煤礦開采技術現狀及發展方式探索

周紹全

摘要：我國礦井開展絕大部門以井工為主，相當的原煤產量也來自井工這一狀況，本文在分析煤礦高效智能化生產的關鍵技術和發展的趨勢的基礎上，煤礦開采的現狀和發展進行了研究分析。

關鍵詞：煤礦;開采;發展方式

一、煤礦開采的現狀

煤礦開采向來是一項最艱苦的工作，當前正在花較大的力量來改善工作條件。由于煤炭資源的埋藏深度不同，一般相應的采用礦井開采（埋藏較深）和露天開采（埋藏較淺）兩種方式。可露天開采的資源量在總資源量中的比重大小，是衡量開采條件優劣的重要指標，我國可露天開采的儲量僅占7.5%，美國為32%，澳大利亞為35%;礦井開采條件的好壞與煤礦中含瓦斯的多少成反比，我國煤礦中含瓦斯比例高，高瓦斯和有瓦斯突出的礦井占40%以上。我國采煤以礦井開采為主，如山西、山東、徐州及東北地區大多數采用這一開采方式，也有露天開采，如內蒙古霍林河煤礦就是我國最大的露天礦區。

（一）露天開采

移去煤層上面的表土和巖石（覆蓋層），開采顯露的煤層。這種采煤方法，習慣上叫剝離法開采，這是因為露出地面的煤已開采殆盡，有必要剝離表土，使煤層顯露出來。此法在煤層埋藏不深的地方應用最為合適，許多現代化露天礦使用設備足以剝除厚達60余米的覆蓋層。在歐洲，褐煤礦廣泛用露天開采，在美國，大部分無煙煤和褐煤亦用此法。露天開采用于地形平坦，礦層作水平延展，能進行大范圍剝離的礦區最為經濟。當礦床地形起伏或多山時，采用沿等高線剝離法建立臺階，其一側是山坡，另一側幾乎是垂直的峭壁。露天開采使地面受到損害或徹底的破壞，應采取措施，重新恢復地面。美國有幾個州和聯邦政府的法律規定了恢復土地的措施，現在許多采掘企業已自愿執行這些規定。

（二）礦井開采

對埋藏過深不適于用露天開采的煤層，可用3種方法取得通向煤層的通道，即豎井、斜井、平硐。豎井是一種從地面開掘以提供到達某一煤層或某幾個煤層通道的垂直井。從一個煤層下掘到另一個煤層的豎井稱盲井。在井下，開采出的煤倒入豎井旁側位于煤層水平以下的煤倉中，再裝入豎井箕斗從井下提升上來。

斜井是用來開采非水平煤層或是從地面到達某一煤層或多煤層之間的一種傾斜巷道。斜井中裝有用來運煤的帶式輸送機，人員和材料用軌道車輛運輸。

平硐是一種水平或接近水平的隧道，開掘于水平或傾斜煤層在地表露出處，常隨著煤層開掘，它允許采用任何常規方法將煤從工作面連續運輸到地面。

二、 煤礦開采新技術的發展

（一）煤炭智能開采引入航天技術助力

依托航天伺服控制技術，研制開發了智能化綜采控制系統，實現了可視化干預自動采煤，提高工作面生產效率。相關系統，已經在多家煤礦企業成功應用。

依托航天慣性導航技術、信息技術等多領域優勢，研制開發了一系列礦用高技術產品，包括特種機器人、礦用救援車以及虛擬培訓演練系統，煤礦安全生產監管信息化平臺等。未來，中國航天將圍繞煤礦智能開采技術與裝備，煤礦安全生產信息化技術，煤礦應急救援技術與裝備等領域加強與煤炭行業的對接交流。在發展航天動力制導、導航與控制，電子信息等專業技術，開發高端裝備與智能制造、新材料、云計算等新技術的同時，挖掘與煤炭行業新的結合點，特別是加快實現智能化自適應無人采煤。探索在重點煤礦企業，開展軍工技術轉化產品的實驗與應用，幫助解決首臺套研發應用問題，加快煤礦機器人產品定型，促進新型裝備應用推廣。

（二）推進智能工作面建設

綜放工作面智能化系統由集控中心、支架電液控、智能煤機、地面配液采區集中供液泵站系統、視頻監控、千兆網絡和智能手持終端等組成，通過智能化控制系統及各子系統之間的系統融合，利用集控系統、LASC慣導系統、可靠電液控控制等系統，形成了以“設備智能控制為主，遠程干預控制為輔”的智能化生產新模式。建立井下和地面兩個集控中心，將采煤工從危險的工作面采場遷移到相對安全的順槽監控中心和地面調度指揮中心，實現減員提效，而且進一步提升安全保障能力。依托智能設備，利用通信、網絡、視頻、電液控等技術，實時監測、分析工作面支架、煤機、“三機”、泵站等設備運行狀態，實現遠程視頻監控及記憶截割、自動跟機移架、時序控制自動放煤等功能;地面集控中心通過千兆網絡與井下集控中心通信，經井下授權，可實現地面一鍵操作、遠程控制。逐步實現了工作面設備一鍵啟停、液壓支架自動跟機、時間頻次自動放煤、采煤機記憶截割、智能終端、手機App視頻監控等功能，取得預期應用效果。

（三）大數據平臺方興未艾

海量信息使得故障快速診斷處理變得異常困難。開采系統的故障診斷問題是隨著監控系統的產生和發展而提出來的傳感器技術、計算機技術和通信技術等現代信息化技術在監控系統中的應用和發展，為獲取分層分布的廣泛故障信息提供了技術條件，但同時也帶來了新的問題。一方面，在發生故障時，將會有不同種類、不同精確度、不同層次、不同標準的海量報警信息在短時間內涌向調度中心，這些海量數據往往會大大超過運行人員的處理能力。當系統發生多級故障、越級故障或者連鎖故障時，難度更是可想而知;另一方面，由于在故障情況下，可能會產生繼電保護、開關以及自動裝置的拒動或誤動等，導致故障信息難以反映事故本質;再加上信息傳輸過程中的信息失真和干擾，使得準確實現故障診斷將面臨更大的挑戰。對日常生產過程中產生的基礎數據未進行充分的挖掘分析，也沒發揮好大數據精準分析支撐企業快速發展和領導科學決策的作用當經營決策者需要各類數據支撐時，只能依靠傳統的手工錄入和郵件傳遞的方式進行，數據的精準性和時效性明顯滯后。

通過大數據集約化、統一化標準設計，在不改變現有各類系統正常運行的前提下，利用多源信息融合、云技術、大數據存儲和數據挖掘研究方法和技術理念，將礦井生產綜合自動化系統、智能礦山系統、監控系統、皮帶運轉監控系統等數據庫存儲數據進行統一的數據集成及邏輯組態拓展，以期建立通用數據倉庫模型，實現開采、探訪、機電運輸、調度全環節數據共享。通過設計數據篩查邏輯組態邏輯，對礦井開采海量數據自主篩查、解析，形成動態穩定監控系統和輔助智能決策系統，協調生產、運維、經營的管理，提升生產效率和資源利用率，形成統一的、界面清晰可視的最有運行鏈接方式，廣泛適用于礦山、有色、化工等企業，能有效提升安全性能，并帶來巨大安全經濟效益。

（四）

通過在采煤機上加裝5G工業模組，利用工作面布放的5G基站完成無線傳輸，采煤機司機通過智能調度集控中心，可直接通過地面調度中心煤機集中控制臺將控制指令下達至井下煤機，直接操作采煤機進行一鍵啟動，左右搖臂升降等一系列動作，真正實現遠程“一鍵采煤”。

此工業控制應用技術利用5G高帶寬、低時延的特性，實現了一種新的設備控制模式。該技術的突破，后續可廣泛應用于綜掘機、膠輪車無人駕駛、機器人巡檢等方面。

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