1、我國薄煤層工作面自動化開采技術(shù)發(fā)展情況概述一、薄煤層開采面臨的新態(tài)勢我國煤炭資源稟賦特殊，薄煤層（厚度01.呼）煤炭資源分布地域遼闊，且可采儲量達(dá)到61.5億噸以上，占全部可開采儲量的19%左右。隨著中厚煤層資源逐步枯竭，中東部地區(qū)礦井面臨高效、安全的開發(fā)薄煤層煤炭資源，以實(shí)現(xiàn)礦井資源充分利用、可持續(xù)性發(fā)展的迫切需求。同樣在薄煤層、厚煤層共存的礦井中，加快薄煤層資源開發(fā)以實(shí)現(xiàn)后續(xù)待采煤層的解放也成為一個普遍面臨的急切要求。但是，由于薄煤層開采難度較大，且效益不如中厚煤層，實(shí)際開采量仍很低。薄煤層開采過程中主要面臨以下問題：薄煤層開采受其所在環(huán)境與空間的制約，設(shè)備安裝、操作難度大且設(shè)備功率普遍偏

2、低，相對于較大的投資而言產(chǎn)量無法保證開采經(jīng)濟(jì)性；作業(yè)活動范圍狹小，工人勞動強(qiáng)度大，而通風(fēng)保障難度大，瓦斯等危險(xiǎn)有害氣體排放困難容易引發(fā)安全事故。面對以上問題，國內(nèi)采煤行業(yè)已經(jīng)達(dá)成了通過研究薄煤層采煤新技術(shù)、新工藝，研發(fā)高效智能的自動化采煤技術(shù)及裝備，降低薄煤層工作面勞動強(qiáng)度，提高工作人員的安全系數(shù)和采煤效率，減少井下作業(yè)礦工人數(shù)，最終實(shí)現(xiàn)薄煤層無人化開采的共同認(rèn)識，并正朝著這個目標(biāo)努力邁進(jìn)。二、薄煤層工作面自動化開采技術(shù)發(fā)展特點(diǎn)（一）整體技術(shù)發(fā)展整體情況相比國外應(yīng)用比較廣泛的其他二種薄煤層采煤方法：刨煤機(jī)機(jī)組自動化截割方法與螺旋轉(zhuǎn)機(jī)機(jī)組遠(yuǎn)程操作截割方法而言，我國煤炭技術(shù)裝備及生產(chǎn)企業(yè)重點(diǎn)圍繞滾

3、筒采煤機(jī)機(jī)組自動化開采方法開展研究。滾筒采煤機(jī)開采方式能夠很好地適應(yīng)煤層厚度變化大和頂?shù)装甯叩筒▌硬黄降墓ぷ髅?，且對斷層較多的煤層同樣適應(yīng)，支護(hù)效果好。同時(shí)為了提高薄煤層工作面生產(chǎn)效率和產(chǎn)量，提高開采作業(yè)安全性和可靠性，實(shí)現(xiàn)工作面少人化、無人化開采，相關(guān)采煤技術(shù)也朝著更高產(chǎn)高效、自動化程度更高、更高可靠性的方向發(fā)展。一是綜采成套裝備朝著大功率、矮型化方向發(fā)展。薄煤采煤機(jī)主要朝著大功率方向發(fā)展。采用交流變頻調(diào)速牽引技術(shù)，用集成化程度高、更輕巧、體積小的新型變頻器取代傳統(tǒng)變壓器等電器控制裝置，結(jié)構(gòu)經(jīng)過優(yōu)化設(shè)計(jì)后，機(jī)身長度變短，提高了采煤機(jī)對薄煤層特殊煤層環(huán)境的適應(yīng)性。液壓支架向著薄頂梁、高工阻、高

4、可靠性、機(jī)電一體化方向發(fā)展，以適應(yīng)不同地質(zhì)條件下的工作面快速推進(jìn)需求。刮板運(yùn)輸機(jī)向矮型重型耐磨方向發(fā)展，能夠很好適應(yīng)小煤層厚度及頂板起伏變動大的特殊環(huán)境，減小故障率，提高其可靠性。二是建立了對液壓支架、采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)等綜采成套設(shè)備的遠(yuǎn)程集中協(xié)同控制的控制中心，將井下作業(yè)設(shè)備整個作業(yè)流程形成程序化、智能化作業(yè)，實(shí)現(xiàn)地面控制、地下無人的管理作業(yè)模式。三是將一些自動化、智能化技術(shù)集成應(yīng)用在煤炭開采機(jī)械設(shè)備中，比如工作面的三維定位技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)、自動找直技術(shù)及相關(guān)輔助的自動化生產(chǎn)裝置等。（二）重點(diǎn)技術(shù)發(fā)展情況1、薄煤層成套裝備技術(shù)方案針對薄煤層開采難題，通過確定合理的配套原則，

5、中國煤炭科工集團(tuán)開采設(shè)計(jì)院研發(fā)了適應(yīng)最低采高1.1m薄煤層年產(chǎn)100萬噸的成套綜采裝備。研發(fā)了基于半懸式機(jī)身+懸截割電機(jī)的大功率、矮機(jī)身強(qiáng)力采煤機(jī)，同時(shí)優(yōu)化設(shè)計(jì)了薄頂梁、高工阻、高可靠性液壓支架和矮槽幫刮板輸送機(jī)成套裝備。2、薄煤層自動化控制系統(tǒng)以北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司為代表的煤礦綜采自動化技術(shù)研發(fā)企業(yè)，通過自主創(chuàng)新和產(chǎn)學(xué)研結(jié)合，持續(xù)研發(fā)投入，實(shí)現(xiàn)了我國綜采自動化技術(shù)的快速發(fā)展。已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的自動化技術(shù)包括：液壓支架跟機(jī)自動化技術(shù)、采煤機(jī)記憶截割技術(shù)、工作面視頻監(jiān)控技術(shù)、遠(yuǎn)程集中控制技術(shù)、基于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)的自動找直技術(shù)等。截止2018年底全國已建設(shè)了將近100個智能化工作面，其中薄煤層工

6、作面也不乏優(yōu)秀代表。同時(shí)，礦、企、學(xué)等多方還依托2017年國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目“煤礦智能開采安全技術(shù)與裝備研發(fā)”，正在聯(lián)合開發(fā)基于“透明工作面”的智能開采技術(shù)主要包括：工作面三維掃描和三維建模技術(shù)，基于煤機(jī)滾筒智能調(diào)高的數(shù)字化割煤技術(shù)，以實(shí)現(xiàn)我國綜采自動化開采的再一次技術(shù)發(fā)展。3、薄煤層電纜自動拖拽技術(shù)針對薄煤層電纜容易掉道、必須人員跟隨看護(hù)的實(shí)際生產(chǎn)問題，相關(guān)研究單位提出了實(shí)現(xiàn)電纜隨采煤機(jī)牽引自動推拽的控制裝備。通過拖拽系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)電纜自動翻折，避免了掉道或折斷造成的硬件損壞，同時(shí)降低了工人勞動情況，實(shí)現(xiàn)工作面生產(chǎn)人員的減少。目前此項(xiàng)技術(shù)正在開展井下工業(yè)性試驗(yàn)，技術(shù)驗(yàn)證效果滿足實(shí)際生產(chǎn)使用需求。

7、4、工作面智能巡檢系統(tǒng)針對目前薄煤層工作面自動化開采時(shí)設(shè)仍需要人工跟機(jī)巡檢作業(yè)的問題，部分研究單位提出了適用于井下狹長采場空間、危險(xiǎn)惡劣工作環(huán)境、無衛(wèi)星定位條件的基于軌道的巡檢系統(tǒng)，目前正在開展井下工業(yè)性試驗(yàn)。通過巡檢平臺搭載用于綜采工作面環(huán)境和設(shè)備的監(jiān)控、定位、感知設(shè)備，應(yīng)用于工作面生產(chǎn)和安全巡檢過程，實(shí)現(xiàn)機(jī)器巡檢替代人工巡檢，提升工作面安全生產(chǎn)水平，達(dá)到“無人則安”目標(biāo)。（三）薄煤層自動化開采代表礦井1、黃陵一礦、濱湖煤礦基于可視化遠(yuǎn)程干預(yù)模式的自動化工作面以黃陵一礦、濱湖煤礦薄煤層工作面為代表的綜采智能化1.0技術(shù)，主要包含了液壓支架跟機(jī)自動化技術(shù)、采煤機(jī)記憶截割技術(shù)、工作面視頻監(jiān)控技術(shù)

8、和遠(yuǎn)程集中控制技術(shù)等，實(shí)現(xiàn)了工作面有人巡視，無人操作；順槽可視化控制，地面遠(yuǎn)程割煤此技術(shù)已在全國推廣50余套。2、貴州巖腳煤礦基于規(guī)劃開采模式的自動化工作面2018年4月貴州省科技廳總結(jié)并發(fā)布的“煤礦井下無人/少人采掘系統(tǒng)研究”科技重大專項(xiàng)技術(shù)榜單中，正在實(shí)施的巖腳煤礦12701智能化工作面提出的基于規(guī)劃開采模式的自動化開采技術(shù)成為其中的亮點(diǎn)。該項(xiàng)目通過前期三維物探技術(shù)構(gòu)建出了工作面三維地理信息模型，通過結(jié)合工作面推進(jìn)度情況看生產(chǎn)頂?shù)装遄兓€，為下一循環(huán)提供采煤機(jī)自動截割指導(dǎo)。這種方式替代了傳統(tǒng)的記憶截割，解決了記憶截割普遍存在的對工作面頂?shù)装鍡l件適應(yīng)性較差的問題。3、神東榆家梁煤礦基于數(shù)字

9、化割煤的無人工作面神東公司從2004年開始致力于薄煤層自動化開采工藝的研究。目前正在建設(shè)的榆家梁煤礦43101工作面是立足于研發(fā)一套基于精確定位和三維模型的綜采工作面自主割煤系統(tǒng)。本項(xiàng)目將設(shè)備慣性導(dǎo)航定位、地質(zhì)三維掃描、數(shù)字化割煤模型等相關(guān)技術(shù)引入綜采工作面自動集中控制系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)綜采工作面正常生產(chǎn)過程的無人操作。同時(shí)項(xiàng)目配套了采煤機(jī)電纜自動推拽系統(tǒng)、工作面巡檢系統(tǒng)等新研究裝備，通過機(jī)械化替人的方式達(dá)到工作面無跟機(jī)采煤機(jī)司機(jī)、無跟機(jī)支架工、無巡視人員的無人工作面生產(chǎn)模式。同時(shí)神東公司為提高薄煤層工作面生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)性，提出了工作面長度達(dá)到為350m的超長布置方式。通過布置超長工作面目標(biāo)是提升工作面生

10、產(chǎn)效率，增加中部快速截割區(qū)域，降低兩端頭折返生產(chǎn)時(shí)間比例，從而提高工作面生產(chǎn)效率。三、薄煤層自動化開采帶來的積極影響（一）作業(yè)人員得到解放，安全水平提升明顯由于薄煤層工作面作業(yè)環(huán)境惡劣、復(fù)雜，賦存條件復(fù)雜變化引起的煤層頂板、瓦斯、水、火、粉塵等多種危險(xiǎn)對作業(yè)人員安全行成了極大的隱患。采用自動化開采技術(shù)與裝備可極大的減少了井下作業(yè)人員的數(shù)量，提高了人員工效，在作業(yè)人員得到解放的同時(shí)明顯提升工作面安全水平。（二）突破作業(yè)空間限制，生產(chǎn)效率大幅提升由于薄煤層工作面人員行動空間狹小，大幅限制了人員跟機(jī)作業(yè)的速度，使得非自動化生產(chǎn)模式下，裝備生產(chǎn)的速度取決于作業(yè)人員在工作面的行進(jìn)速度。采用自動化技術(shù)與裝

11、備，工作面人員勞動強(qiáng)度得到極大程度的緩解，采用人員交替巡視、分區(qū)域巡視等不同生產(chǎn)方式，降低勞動強(qiáng)度的同時(shí)有力釋放了裝備產(chǎn)能，使得生產(chǎn)效率有了大幅的提升。四、仍亟待解決的問題（一）工作面開采布置方式有待進(jìn)一步解放思想相比國外薄煤層開采工作面350m以上長度的開采布置方式，同等厚度煤層國內(nèi)工作面大多限制在250米以內(nèi)。受到生產(chǎn)過程中采煤機(jī)在三角區(qū)的往復(fù)折返，且在此過程中采煤機(jī)截割速度普遍低于中部區(qū)域的影響、三角區(qū)時(shí)間占整體生產(chǎn)時(shí)間比例較大，限制了進(jìn)一步提升生產(chǎn)效率的空間。因此需要在薄煤層工作面開采部署方式上進(jìn)一步解放思想，吸收神東公司超長薄煤層工作面開采經(jīng)驗(yàn)，開展工作面開采布置長度向350m以上方向發(fā)展。（二）開采裝備技術(shù)有待進(jìn)一步提升薄煤層在開采過程中要受其所在環(huán)境與空間的制約，相關(guān)設(shè)備尺寸較小，而尺寸小也限制了設(shè)備功率的提升。薄煤層裝備要求尺寸小、功率大的矛盾性問題仍是一個迫切需要解決的問題，希望裝備制造廠商深入研究適用于薄煤層開采的裝備技術(shù)，嘗試差異化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，實(shí)