我国薄煤层工作面自动化开采技术发展情况综述20190423

1、我国薄煤层工作面自动化开采技术发展情况概述一、薄煤层开采面临的新态势我国煤炭资源禀赋特殊，薄煤层（厚度01.呼）煤炭资源分布地域辽阔，且可采储量达到61.5亿吨以上，占全部可开采储量的19%左右。随着中厚煤层资源逐步枯竭，中东部地区矿井面临高效、安全的开发薄煤层煤炭资源，以实现矿井资源充分利用、可持续性发展的迫切需求。同样在薄煤层、厚煤层共存的矿井中，加快薄煤层资源开发以实现后续待采煤层的解放也成为一个普遍面临的急切要求。但是，由于薄煤层开采难度较大，且效益不如中厚煤层，实际开采量仍很低。薄煤层开采过程中主要面临以下问题：薄煤层开采受其所在环境与空间的制约，设备安装、操作难度大且设备功率普遍偏

2、低，相对于较大的投资而言产量无法保证开采经济性；作业活动范围狭小，工人劳动强度大，而通风保障难度大，瓦斯等危险有害气体排放困难容易引发安全事故。面对以上问题，国内采煤行业已经达成了通过研究薄煤层采煤新技术、新工艺，研发高效智能的自动化采煤技术及装备，降低薄煤层工作面劳动强度，提高工作人员的安全系数和采煤效率，减少井下作业矿工人数，最终实现薄煤层无人化开采的共同认识，并正朝着这个目标努力迈进。二、薄煤层工作面自动化开采技术发展特点（一）整体技术发展整体情况相比国外应用比较广泛的其他二种薄煤层采煤方法：刨煤机机组自动化截割方法与螺旋转机机组远程操作截割方法而言，我国煤炭技术装备及生产企业重点围绕滚

3、筒采煤机机组自动化开采方法开展研究。滚筒采煤机开采方式能够很好地适应煤层厚度变化大和顶底板高低波动不平的工作面，且对断层较多的煤层同样适应，支护效果好。同时为了提高薄煤层工作面生产效率和产量，提高开采作业安全性和可靠性，实现工作面少人化、无人化开采，相关采煤技术也朝着更高产高效、自动化程度更高、更高可靠性的方向发展。一是综采成套装备朝着大功率、矮型化方向发展。薄煤采煤机主要朝着大功率方向发展。采用交流变频调速牵引技术，用集成化程度高、更轻巧、体积小的新型变频器取代传统变压器等电器控制装置，结构经过优化设计后，机身长度变短，提高了采煤机对薄煤层特殊煤层环境的适应性。液压支架向着薄顶梁、高工阻、高

4、可靠性、机电一体化方向发展，以适应不同地质条件下的工作面快速推进需求。刮板运输机向矮型重型耐磨方向发展，能够很好适应小煤层厚度及顶板起伏变动大的特殊环境，减小故障率，提高其可靠性。二是建立了对液压支架、采煤机、刮板运输机、转载机和破碎机等综采成套设备的远程集中协同控制的控制中心，将井下作业设备整个作业流程形成程序化、智能化作业，实现地面控制、地下无人的管理作业模式。三是将一些自动化、智能化技术集成应用在煤炭开采机械设备中，比如工作面的三维定位技术、视频监控技术、自动找直技术及相关辅助的自动化生产装置等。（二）重点技术发展情况1、薄煤层成套装备技术方案针对薄煤层开采难题，通过确定合理的配套原则，

5、中国煤炭科工集团开采设计院研发了适应最低采高1.1m薄煤层年产100万吨的成套综采装备。研发了基于半悬式机身+悬截割电机的大功率、矮机身强力采煤机，同时优化设计了薄顶梁、高工阻、高可靠性液压支架和矮槽帮刮板输送机成套装备。2、薄煤层自动化控制系统以北京天地玛珂电液控制系统有限公司为代表的煤矿综采自动化技术研发企业，通过自主创新和产学研结合，持续研发投入，实现了我国综采自动化技术的快速发展。已经实现的自动化技术包括：液压支架跟机自动化技术、采煤机记忆截割技术、工作面视频监控技术、远程集中控制技术、基于惯性导航系统的自动找直技术等。截止2018年底全国已建设了将近100个智能化工作面，其中薄煤层工

6、作面也不乏优秀代表。同时，矿、企、学等多方还依托2017年国家重点研发计划项目“煤矿智能开采安全技术与装备研发”，正在联合开发基于“透明工作面”的智能开采技术主要包括：工作面三维扫描和三维建模技术，基于煤机滚筒智能调高的数字化割煤技术，以实现我国综采自动化开采的再一次技术发展。3、薄煤层电缆自动拖拽技术针对薄煤层电缆容易掉道、必须人员跟随看护的实际生产问题，相关研究单位提出了实现电缆随采煤机牵引自动推拽的控制装备。通过拖拽系统实现电缆自动翻折，避免了掉道或折断造成的硬件损坏，同时降低了工人劳动情况，实现工作面生产人员的减少。目前此项技术正在开展井下工业性试验，技术验证效果满足实际生产使用需求。

7、4、工作面智能巡检系统针对目前薄煤层工作面自动化开采时设仍需要人工跟机巡检作业的问题，部分研究单位提出了适用于井下狭长采场空间、危险恶劣工作环境、无卫星定位条件的基于轨道的巡检系统，目前正在开展井下工业性试验。通过巡检平台搭载用于综采工作面环境和设备的监控、定位、感知设备，应用于工作面生产和安全巡检过程，实现机器巡检替代人工巡检，提升工作面安全生产水平，达到“无人则安”目标。（三）薄煤层自动化开采代表矿井1、黄陵一矿、滨湖煤矿基于可视化远程干预模式的自动化工作面以黄陵一矿、滨湖煤矿薄煤层工作面为代表的综采智能化1.0技术，主要包含了液压支架跟机自动化技术、采煤机记忆截割技术、工作面视频监控技术

8、和远程集中控制技术等，实现了工作面有人巡视，无人操作；顺槽可视化控制，地面远程割煤此技术已在全国推广50余套。2、贵州岩脚煤矿基于规划开采模式的自动化工作面2018年4月贵州省科技厅总结并发布的“煤矿井下无人/少人采掘系统研究”科技重大专项技术榜单中，正在实施的岩脚煤矿12701智能化工作面提出的基于规划开采模式的自动化开采技术成为其中的亮点。该项目通过前期三维物探技术构建出了工作面三维地理信息模型，通过结合工作面推进度情况看生产顶底板变化曲线，为下一循环提供采煤机自动截割指导。这种方式替代了传统的记忆截割，解决了记忆截割普遍存在的对工作面顶底板条件适应性较差的问题。3、神东榆家梁煤矿基于数字

9、化割煤的无人工作面神东公司从2004年开始致力于薄煤层自动化开采工艺的研究。目前正在建设的榆家梁煤矿43101工作面是立足于研发一套基于精确定位和三维模型的综采工作面自主割煤系统。本项目将设备惯性导航定位、地质三维扫描、数字化割煤模型等相关技术引入综采工作面自动集中控制系统，以实现综采工作面正常生产过程的无人操作。同时项目配套了采煤机电缆自动推拽系统、工作面巡检系统等新研究装备，通过机械化替人的方式达到工作面无跟机采煤机司机、无跟机支架工、无巡视人员的无人工作面生产模式。同时神东公司为提高薄煤层工作面生产经济性，提出了工作面长度达到为350m的超长布置方式。通过布置超长工作面目标是提升工作面生

10、产效率，增加中部快速截割区域，降低两端头折返生产时间比例，从而提高工作面生产效率。三、薄煤层自动化开采带来的积极影响（一）作业人员得到解放，安全水平提升明显由于薄煤层工作面作业环境恶劣、复杂，赋存条件复杂变化引起的煤层顶板、瓦斯、水、火、粉尘等多种危险对作业人员安全行成了极大的隐患。采用自动化开采技术与装备可极大的减少了井下作业人员的数量，提高了人员工效，在作业人员得到解放的同时明显提升工作面安全水平。（二）突破作业空间限制，生产效率大幅提升由于薄煤层工作面人员行动空间狭小，大幅限制了人员跟机作业的速度，使得非自动化生产模式下，装备生产的速度取决于作业人员在工作面的行进速度。采用自动化技术与装

11、备，工作面人员劳动强度得到极大程度的缓解，采用人员交替巡视、分区域巡视等不同生产方式，降低劳动强度的同时有力释放了装备产能，使得生产效率有了大幅的提升。四、仍亟待解决的问题（一）工作面开采布置方式有待进一步解放思想相比国外薄煤层开采工作面350m以上长度的开采布置方式，同等厚度煤层国内工作面大多限制在250米以内。受到生产过程中采煤机在三角区的往复折返，且在此过程中采煤机截割速度普遍低于中部区域的影响、三角区时间占整体生产时间比例较大，限制了进一步提升生产效率的空间。因此需要在薄煤层工作面开采部署方式上进一步解放思想，吸收神东公司超长薄煤层工作面开采经验，开展工作面开采布置长度向350m以上方向发展。（二）开采装备技术有待进一步提升薄煤层在开采过程中要受其所在环境与空间的制约，相关设备尺寸较小，而尺寸小也限制了设备功率的提升。薄煤层装备要求尺寸小、功率大的矛盾性问题仍是一个迫切需要解决的问题，希望装备制造厂商深入研究适用于薄煤层开采的装备技术，尝试差异化结构设计，实