操作員可以隨時隨地進入仿真系統的任何過程和區域。系統能夠識別對象，輸入和處理各種信息，可以模擬幾乎與實際采礦環境相同的三維環境。計算機可以顯示采礦作業的具體情況，從而實現生產系統的優化和評價。b）支持防撞技術。防碰系統不僅是一個預先向剪板機操作人員發出聲光報警信號的檢測系統，而且是剪板機的安全保護系統。雷達探測在防止機械碰撞中的作用主要是通過雷達探測技術實現對采煤機滾筒周圍障礙物的感知。如果系統檢測到采煤機運行前存在未知障礙物，將停止采煤機前進，等待相關人員處理。

二、復雜地質條件下的智能化工作面的關鍵技術探索

1.工作面三機配套技術

（1）遇斷層截割巖石量往往超過中厚煤層，裝機功率要求大、機面高度要求低且過煤空間要求大的矛盾十分突出。選用雙截割電動機2×160kW的MG320/710-WD3型采煤機，降低了機面高度，增加了過煤空間，又滿足了大功率的要求。（2）復雜地質條件工作面煤層高度變化大，在煤厚1.3～2.5m之間時，由于以上智能化裝備兩巷高度不能低于2.5m，傳統三機配套后，刮板輸送機機頭、機尾會超出煤壁1.2～1.4m，刮板輸送機機頭機尾就會出現懸空現象。傳統的解決方案就是設置機頭機尾墊架，機頭、機尾前方浮煤清理不及時，推移困難同時可能引起漂溜。探索將機頭、機尾處刮板輸送機三節中部槽變線，保證足夠臥底量，將機頭、機尾超出煤壁控制在800mm，使機頭、機尾向工作面回縮，機頭做成整體剛性結構，機頭、機尾，取消墊架。機頭處刮板輸送機布置伸出示意圖如圖1所示。

機頭、機尾處取消墊架后，為防止機頭、機尾掉下工作面，機頭、機尾設置平行于底板的大拖架，通過過渡支架直接整體推移機頭、機尾。設計機頭機尾各兩架過渡支架，在機頭機尾第一支架外側增設輔助推移裝置，增大推移力，使支架能推動整體式機頭、機尾。

2.瓦斯治理技術

復雜地質條件下工作面瓦斯含量大，具有突出危險性，在實施智能化采煤過程中，如果不提前做好瓦斯處理，會影響智能化割煤推進速度，難以實現快速推進，失去智能化綜采的意義，因此開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采煤層，312采區實測最大壓力瓦斯為1.05MPa，含量為10.067m3/t，具有突出危險性，采取大直徑高密度順層鉆孔預抽煤層瓦斯。鉆孔在機、風巷間隔2m相向布置，鉆孔直徑94mm。為提高工作面瓦斯預抽效果，確保智能化綜采不受瓦斯災害影響，順層鉆孔施工前采取水力壓裂增透技術，壓裂孔在機風巷內有間隔10m布置1個，孔深90m，壓力不低于32MPa。工作面區域效果檢驗采用在機風巷間隔40m處各布置1個檢驗測點，實測煤層殘余瓦斯含量，區域驗證采取連續鉆屑指標法進行判定。工作面區防、局防嚴格執行“四位一體”防突措施。通過這些技術和措施，做工作面瓦斯治理，為智能化快速推進打下基礎。

3.兩巷超前支護技術

（1）運輸巷超前支護。運輸巷共布置超前支護約25m，分為5組，每組支架分左右兩架，單組長度約為4.92m：超前支架頂梁采用窄頂梁的形式，以滿足支護過程規避錨索及巷道通風的要求：每組超前支架左右兩架用橫梁連接為一個整體，共有支撐立柱8件，推移千斤頂2件，第1、3排支撐立柱為一個整體，第2、4排支撐立柱為一個整體，相互間通過“邁步自移”的方式實現向前推進：頂梁與支撐立柱鉸接，可沿頂板傾斜方向調節，以保證其始終與頂板有效接觸，保證支護可靠：轉載機安裝于超前支架與煤壁之間，超前支架的移動及支護不影響轉載機的移動及檢修：超前支架上設計有可用于電纜夾安裝的安裝座，電纜布置于超前支架內頂粱下方，可通過超前支架的移動實現電纜的跟隨移動。機巷超前支架布置如圖2所示。（2）回風巷超前支護。回風巷超前支護與運輸巷超前支護的布置類似，超前支架的結構原理也類似，但因刮板輸送機機尾會超出煤壁一部分，故此處的超前支架需特別設計，避免支撐立柱與刮板輸送機機尾干涉。

三、煤炭智能化開采技術展望

（1）建立全面的地下透明工作面，實現工作面的規劃開采。（2）全自動化+人工輔助將是未來智能長壁工作面的目標。（3）智能機器人實現無人目標的成套設備。結束語：綜采工作面智能化技術是實現煤礦高效安全開采的關鍵。加速關鍵技術是實現綜采工作面智能化的必然選擇。