浅谈煤矿开采中自动化技术的应用

摘要：根据我国煤炭工业“综掘工作面的发展仍滞后于综采工作面，造成采掘的不平衡，制约煤炭生产的发展”这一现状，笔者提出应加强煤矿掘进工作面自动化技术的应用和研究。本文详细概述了煤矿掘进工作面自动化系统这一重要概念，并就其模型和关键技术展开分析，为我国煤炭工业的安全高效集约化发展起到推动作用。

关键词：煤矿掘进；自动化系统；模型；关键技术

我国煤矿工业已处在世界先进水平行列，所具备的矿井开采作业能力已达到日产万吨，装备千万吨。而目前存在的主要问题在于掘进技术满足不了综采作业的要求，造成“采”和“掘”的不平衡发展，从而阻碍了煤矿生产的发展。同时，煤矿开采生产环境差，部分安全措施不到位，具有较大的事故风险。对于煤矿掘进截割自动化技术的研究，有利于我国煤炭资源开采率的提高，并为其安全作业提供了技术和设备的保障。

1、煤巷掘进技术自动化控制分析

煤巷掘进技术自动化控制是个系统的整体的复杂的研究课题。以掘进煤巷为控制对象，输入煤壁，以煤巷和原煤为输出。同时由于割煤、运输、支护以及通风、排水、供电、勘探、管理、监测、定位等工序所产生的许多以不同方式存在的信号，如可测量可控制，又或可测量不可控制等方式。图1为煤炭掘进工作面系统图。

图1 煤巷掘进工作面系统图

2、煤矿掘进自动化技术适用范围分析

我国煤矿分部的实际情况，包括煤层贮存条件的复杂性、多样性，决定了以单巷掘进为主的巷道掘进方式。煤矿掘进自动化技术主要设备有悬臂式掘进机、转载机、可伸缩带式输送机(或刮板输送机)、单体锚杆钻机、通风除尘等。悬臂式掘进机主要作用包括割煤、采煤以及装煤，是这掘进自动化技术控制的关键。因此以悬臂式掘进机为主要研究内容，对于掘进自动化技术的推广有不可替代的作用。同时根据工作环境的要求，掘进支护一般采用锚杆锚网联合支护的方式，因此如何将掘进和支护进行正确的链接和配套也是一个重要的问题。因此可以按照工程结构将煤矿掘进工作面系统分为一定的控制分系统，从而确定掘进技术自动化系统的范围，如图2 所示。

图2 煤巷掘进技术自动化范围

3、掘进技术自动化

通过对煤巷掘进技术系统和自动化范围的分析，只有进行平行地、自动地掘进和支护作业，连续的原煤和材料运输作业，智能化的安全保障系统作业，才能实现掘进技术的自动化。从而使掘进技术系统稳定安全高效的运行，每个环节相互联系、配合、促进以及协调。

4、自动化技术分析

通过上述问题的分析可以知道，掘进技术自动化控制的实现要求不断地技术创新，主要包括以下几个关键技术的解决：

4.1、掘锚机组技术的自动化

煤矿巷道的掘进和支护是煤矿开采施工的关键环节，受作业环境及地质条件的限制，只有研究出适合我国煤矿开采实际情况的掘锚联合机组自动化技术，才能真正实现掘进技术自动化。使掘、装、运、支自动化平行作业，既能实现快速掘进割煤，同时又能进行顶板和煤帮的支护。

4.1.1、掘进机控制技术的自动化

掘进机是煤巷掘进技术自动化最重要组成部分，适合我国煤矿实际需要的掘进机自动控制技术是实现掘进作业自动化的关键。掘进机自动控制主要包括掘进机的自主定位、自动截割、自动纠偏等，通过集成机械、液压、电子等技术，实现掘进机控制技术的自动化。

4.1.2、锚杆支护技术的自动化

采煤机械化程度的提高和重型设备的应用、工作面产量的增加以及瓦斯涌出量的增大，对于回采巷道断面及其维护作业的要求也随之增大。大断面煤巷具有跨度较大，断面又多为矩形，两帮及顶板也多为煤层，且围岩强度低，受力复杂等特点，这些因素对于煤巷的稳定性有很大的影响。而大断面煤巷围岩变形量及破裂范围都较大，支护作业困难。因此对于大断面煤巷围岩稳定性原理及控制技术的研究，对于实现锚杆支护技术的自动化尤为重要，并为其提供准确的参考数据。根据支护参数和支护要求研制前配套锚杆钻臂自动控制系统，与掘进机结构合理配套，实现快速临时支护、锚杆锚索永久支护的自动化。

4.2、运输技术的自动化

当前煤壁的输入，煤巷及原煤的输出利用的是皮带集中控制系统。而为了适应煤矿掘进技术的自动化要求，煤巷的维护将消耗更多的支护材料，工作量也随之增大。通过对运输胶带的改善，利用底带进行材料的运输，从而实现掘进输入输出技术的自动化。

4.3、安全保障监控技术的自动化

环境和机械设备是煤巷掘进安全保障的两个主要内容，利用监控设备对环境因素，如煤尘、瓦斯、震动等进行监控；而对于机械设备工作状况的监控是通过设备自身装载的传感器来进行的。

4.4、信息传输技术的自动化

对于各种煤矿掘进信息（控制指令、设备情况、环境指标等）的传输应快速、精确、及时，而矿井自然环境差，地下情况复杂，利用支持PPPoE技术的网关，通过实时环网交换机将各种信息接入工业以太环网，实现信息传输自动化。

5、结语

综上所述，首先应综合分析掘进的煤巷，从而了解掘进作业自动化控制系统的组成，确定自动化控制参数。其次要确定掘进技术自动化控制的范围。最后根据掘进自动化技术控制要求，解决自动化控制所需关键技术的创新。

参考文献:

［1］方新秋，何杰，郭敏江，张斌. 煤矿无人工作面开采技术研究［J］. 科技导报，2008(9).

［2］赵学社. 煤炭高效掘进技术现状和发展趋势［J］. 煤炭科学技术，2007(4).

［3］煤炭科学研究总院. 煤炭科学研究总院50 周年院庆科技论文集［C］. 北京: 煤炭工业出版社，2007.