薄煤层智能化开采研究与实践

杨鹏程

摘 要：薄煤层智能化开采是煤炭行业近年来一直不断研究的课题，淮北矿业集团在2018年开始投入第一个智能化工作面以来，取得了较好效果，祁南煤矿6₁41薄煤层工作面采用智能化开采技术后，解决了薄煤层开采效率低、人员操作困难、作业环境差等突出问题，为矿井安全高效绿色开采的可持续发展道路指明了方向。

关键词：薄煤层；智能化开采；高产高效；安全生产

0 引 言

淮北矿区地质条件复杂，水、火、瓦斯、煤尘、顶板等灾害五毒俱全，薄煤层资源占比较大，矿区0.8~1.3 m的煤炭资源长期呆滞，祁南煤矿薄煤层资源可采储量占总量的48.8%，加之开采难度较大，开采过程中支架跟机作业难，劳动强度大，生产作业环境恶劣等诸多问题，容易造成安全事故、引发职业病；传统的薄煤层开采技术用人多、效率低、成本高，同时面对煤矿招工压力增大，倒逼企业及矿井依靠机械化、自动化、智能化开采来解决用人难的问题。祁南煤矿6₁41薄煤层工作面采用智能化开采技术后，工作面生产减员效果明显、生产效率提高、职工安全得到保障，确保了矿井的安全生产和可持续发展。

1 祁南矿薄煤层智能化开采技术简介

祁南煤矿在84采区6₁41薄煤层工作面率先进行智能化开采，为淮北矿业集团2019年第一个智能化工作面，该面打破了集团公司智能化综采工作面面长180 m的局限，成为集团公司最大面长的智能化综采工作面（226 m），确定了带有变频技术的运输机、乳化液泵及端头支架、过渡支架配合中部支架、超前支架的标配方案，工作面设备地面组装调试仅仅用了7天的时间就完成地面联合调试，自安装投产以来，生产及运行情况良好。

智能化开采技术是指在传统综采技术基础上，采用具有感知能力、记忆能力、学习能力和决策能力的采煤机、液压支架、运输机等开采装备，以自动化控制系统为核心，以可视化远程监控为手段，实现工作面全过程无人作业的安全高效开采模式。祁南煤矿6₁41智能化开采的关键技术是采煤机记忆截割+液压支架自动跟机拉架+可视化远程控制。

1.1 采煤机记忆截割

记忆截割技术是指采煤机在截割过程中，实时收集工作面对应位置上的采高、倾角、速度、方向等信息，并将信息及数据发送到存储区，形成截割曲线模型，完成一个循环后切换到自动运行模式，采煤机以存储的曲线模型为依据进行自动导航、自动截割、自动斜切及电脑控制等工艺流程。主要流程为：信息采集→数据存储→建立曲线模型→复制割煤。

1.2 液压支架自动跟机拉架

自动跟机拉架技术是指综采工作面液压支架以采煤机位置及运行方向为根据，通过电液控技术跟随采煤机完成工作面自动移架、自动推溜，自动喷雾、成组或者单架操作控制。

1.3 可视化远程干预控制

当工作面出现条件变化时，可通过人工干预调整采煤机左右滚筒截割高度，在干预的同时对曲线模型进行修正。

当工作面液压支架在自动跟机作业时出现丢架或动作执行不到位时，远程干预控制液压支架在升柱、降柱、抬底、推溜等操作。

2 技术优化

1）6₁41智能化综采工作面工作面共安装支架151架，原有智能化综采工作面支架电液控控制器通过一条电源线路控制整个工作面液压支架，由于工作面供电距离较长，电源压降较大，上部支架控制器电源电压较低，无法正常操作支架，改进后分段对支架电液控控制器进行供电，将单一串联供电优化为分段并联供电：机巷127 V电源分出两条供电线路，第一条线路对工作面1~75架支架电液控控制器进行供电，第二条线路对76~151架电液控控制器进行供电，从而保证上部支架控制器电源电压正常，确保支架正常拉移。

2）原有智能化工作面支架拉移后，支架收抬底千斤顶，升立柱，完成拉架整个过程，通过智能化控制器进行优化，将收抬底千斤顶与升立柱两个步骤同时进行，防止支架拉移过程中支架啃地，降低支架拉移阻力，简化计算机控制程序。

3 智能化开采效果评价

3.1 减员效果明显

6₁41工作面实施智能化开采以来，在机巷监控仓内对工作面采煤机、液压支架、运输机、转载机等设备进行集中控制、一键“启停”和远程操控。生产工序由原来的2名煤机司机跟机操作、6名支架工分段跟机拉架，变为1人远程操控，2人工作面巡视，将工作面劳动用工量压缩一半。

3.2 生产效率提高

6₁41智能化开采减少了传统薄煤层开采受采高和开采条件限制造成的人工作业效率低和多工种之间交叉作业的影响，在生产过程中的诸多创新成果，保障了各项设备平稳运行，推动了工作面顺利回采，资源回收率达到97%以上，更是创出了圆班割煤8刀，单面日产3200吨的纪录，合茬后圆班割煤6刀，单面日产3600吨，较传统装备回采产量最多可提高一倍以上。

3.3 安全得到保障

在机巷集中控制室远程操作，把一线职工从薄煤层开采艰苦危险的环境中和高强度体力劳动中解放出来，保护了职工的安全健康，体现了“以人为本、安全发展”的理念，工作面内只安排2人巡视，实现了“无人则安”“少人则安”的原则。

4 改进及发展方向

4.1 改进空间

目前的采煤机、液压支架、运输机等装备机械可靠性还有提升空间，故障率高、维护工程量大，不适应智能化开采的需求；智能化开采使用的传感设备会出现采高、支架行程、支柱压力等监测不准的情况，需要提高装备及控制系统的稳定性。

采煤工作面条件复杂多变的情况下，回采过程中遇到煤厚不均、受断层影响出现全岩等情况时，要采取人工干预的方式调整回采设备姿态，需要对煤岩识别技术的创新攻关；因煤层起伏变化，自动化生产过程中运输机会出现“曲度”，即不“平、直”，需要人工操作干预调整推移行程，建议能够将惯导及导航技术应用到智能化开采上来，通过测试运输机溜槽曲直，控制平直度；工作面水、火、瓦斯、煤尘、顶板等灾害多发的情况下，需要CH4、CO、涌水量、煤尘浓度等实时数据与采煤机截割的联动控制进行深度耦合。

4.2 发展方向

4.2.1 融合更多回采工艺

薄煤层智能化开采的实践只是迈出的一小步，需进一步研发大采高、综放回采工艺的配套技术，远景规划是探索智能化无煤柱开采技术，研究智能化开采与先进的110工法的深度融合。

4.2.2 建设一流智能化矿井

将现有的采煤工作面智能化开采技术和经验进行全面升级，实现智能化无人开采、智能化快速掘进、矿井由“少人”向“无人”转型，供电、通风、排水等主要生产系统全面无人值守，无人巡视，建成智慧矿井。

5 结 论

祁南矿6₁41工作面薄煤层智能化开采是淮北矿区坚定不移地追随科技进步、管理创新的集中体现，对于矿区和矿井的发展影响深远，意义非凡，在目前可采资源递减、灾害程度增大、采掘接续紧张的困局中，运用智能化开采解放矿区呆滞资源和劳动生产力是一条前景光明的道路，目前的智能化开采只是坚实的一小步，离真正的智能化无人开采还有很大的距离，需要运用产学研用相结合，多学科、多部门联合共同努力，实现智慧矿区的梦想。

参考文献：

1. 范京道.智能化无人综采技术[M].北京：煤炭工业出版社，2017.07.

[2]王国法.综采自动化无人化智能化成套技术与装备发展方向[J].北京：煤炭科学技术，2014.