煤礦開(kāi)采中的巷道布置和采煤工藝研究

秦顯柱 山東省七五生建煤礦

引言：對(duì)于煤礦開(kāi)采過(guò)程中大采長(zhǎng)工作面來(lái)說(shuō)，其與單一煤礦開(kāi)采工作面之間還存在一定差異。因此，并不能按照單一模式進(jìn)行煤礦開(kāi)采巷道布置，應(yīng)在原有巷道布置模式中開(kāi)展底板改造以及瓦斯防治等工作。逐步提升煤礦開(kāi)采中巷道布置的合理性，以為煤礦開(kāi)采工作順利開(kāi)展提供動(dòng)力支持。

一、煤礦開(kāi)采中的巷道布置

（一）近距離煤層的巷道布置

在針對(duì)巷道進(jìn)行布置的時(shí)候，要保證科學(xué)性和合理，這樣不僅有利于為煤礦開(kāi)采作業(yè)的順利實(shí)施打下良好基礎(chǔ)，而且還能夠從根本上促使煤礦開(kāi)采人員的人身安全可以得到有效保證。在針對(duì)煤礦開(kāi)采過(guò)程中的巷道進(jìn)行布置的時(shí)候，要結(jié)合實(shí)際情況，對(duì)近距離煤層的巷道進(jìn)行科學(xué)合理的布置，這樣不僅能夠?yàn)楣ぷ魅藛T提供良好環(huán)境，讓地下工作者可以吸收到新鮮的空氣，而且還能夠保證煤礦開(kāi)采工作可以順利開(kāi)展[1]。

（二）低瓦斯煤層的巷道布置

在針對(duì)低瓦斯煤層的巷道進(jìn)行設(shè)置的時(shí)候，要保證科學(xué)性和合理性，特別是要注重安全性和穩(wěn)定性，這樣能夠最大限度保證煤礦開(kāi)采工作的安全實(shí)施。在針對(duì)煤礦開(kāi)采進(jìn)行巷道布置的時(shí)候，為了保證巷道布置的科學(xué)性和合理性，要對(duì)特殊的儀器設(shè)備進(jìn)行合理的利用。這樣不僅能夠針對(duì)煤礦開(kāi)采巷道進(jìn)行有針對(duì)性的檢測(cè)，而且還能夠針對(duì)其中存在的瓦斯含量進(jìn)行合理的判斷。煤礦開(kāi)采作業(yè)具有一定的危險(xiǎn)性，特別是在針對(duì)礦井進(jìn)行不斷深入挖掘的時(shí)候，瓦斯是其中的有害氣體之一[2]。

二、采煤工藝中智能化開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用

（一）采煤機(jī)記憶截割關(guān)鍵技術(shù)

采煤機(jī)記憶割煤技術(shù)包括:采煤機(jī)精準(zhǔn)定位技術(shù)、記憶割煤技術(shù)、對(duì)環(huán)境的安全感知技術(shù)等，其中實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)記憶割煤的基礎(chǔ)是采煤機(jī)精準(zhǔn)定位。采集工作面兩端頭坐標(biāo)參數(shù)建立三維坐標(biāo)系，其中：工作面傾向投影設(shè)為X軸，沿工作面走向設(shè)為Y軸，鉛垂方向設(shè)為Z軸。考慮到在生產(chǎn)過(guò)程中，采煤機(jī)移動(dòng)速度最快，因此要建立以采煤機(jī)為坐標(biāo)原點(diǎn)的載體坐標(biāo)系：第一步要確定采煤機(jī)初始位置，第二步采用傾角傳感器來(lái)采集機(jī)身偏轉(zhuǎn)角和俯仰角，第三步采用慣性導(dǎo)航推算方法計(jì)算采煤機(jī)位置和姿態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)動(dòng)態(tài)精準(zhǔn)定位。由于綜采放頂煤工作面煤層賦存厚度大，因此煤機(jī)采高基本保持不變。通過(guò)前期煤機(jī)運(yùn)行過(guò)程收集的煤層底板參數(shù)，再結(jié)合地質(zhì)資料來(lái)確定采煤機(jī)運(yùn)行在不同位置的下切深度，通過(guò)采煤機(jī)自動(dòng)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)采高、牽引速度的實(shí)時(shí)控制。通過(guò)紅外感知傳感器感知定位液壓支架頂梁，確保頂梁不被采煤機(jī)割到。當(dāng)工作面地質(zhì)條件變化較大，原有程序不能較好地控制生產(chǎn)時(shí)，通過(guò)啟用人工干預(yù)的方法，來(lái)確保工作面正常推進(jìn)，如圖1所示。

圖1 采煤機(jī)記憶截割技術(shù)

（二）液壓支架自動(dòng)跟機(jī)移架關(guān)鍵技術(shù)

液壓支架自動(dòng)跟機(jī)移架技術(shù)使液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)聯(lián)動(dòng)配合，協(xié)同運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)采煤工作面智能化。該程序的實(shí)現(xiàn)基于對(duì)放頂煤開(kāi)采工藝流程、支架電液控制系統(tǒng)、采煤機(jī)實(shí)施精準(zhǔn)定位等多項(xiàng)技術(shù)的整合，并用編程語(yǔ)言表述。液壓支架通過(guò)電液控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)升降支架、推移刮板輸送機(jī)、伸縮護(hù)幫板等動(dòng)作。通過(guò)安設(shè)在支架上的紅外位置檢測(cè)裝置，實(shí)時(shí)將采煤機(jī)的位置信息傳送至支架控制器，當(dāng)采煤機(jī)運(yùn)行時(shí)，超前采煤機(jī)三架開(kāi)始收支架護(hù)幫板，對(duì)應(yīng)采煤機(jī)支架實(shí)現(xiàn)自動(dòng)噴霧降塵，滯后采煤機(jī)三架位置進(jìn)行即時(shí)移架與護(hù)幫操作，隨后再推移刮板輸送機(jī)。

（三）智能放頂煤關(guān)鍵技術(shù)

1.振動(dòng)法自動(dòng)放煤。振動(dòng)法是依據(jù)不同硬度物體相互撞擊產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)的差異，通過(guò)分析和感知振動(dòng)信號(hào)來(lái)識(shí)別撞擊物，該方法特別適應(yīng)于開(kāi)采過(guò)程中煤矸硬度差異大的實(shí)際情況。依靠振動(dòng)傳感器，識(shí)別煤炭和巖石撞擊液壓支架尾梁發(fā)出的不同振動(dòng)信號(hào)，并對(duì)傳感器所采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，具體過(guò)程為：前端濾波處理與平滑處理；電信號(hào)去噪處理；功率譜分析處理；最終依據(jù)功率譜值的差別對(duì)放煤過(guò)程中的煤炭和巖石進(jìn)行識(shí)別。由于現(xiàn)場(chǎng)安設(shè)多傳感器，需采用信息融合算法對(duì)采集信號(hào)數(shù)據(jù)綜合解析處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)生成信號(hào)指令發(fā)送至液壓支架控制器，從而使放煤口適時(shí)關(guān)閉，實(shí)現(xiàn)支架智能放煤。現(xiàn)場(chǎng)具體操作為:將煤矸識(shí)別傳感器安裝在綜放工作面液壓支架的尾梁下，通過(guò)連接器與支架控制器進(jìn)行連接，進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。在放煤過(guò)程中，煤矸識(shí)別傳感器開(kāi)始采集煤矸放落過(guò)程中煤矸撞擊尾梁的振動(dòng)信號(hào)，并將振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行煤矸放落自動(dòng)識(shí)別，識(shí)別完成后將識(shí)別結(jié)果實(shí)時(shí)傳輸給支架控制器。當(dāng)矸石放落滿足系統(tǒng)設(shè)置的煤矸放落閾值時(shí)，由支架控制器執(zhí)行關(guān)閉放煤口的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放煤。

2.記憶模式自動(dòng)放煤。基于現(xiàn)實(shí)工作面地質(zhì)條件較穩(wěn)定，每刀煤生產(chǎn)工藝變化不大，放頂煤是個(gè)單調(diào)重復(fù)工作，利用記憶功能將放煤操作人員對(duì)支架的控制過(guò)程記憶下來(lái)，在后續(xù)的放煤過(guò)程中，可以實(shí)現(xiàn)記憶放煤。現(xiàn)場(chǎng)具體操作為:支架安設(shè)自動(dòng)放煤控制器，控制器具備采集人工操作信息功能，通過(guò)先行人工示范，控制器將現(xiàn)場(chǎng)操作人員操作支架的工序和時(shí)序進(jìn)行記憶存儲(chǔ)，然后經(jīng)數(shù)據(jù)處理后形成一套自動(dòng)放煤程序，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放煤。

結(jié)束語(yǔ)：由于煤礦開(kāi)采作業(yè)在具體實(shí)施過(guò)程中具有一定的危險(xiǎn)性，所以在針對(duì)巷道進(jìn)行布置的時(shí)候，要保證布置的合理性和科學(xué)性。這樣不僅能夠?yàn)榫伦鳂I(yè)人員提供良好的作業(yè)環(huán)境，而且還能夠?yàn)楣ぷ魅藛T的人身安全提供保障。