煤礦開采技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)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(dāng)?shù)脑寒a(chǎn)量也來自井工這一狀況，本文在分析煤礦高效智能化生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)和發(fā)展的趨勢的基礎(chǔ)上，煤礦開采的現(xiàn)狀和發(fā)展進(jìn)行了研究分析。

關(guān)鍵詞：煤礦;開采;發(fā)展方式

一、煤礦開采的現(xiàn)狀

煤礦開采向來是一項(xiàng)最艱苦的工作，當(dāng)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(yīng)的采用礦井開采（埋藏較深）和露天開采（埋藏較淺）兩種方式?？陕短扉_采的資源量在總資源量中的比重大小，是衡量開采條件優(yōu)劣的重要指標(biāo)，我國可露天開采的儲(chǔ)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(qū)大多數(shù)采用這一開采方式，也有露天開采，如內(nèi)蒙古霍林河煤礦就是我國最大的露天礦區(qū)。

（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(xí)慣上叫剝離法開采，這是因?yàn)槁冻龅孛娴拿阂验_采殆盡，有必要?jiǎng)冸x表土，使煤層顯露出來。此法在煤層埋藏不深的地方應(yīng)用最為合適，許多現(xiàn)代化露天礦使用設(shè)備足以剝除厚達(dá)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(jìn)行大范圍剝離的礦區(qū)最為經(jīng)濟(jì)。當(dāng)?shù)V床地形起伏或多山時(shí)，采用沿等高線剝離法建立臺階，其一側(cè)是山坡，另一側(cè)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(yīng)采取措施，重新恢復(fù)地面。美國有幾個(gè)州和聯(lián)邦政府的法律規(guī)定了恢復(fù)土地的措施，現(xiàn)在許多采掘企業(yè)已自愿執(zhí)行這些規(guī)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(dá)某一煤層或某幾個(gè)煤層通道的垂直井。從一個(gè)煤層下掘到另一個(gè)煤層的豎井稱盲井。在井下，開采出的煤倒入豎井旁側(cè)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(dá)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(yùn)煤的帶式輸送機(jī)，人員和材料用軌道車輛運(yùn)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(guī)方法將煤從工作面連續(xù)運(yùn)輸?shù)降孛妗?/p>

二、 煤礦開采新技術(shù)的發(fā)展

（一）煤炭智能開采引入航天技術(shù)助力

依托航天伺服控制技術(shù)，研制開發(fā)了智能化綜采控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了可視化干預(yù)自動(dòng)采煤，提高工作面生產(chǎn)效率。相關(guān)系統(tǒng)，已經(jīng)在多家煤礦企業(yè)成功應(yīng)用。

依托航天慣性導(dǎo)航技術(shù)、信息技術(shù)等多領(lǐng)域優(yōu)勢，研制開發(fā)了一系列礦用高技術(shù)產(chǎn)品，包括特種機(jī)器人、礦用救援車以及虛擬培訓(xùn)演練系統(tǒng)，煤礦安全生產(chǎn)監(jiān)管信息化平臺等。未來，中國航天將圍繞煤礦智能開采技術(shù)與裝備，煤礦安全生產(chǎn)信息化技術(shù)，煤礦應(yīng)急救援技術(shù)與裝備等領(lǐng)域加強(qiáng)與煤炭行業(yè)的對接交流。在發(fā)展航天動(dòng)力制導(dǎo)、導(dǎo)航與控制，電子信息等專業(yè)技術(shù)，開發(fā)高端裝備與智能制造、新材料、云計(jì)算等新技術(shù)的同時(shí)，挖掘與煤炭行業(yè)新的結(jié)合點(diǎn)，特別是加快實(shí)現(xiàn)智能化自適應(yīng)無人采煤。探索在重點(diǎn)煤礦企業(yè)，開展軍工技術(shù)轉(zhuǎn)化產(chǎn)品的實(shí)驗(yàn)與應(yīng)用，幫助解決首臺套研發(fā)應(yīng)用問題，加快煤礦機(jī)器人產(chǎn)品定型，促進(jìn)新型裝備應(yīng)用推廣。

（二）推進(jìn)智能工作面建設(shè)

綜放工作面智能化系統(tǒng)由集控中心、支架電液控、智能煤機(jī)、地面配液采區(qū)集中供液泵站系統(tǒng)、視頻監(jiān)控、千兆網(wǎng)絡(luò)和智能手持終端等組成，通過智能化控制系統(tǒng)及各子系統(tǒng)之間的系統(tǒng)融合，利用集控系統(tǒng)、LASC慣導(dǎo)系統(tǒng)、可靠電液控控制等系統(tǒng)，形成了以“設(shè)備智能控制為主，遠(yuǎn)程干預(yù)控制為輔”的智能化生產(chǎn)新模式。建立井下和地面兩個(gè)集控中心，將采煤工從危險(xiǎn)的工作面采場遷移到相對安全的順槽監(jiān)控中心和地面調(diào)度指揮中心，實(shí)現(xiàn)減員提效，而且進(jìn)一步提升安全保障能力。依托智能設(shè)備，利用通信、網(wǎng)絡(luò)、視頻、電液控等技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測、分析工作面支架、煤機(jī)、“三機(jī)”、泵站等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控及記憶截割、自動(dòng)跟機(jī)移架、時(shí)序控制自動(dòng)放煤等功能;地面集控中心通過千兆網(wǎng)絡(luò)與井下集控中心通信，經(jīng)井下授權(quán)，可實(shí)現(xiàn)地面一鍵操作、遠(yuǎn)程控制。逐步實(shí)現(xiàn)了工作面設(shè)備一鍵啟停、液壓支架自動(dòng)跟機(jī)、時(shí)間頻次自動(dòng)放煤、采煤機(jī)記憶截割、智能終端、手機(jī)App視頻監(jiān)控等功能，取得預(yù)期應(yīng)用效果。

（三）大數(shù)據(jù)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(tǒng)的故障診斷問題是隨著監(jiān)控系統(tǒng)的產(chǎn)生和發(fā)展而提出來的傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)等現(xiàn)代信息化技術(shù)在監(jiān)控系統(tǒng)中的應(yīng)用和發(fā)展，為獲取分層分布的廣泛故障信息提供了技術(shù)條件，但同時(shí)也帶來了新的問題。一方面，在發(fā)生故障時(shí)，將會(huì)有不同種類、不同精確度、不同層次、不同標(biāo)準(zhǔn)的海量報(bào)警信息在短時(shí)間內(nèi)涌向調(diào)度中心，這些海量數(shù)據(jù)往往會(huì)大大超過運(yùn)行人員的處理能力。當(dāng)系統(tǒng)發(fā)生多級故障、越級故障或者連鎖故障時(shí)，難度更是可想而知;另一方面，由于在故障情況下，可能會(huì)產(chǎn)生繼電保護(hù)、開關(guān)以及自動(dòng)裝置的拒動(dòng)或誤動(dòng)等，導(dǎo)致故障信息難以反映事故本質(zhì);再加上信息傳輸過程中的信息失真和干擾，使得準(zhǔn)確實(shí)現(xiàn)故障診斷將面臨更大的挑戰(zhàn)。對日常生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)未進(jìn)行充分的挖掘分析，也沒發(fā)揮好大數(shù)據(jù)精準(zhǔn)分析支撐企業(yè)快速發(fā)展和領(lǐng)導(dǎo)科學(xué)決策的作用當(dāng)經(jīng)營決策者需要各類數(shù)據(jù)支撐時(shí)，只能依靠傳統(tǒng)的手工錄入和郵件傳遞的方式進(jìn)行，數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)性和時(shí)效性明顯滯后。

通過大數(shù)據(jù)集約化、統(tǒng)一化標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，在不改變現(xiàn)有各類系統(tǒng)正常運(yùn)行的前提下，利用多源信息融合、云技術(shù)、大數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)挖掘研究方法和技術(shù)理念，將礦井生產(chǎn)綜合自動(dòng)化系統(tǒng)、智能礦山系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、皮帶運(yùn)轉(zhuǎn)監(jiān)控系統(tǒng)等數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)一的數(shù)據(jù)集成及邏輯組態(tài)拓展，以期建立通用數(shù)據(jù)倉庫模型，實(shí)現(xiàn)開采、探訪、機(jī)電運(yùn)輸、調(diào)度全環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)共享。通過設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)篩查邏輯組態(tài)邏輯，對礦井開采海量數(shù)據(jù)自主篩查、解析，形成動(dòng)態(tài)穩(wěn)定監(jiān)控系統(tǒng)和輔助智能決策系統(tǒng)，協(xié)調(diào)生產(chǎn)、運(yùn)維、經(jīng)營的管理，提升生產(chǎn)效率和資源利用率，形成統(tǒng)一的、界面清晰可視的最有運(yùn)行鏈接方式，廣泛適用于礦山、有色、化工等企業(yè)，能有效提升安全性能，并帶來巨大安全經(jīng)濟(jì)效益。

（四）

通過在采煤機(jī)上加裝5G工業(yè)模組，利用工作面布放的5G基站完成無線傳輸，采煤機(jī)司機(jī)通過智能調(diào)度集控中心，可直接通過地面調(diào)度中心煤機(jī)集中控制臺將控制指令下達(dá)至井下煤機(jī)，直接操作采煤機(jī)進(jìn)行一鍵啟動(dòng)，左右搖臂升降等一系列動(dòng)作，真正實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程“一鍵采煤”。

此工業(yè)控制應(yīng)用技術(shù)利用5G高帶寬、低時(shí)延的特性，實(shí)現(xiàn)了一種新的設(shè)備控制模式。該技術(shù)的突破，后續(xù)可廣泛應(yīng)用于綜掘機(jī)、膠輪車無人駕駛、機(jī)器人巡檢等方面。

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