薄煤层无人工作面自动化开采技术应用.pdf

第 3 9卷 第 8期 2 0 1 3年 8月 工矿 自 动化 I n dus t r y a nd M i ne Au t oma t i on Vo 1 ． 3 9 NO ． 8 Au g ． 2 0 1 3 文章 编号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 3 0 8 0 0 0 9 0 5 DO I 1 0 ． 7 5 2 6 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X． 2 0 1 3 ． 0 8 ． 0 0 3 王刚 ， 方新秋 ， 谢小平， 等． 薄煤层无人工作面 自动化开采技术应用[ J ] ． 工矿 自动化， 2 0 1 3 ， 3 9 8 9 - 1 3 ． 薄煤层无入工作面自动化开采技术应用 王 刚 ， 方新秋 。 ， 谢 小平 。 ， 阮飞雄 1 ． 中国矿业大学 矿业工程学院，江苏 徐州2 2 1 1 1 6 ； 2 ． 深部煤炭资源开采教育部重点实验室 ，江苏 徐州 2 2 1 1 1 6 摘要 针对某矿薄煤层保护层安全高效开采的需求， 提 出了对其 2号薄煤层进行上保护层无人工作面开 采的 设计 方案 ； 根据 2号 薄 煤层 2 2 2 0 1首采 保 护层 工作 面 的 实际 情 况 ， 给 出 了 2 2 2 0 1无人 工 作 面 的采 煤机 、 液压 支 架 、 刮板 输送 机 的配套 选型 ， 详 细介 绍 了 2 2 2 0 1 无人 工作 面 自动 化控 制 系统 的 网络 结 构及 采 煤 工 艺 。 现场工业性试验结果表明， 该方案可 自动完成割煤、 移架、 推刮板输送机和顶板支护等生产流程 ， 实现 了薄煤 层 工作 面的 自动化 开采 。 关键词 薄煤层 ； LA ． x - 作面；自动化开采 ； 安全高效 中 图分 类 号 TD 8 2 3 文 献标 志码 A 网络 出版 时 间 2 0 1 3 0 7 2 3 1 3 5 3 网络 出版地 址 h t t p ／ ／ www． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． T P ． 2 0 1 3 0 7 2 3 ． 1 3 5 3 ． 0 0 3 ． h t ml Ap p l i c a t i o n o f a u t o ma t i c mi n i ng t e c h n o l o g y o f un ma n ne d c o a l f a c e o f t hi n s e a m W ANG Ga ng ， FANG Xi n q i u ，XI E Xi a o p i ng 一， RU AN Fe i x i on g ’ 1． Sc ho ol of M i ni n g En gi n e e r i n g，Ch i na U n i v e r s i t y o f M i n i ng a nd Te c hn o l og y，Xu z hou 2 2 1 1 1 6，Ch i na 2 ． Ke y L a b o r a t o r y o f De e p Co a l Re s o u r c e Mi n i n g o f Mi n i s t r y o f Ed u c a t i o n，Xu z h o u 2 2 1 I 1 6 ，Ch i n a Abs t r a c t I n vi e w of r e qu i r e me nt o f s a f e a nd h i gh e f f i c i e nt mi n i ng f o r p r ot e c t i on l a ye r of t h i n s e a m of a c oa l m i ne，t he pa p e r pr o po s e d a d e s i g n s c he me of u nma nn e d c o a l f a c e mi n i ng f or up pe r pr o t e c t i on l a y e r o f No． 2 t hi n s e a m o f t he c o a l mi ne ． Ac c o r di n g t o a c t u a l s i t u a t i on of 22 2 01 f i r s t c o a l f a c e o f t he No． 2 t h i n s e a m，i t g a v e ma t c h i n g e q u i p me n t s e l e c t i o n o f s h e a r e r ， h y d r a u l i c s u p p o r t a n d s c r a p e r c o n v e y o r o f t h e 2 2 2 0 1 u n ma n n e d c o a l f a c e ， a n d i n t r o d u c e d n e t wo r k s t r u c t u r e a n d mi n i n g p r o c e s s o f a u t o ma t i c c o n t r o l s ys t e m of t he 2 2 2 01 un m a nne d c o al f a c e i n d e t a i l s ．The i nd us t r i a l t e s t r e s ul t s ho ws t h a t t he s c he me c a n a u t o m a t i c a l l y f i ni s h pr o d uc t i o n pr oc e s s of c o a l c u t t i ng，s up po r t a d va nc i ng，s c r a pe r c o nv e y o r p us hi n g a n d r o of s upp o r t i ng，a n d r e a l i z e s a u t o m a t i c mi ni n g f o r t h i n s e a m c oa l f ac e． Ke y wo r ds t hi n s e a m ；u nma nn e d c oa l f a c e；a ut o ma t i c m i n i ng；s a f e t y a n d hi g h e f f i c i e nc y 0 引言 目前 ， 中国很 多矿 井 的中厚 煤层 开采 已近 枯竭 ， 而薄煤层 厚度≤ 1 ． 3 m 煤炭资 源分布地域辽 阔， 从 现 有 煤 炭 赋 存 情 况 来 看 ， 仅 可 采 储 量 就 达 到 6 1 ． 5 亿 t L 1 ] ， 因此 ， 难采薄煤层的开采得 到了充分重 视。降低难采薄煤层工作 面劳动强度 ， 提高工作人 员的安全系数和采煤效率 ， 研究难采薄煤层采煤新 技术 、 新工艺 ， 研发高效智能 的采煤装备 ， 减少井下 作业矿工人数 ， 最终实现井下采煤 的无人化， 已成为 国内外采煤行业的重要研究方向E z - 5 3 。 薄煤层无人工作面 自动化开采是 由自动化控制 技术 、 传感器技术、 计算机技术、 设备工况检测和故 障诊断技术、 电液控制技术 、 集中控制技术构成的机 电液一体化的综合机械化 采煤 自动化技术。其 中， 无人工作面 自动化系统 的“ 三机” 设备主要包括采煤 收稿 日期 2 0 1 3 0 5 1 3 。 基 金项目 国家高技术研究发展计划 8 6 3计划 资助项 目 2 0 1 2 AA0 6 2 1 0 1 ； 国家 自然科学基金 资助项 目 5 0 5 0 4 0 1 4 。 作者 简介 王 刚 1 9 8 9 一 ， 男 ， 山西长治人 ， 硕士研究生 ， 主要从事采矿工程方面的研究 工作 ， E ma i l wa n g g a n g a i c h a o 1 3 9 ． C O rn。 1 O 工矿 自动 化 2 0 1 3 年 第 3 9卷 机 、 液压支 架 和刮板输 送 机 ， 实 现“ 三机” 自动 控制 是 实现 无人 工作 面 自动化 的基础 l 6 ] 。 笔者针对某矿高瓦斯近距离煤层群条件下薄煤 层保 护层 的安 全高 效 开 采 的 问题 ， 结 合 难 采 薄 煤 层 工作 面 的生产 技术 条件 及无人 工作 面 自动化 开采 技 术 ， 介绍对该矿北翼 2号 薄煤层进行上保护层无人 工作 面 开采 的实现 方案 。 1 试 验工作 面 生产技 术条 件 1 ． 1试验 工作 面地质 概 况 该 矿 区煤 系地层 为石 炭系上 统太 原组 和二 叠 系 下 统 山西组 ， 共含 煤 1 7层 ， 煤层 总 厚度 为 1 9 ． 4 2 1 “12 ， 属于高瓦斯近距离煤层群开采条件 。北二采 区 2号 煤层 的平 均厚 度为 1 ． 1 m， 倾 角 为 4 。 。下邻 近 1 4 1T I 处为 3 4 号 重叠煤 层 ， 煤层平 均 厚度 为 4 ． 6 1T I ， 煤 层相 对 瓦斯含 量 为 1 1 ． 5 6 i n 。 ／ t ； 下 邻 近 2 2 ． 7 m 处 为 5号煤层， 煤层平均厚度为 3 ． 6 1T I ， 煤层相对瓦斯 含量 为 1 4 ． 7 4 m。 ／ t 。 3 4 号 、 5号 煤 层 属 于 高 瓦 斯且有 突出危险性 煤层 ， 2号薄煤层瓦斯含量较低 且无突出危险性 ， 故选择对 2号薄煤层进行上保护 层开采 。2 2 2 0 1工作面为 2号薄煤层 的首采保护层 无 人工 作面 ， 工作 面长 度为 1 5 0 1 T I ， 采 用沿 空 留巷技 术 构成 Y 型 通风 系 统 ， 如 图 1所 示 。2 2 2 0 1工作 面 直接底为细砂岩 ， 平均厚度为 2 ． 6 I T I ； 基本底为深灰 色粉砂岩 ， 厚度为 1 ． 8 m 左右 ； 伪顶为灰黑色泥岩 ， 厚度为 0 ． 8 3 12 1 左右， 分布不均； 直接顶为深灰黑色 砂质 泥岩 ， 平均 厚度 为 6 ． 2 7 1 T I ； 基本 顶 为泥 岩 ， 平 均 厚度 为 1 2 ． 5 I n ， 并夹 含 2层细 粒砂 岩薄层 。 图 1 2 2 2 0 1工 作 面布 置 1 ． 2 2 2 2 0 1工作 面“ 三机” 配套 选型 1 MG2 1 5 0 ／ 7 0 0 一 WD 1型电牵引矮机身采 煤机 ， 装机功率为 7 0 0 k W， 电压为 3 3 0 0 V， 牵引速 度为 0 ～9 ． 0 1 m／ mi n 。其特点主要为机身较矮、 短 ， 装机功率大 ， 对难采薄煤层的适应性较好。 2 Z Y3 6 O 0 ／ O 7 ／ 1 6 ． 5 D 型 两 柱 掩 护 式 电 液 控 制 液压 支架 ， 支护 高度 为 7 。 0 ～1 6 5 0 mm， 支架 宽度 为 1 4 3 0 1 6 0 0 mm， 中心距 为 1 5 0 0 mm， 初撑 力 为 3 0 9 3 k N， 额 定 工作 阻 力为 3 6 0 0 k N。该 支 架支 护 强 度 大 、 稳定 性 好 ， 适 合 于 0 ． 7 ～ 1 ． 6 5 I I 1 难 采 薄 煤 层 工作 面 。 3 S G Z 7 3 O ／ 3 2 O型 输 送 型 中双 链 铸 焊 封底 式 刮板输送机 ， 输送能力为 6 5 0 t ／ h ， 装机功率为 2 1 6 0 k W ， 刮板 链速 为 1 m／ s ， 采用 YB S 一1 6 0型 大 功 率电动机牵引 。该机输送能力大 ， 结构简单 ， 维护方 便 ， 安全可靠 ， 满足难采薄煤层开采需要 。 2 2 2 2 0 1工作 面 自动化控 制 系统设 计 针对 2 2 2 0 1 工作面的设备选择 ， 要求整个工作 面 的设 备具有 相 应 的控 制 系 统 ， 并 且 达 到无 人 工 作 面 开采 的条件 。 2 ． 1 系统 功能 及 网络 结 构 2 2 2 0 1工 作 面 已 经 配 置 了 KTC 1 O 1控 制 器 及 S AC型 电液 控 制 系 统 。在 2 2 2 0 1机 轨 合 一 巷 内设 置集中控制 中心， 通过机轨合一巷配置 K TC I O 1 控 制器 自动 控制 采 煤 机 、 刮 板 输 送 机 ， S AC 型 电 液 控 制系统通过支架红外线传感器 以采煤机位置为依据 实现 支架 的跟 机 自动 化 ， 实 现 薄 煤 层综 采工 作 面 的 自动 化 、 无 人 化 。2 2 2 0 1工 作 面 自动 化 控 制 系 统 网 络结构及其数据传输流程分别如图 2 、 图 3所示。 图 2 2 2 2 0 1工 作 面 自动 化 控 制 系 统 l网络 结 构 2 ． 2 采 煤机 自动 控制 系统 1 记忆割煤 。结合 2 2 2 0 1工作 面开采条件 ， 在其无人工作面中采用记忆割煤方法实现采煤机 自 动割煤 ， 这种控制方式是基 于位置传感器或计算机 记忆的“ 示教跟踪” 控制 ， 有效地避开 了煤岩界面识 别这一难题。采煤机 的工作方式是 当工作面 回采 时， 采煤机司机操控滚筒沿工作 面随着煤层高低起 伏完成首次循环截割 。采煤机的速度、 位置、 姿态和 油缸行程等数据均 由相关传感器采集 这类物理量 的监测均较容易实现 ， 且不易受到干扰 ， 并通过传 2 0 1 3年第 8期 王刚等 薄煤层无人工作面 自动化开采技术应用 1 1 l『 F 订 一 一『F 订 一 一 I广] n I I I 1 r _ Ⅱ l I 『I I 电 液控制现场总 线 工作面监控总线 I I l l f l l l ⋯ 图 3 2 2 2 0 1工作 面数 据 传 输 流 程 输线路将采煤机实时工作参数存人控制器的计算机 中。对 于工作 面 首采 之 后 的几 次 循 环 割 煤 ， 采 煤 机 就转入 自动截割状态 ， 此时采煤机按照 已经储存 的 程序 自动跟踪相应数据采集点记录的参数 ， 并结 合 顶底板几何形状变化趋势 ， 运用简单 的推理方法 预 测采煤机前方顶底板状态 ， 从而达到 自动调节滚筒 高度 ， 完成 自动割煤 的目的。 2 采煤 机位 置 红外线 检 测 。利 用采 煤 机 红外 线位置检测装置检测采煤机位置， 对液压支架 自动 控 制 意义重 大 。在 2 2 2 0 1工作 面 每架 液压 支架 上安 装 1台红外 线接 收 器 ， 在 采 煤 机 上 安装 1台红 外 线 发射器 。当采煤机运行时 ， 安装在不同液压支架上 的红外线接收器会接收到红外线信号 ， 接 收到红外 线信号的红外线接收器将接收到的信号通过 R S 2 3 2 通信方式传送给支架控制器 ， 支架 控制器通过判断 可以确定采煤机的当前位置 ， 并 可根据采煤机的位 置 指导各 控 制 的执行 动作 ， 也 可 以将 这 些 数 据 传 输 给其 他 系统 。 2 ． 3 液压 支 架电液控 制 系统 2 2 2 0 1工作 面 配 置 的 S AC 型 电 液 控 制 系 统 具 有 良好 的工作 性 能 ， 该 系 统 主要 组 成 部 分 包 括 液 压 支架 电液控制装置控制器、 本质安全型信号转换器 、 支架人机操作界面、 矿用压力传感器 、 行程传感器 、 感应磁环 、 红外线发送器、 红外线接收器 、 矿用 隔爆 兼本质安全型稳压 电源 、 隔爆耦合器 、 监控主机 、 网 络终端器和电缆组件及其附件， 各个部分分别完成 一 种 功能 。 S AC型电液控制系统在使用 中主要采 用 3种 控制方式 按键对单个支架 邻架 动作的非 自动控 制 ； 对单个支架 邻架 的降柱一移架一升柱动作施 行 自动顺序联动； 成组 自动控制 。这些控制方式是 电液控制系统的基本应用 。在 2 2 2 0 1工作面内共有 1 0 1架液压支架 ， 其 中有 9 7架中部液压支架、 4 架端 头支架 。按 照 以上要 求 ， S AC型 电液 控 制 系统 组 成 如 图 4所示 。 Ac 哐 圃 压力传感器 l l 电液控制阀组l l 位移传感器 支架立柱 1 支架千斤顶 图 4 S AC型液压支架 电液控制 系统组成 S AC型电液控制系统实现的功能 ① 以采煤机 位置为依据的支架 自动控制功能； ② 支柱在工作 中 发 生卸 载时 的 自动补 压功 能 ； ③ 闭锁 及 紧急 停止 功 能 ； ④ 信息功能 人机操作界 面 ； ⑤ 能够 向其他 系 统 如地面调度室 、 监控 中心 传输信息， 也能够从其 他 系统接 收数 据 ， 并 进 行数据 处 理 。 2 ． 4液压 支架跟机 自动化技 术 S AC型电液控制 系统通过 红外线传感器检测 采煤机位置信息 ， 将该信息传到机轨合一巷集 中控 制中心 S AC P主控计算机 的主机 ， 主机经过 内部 程序处理 ， 自动发出相应的控制命令， 使相应 的支架 控制器 自动完成相应的操作 ， 如在采煤机前方 自动 收护帮板 ， 在采煤机后方 自动移架 、 推溜等。操作员 只需在控制主机上提前设置好参数 ， S AC P主控计 算机控制支架完成相关动作即可实现支架的跟机 自 动 化 。 2 ． 5刮板 输送机 自动推 移 系统 在 2 2 2 0 1 工作面 内， 每架液压支架的推移 油缸 分别与刮板输送机的一节槽帮相连 ， 推移千斤 顶完 成 推溜 和移 架动作 ， 在 完成 液压 支架 的执 行动作 后 ， 也即实现了对刮板输送机的推移控制 。 2 ． 6 “ 三机 ” 工 况 自动检 测与故 障诊 断 系统 “ 三机” 工况 自动检测 与故 障诊 断系统为实现 “ 三机” 在工作面安全运行提供了可靠保障。采煤机 智能化检测技术已经达到较高水 平， 新型电牵 引采 煤机具有建立在微处理机基础上 的智能监控、 监测 和保护系统 ， 安装有电压、 电流等 多种传感器 ， 可实 现交互 式 人机对 话 、 远 近控 制 、 无 线 电随 机 遥 控 、 工 况监测及状态显示 、 故障诊 断及 预警等多种 功能。 液压支架的故障多数是液压系统泄漏 ， 目前该泄漏 故障自动检测及其诊断技术发展比较成熟。刮板输 送机的故障诊断和工况监测技术可以连续监测输送 机各种部件的运行状态 ， 进行 故障诊 断和报警 ， 同 时通过对该系统的进一步研究 ， 并结合其在 自动化 、 智能化方面的发展， 实现了刮板输送机的大功率、 小 管 理 层 监 控 层 设 备 层 1 2 工矿 自动化 2 0 1 3年 第 3 9卷 事故率 、 高效率和安全运行 。 3采 煤方 法与 回采 工艺流 程 2 2 2 0 1工作 面采用走 向长壁后退式采煤法、 无 人工作面综合机械化采煤 ， 一次采煤层全高 ， 全部垮 落法 管理顶 板 。采用 MG2 1 5 0 ／ 7 0 0 一 WD1型矮 机 身双 滚筒 采煤 机沿 底 板 双 向割 煤 和 扫 浮 煤 ， 采 煤 机 端头 斜 切 式 进 刀 ， 双 向 割 煤 ， 截 深 为 0 ． 6 I T I ， 往 返 1次进 2刀 。 1 装 煤 及 运 煤 方 式 。利 用 MG2 1 5 0 ／ 7 0 0 一 WD1型矮机 身 滚 筒 配 合 S G Z 7 3 O ／ 3 2 O型 刮 板 输 送 机铲煤板对割落煤块进行装运 ， 并通过刮板输送机 将割落煤块运送到工作面端部 S Z B 一 7 3 0 ／ 7 5型转载 机 和 P C M一 1 1 0型破 碎 机 ， 最 后 通 过 2 2 2 0 1机 轨 合 一 巷内带式输送机集中运出。 2 控 顶 形 式 。采 用 Z Y3 6 0 0 ／ 0 7 ／ 1 6 ． 5 D 型 两 柱掩护 式液 压支 架 支 护无 人 工 作 面 顶板 ； 上 下 端 头 通过布置矩形戴 帽单体液压点柱维护顶板 ； 在 回采 巷道 布置 三趟超 前 支 护 ， 采 用 单 体液 压 支 柱 配 合 铰 接梁 铰接 支设 ， 超前 支护 距离 为 3 5 ～4 0 m。 3 回采 工 艺 流 程 。双 滚 筒 采 煤 机 割 煤 、 装 煤一可弯曲刮板运输机运煤一液压 自移式支架支护 顶板一推移刮板输送机一清扫浮煤 。 4 工 业性试 验及 效益 分析 4 ． 1工 业性试验 过程 分析 2 2 2 0 1 工 作面 从 2 0 1 1年 1 2月 9日开 始 初 采 ， 工作面采用“ 四六” 工作制， 即一班充填 、 一 班检修 、 两班 大夜班 生产 ， 每班工作 6 h ， 每个采煤班完成 3 个 循 环 ， 日完成 6 个 循 环 ， 工 作 面 日进 度为 3 ． 6 m。 2 0 1 2年 1月 2 2 日进 入 正 常 回 采 ， 工 作 面 日推 进 4 ． 4 9 I T I ， 日产 量最 高 可 达 1 2 8 9 t ， 正 常 回采 期 间 工 作 面瓦斯 涌 出量为 2 1 ． 2 ～3 7 ． 1 1 m。 ／ rai n ， 平 均实 际 配 风量 为 2 5 2 7 m。 ／ mi n 。 在 2 0 1 2年 1月 1日至 2 0 1 2年 7月 2 2日期间 ， 2 2 2 0 1工作面共经历 了 1次初次来压 和 2 9次周期 来压。工作面初次来压步距约为 3 3 1T I ， 动载系数为 1 ． 1 2 ， 初次来压期间支架承载的压力较大 ， 煤壁片帮 和顶 板 破 碎 较 为 严 重； 周 期 来 压 步 距 平 均 为 1 7 ． 4 1 T I ， 平均动载系数为 1 ． 0 9 ， 动载系数较小 ， 基本 顶的失稳对工作面影响程度减弱。 2 2 2 0 1 工 作 面 中部布 置 了 9 7架 Z Y3 6 0 0 ／ O 7 ／ 1 6 ．5 D 型 液 压 支 架 ，两 端 头 分 别 布 置2 架 Z YG 3 6 O O ／ O 7 ／ 1 6 ． 5 D型液压支架。在 2 2 2 0 1机轨合 一 巷 内布 置集 中控 制 中心 ， 在 控 制 中 心 布置 监 控 中 心、 电液控制及通信控制等 自动监测控制平台。现 场配 置 了 K TC 1 0 1控 制 系统 及 S AC型 电液 控 制 系 统 ， 根据 KTC 1 0 1控 制 系统 的组 成 部 件 连 接 方 式 ， 从 主控制 器 的主 控计 算 机 连 接 出控 制 总线 ， 然 后 将 其他 各 种接 口或 者设 备 依 次 连 接 在控 制 总线 上 ， 通 过 KTC 1 0 1控制 系统 自动 化控 制 采煤 机 、 刮板 输 送 机 ， S Ac型电液控制系统通 过支架红外线传感器 以 采煤机位置为依据实现了支架 的跟机 自动化 ， 从而 实 现 了薄煤 层工 作 面的 自动化 开采 。 4 ． 2 效 益分析 1 在 2 2 2 0 1工 作 面正 常 回采 期 间 ， 工作 面平 均每天可推进 4 ． 4 9 m， 平均 日产量为 1 0 7 7 t ， 原煤 价格按焦煤炭价格 1 2 0 0元／ t 计算， 则试验期新增 日产 值 为 1 2 9 ． 2 4万 元 。 2 2 2 2 0 1工作面采用无人工作面 自动化开采 技术后 ， 相对综采工作面开采方式 ， 检修班每班需要 在工作面内施工作业 的工人数量可以从 1 2人减少 到 7人 ， 相对 减 少 了 4 1 ． 6 ； 采 煤 班 每 班 需 要 在 工 作 面 内施工 作业 的工 人 数 量 可从 9人 减 少 到 4人 ， 相对减少了 5 5 ． 5 6 ； 2个采煤班和 1个检修班共减 少 工人 1 5 人 ， 相 对减 少 了 5 0 ， 从 而 实现 了矿 井减 员 提效 的 目的。 3 通过 采 用 无 人 工 作 面 自动化 开 采 技 术 ， 将 工人从 采 高较低 的薄 煤 层 工作 面 内解 放 出 来 ， 而 在 回采巷道 内进行 自动化操作 ， 降低了难采薄煤层开 采 的劳动 强度 ， 改善 了工 人 的劳动 条件 和环 境 ， 从 而 实现 了难采薄煤层 的安全高效开采。 4 实 现 了采煤 工作 面生 产 过程 的 自动 化 和无 人 化 ， 自动完 成割 煤 、 移 架 、 推 刮板 输 送 机 和顶 板 支 护 等生 产流 程 。 5 在 无 人 工 作 面 自动 化 控 制 体 系 中 利 用 K TC I O I控制系统对“ 三机” 配套设备 进行综合 控 制 ， 利 用 S AC型 电液控 制 系统对 液压 支架 进行 自动 控制 ， 并确定了液压支架 的 自动控制方式和采煤机 的记忆割煤方式 。 5 结语 1 通过 2 2 2 0 1无人工作面开采技术 的研究 ， 实现了难采薄煤层 回采工作面的少人甚至无人化 ， 并取得了较好的经济效果 ， 走 出了一条 自动化安全 高效开采 的科学采 矿技术创新路线， 这将对 中国长 期处于缓慢发展甚 至停滞状态的极薄、 薄煤 层的开 采 产生 重要 影响 。 第 3 9卷 第 8 期 2 0 1 3年 8月 工矿 自 动化 I nd us t r y a nd M i n e Aut o ma t i on Vo l _ 3 9 No ． 8 Au g．2 0 1 3 文章 编 号 1 6 7 1 2 5 1 X 2 0 1 3 0 8 0 0 1 3 0 3 DOI 1 0 ． 7 5 2 6 ／ j ． i s s n ． 1 6 7 1 2 5 1 X． 2 0 1 3 ． 0 8 ． 0 0 4 郭海军． 标识卡唯一性检测装置 中定 向天线设计[ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 1 3 ， 3 9 8 1 3 1 5 ． 标识卡唯一性检测装置中定向天线设计 郭 海军 中煤科工集团重庆研究 院， 重庆4 0 0 0 3 7 摘要 针对传统标识卡检测装置不能在指定 区域有效检卡、 存在误识别区域 的问题， 设计 了一种窄带、 高 增 益定 向天 线 。通过 改 变传统标 识 卡检 测装 置全 向 天线 的增 益及 方 向角 ， 将 其 水 平 波瓣 宽度 由 1 8 0 。 减 小到 小于 9 O 。 ， 并采用 An s o f t HF S S电磁仿真软件对该天线的长度 、 宽度 、 矩阵排列方式等参数进行分析及优化， 使其具有 良好 的窄带、 定向、 高增益特性。实际应用表明， 该天线可确保标识卡唯一性检测装置很好地符合 AQ 6 2 1 0 2 O O 7及 AQ 1 O 4 8 2 0 0 7的相 关要 求 。 关键词 人 员定位 ； 标识卡； 唯一性检测；高增益定向天线 ；窄带定向天线 中图分类号 T D6 7 文献标志码 A 网络出版时间 2 0 1 3 0 7 2 3 1 3 5 4 网络 出版 地址 h t t p ／ ／ w ww． c n k i ． n e t ／ k c ms ／ d e t a i l ／ 3 2 ． 1 6 2 7 ． TP ． 2 0 1 3 0 7 2 3 ． 1 3 5 4 ． 0 0 4 ． h t ml De s i g n o f d i r e c t i o n a l a n t e n na o f u ni q u e n e s s d e t e c t i o n d e v i c e o f i d e nt i f i c a t i o n c a r d GUO Ha i j u n Ch o n g q i n g Re s e a r c h I n s t i t u t e o f CCTEG，Ch o n g q i n g 4 0 0 0 3 7 ，Ch i n a Abs t r a c t I n v i e w O pr o bl e m s t ha t t r a d i t i o na l de t e c t i o n de v i c e o f i d e nt i f i c a t i o n c a r d c a n no t d e t e c t c a r d e f f e c t i v e l y a t a s s i g n e d a r e a a n d h a s e r r o r i d e n t i f i c a t i o n a r e a ，a d i r e c t i o n a l a n t e n n a wi t h n a r r o w b a n d a n d h i g h g a i n wa s d e s i g n e d．Th r o u g h c h a n g i n g g a i n a n d d i r e c t i o n a n g l e o f o mn i d i r e c t i o n a l a n t e n n a o f t h e t r a d i t i o n a 1 d e t e c t i o n d e v i c e o f i d e n t i f i c a t i o n c a r d ．wi d t h o f h o r i z o n t a l l o b e i s r e d u c e d f r o m 1 8 0 。t o l e s s t h a n 9 0。 ，pa r a m e t e r s o f l e ng t h，wi dt h a n d ma t r i x a r r a ng e me n t mo de o f t he a n t e n na a r e a n al y z e d a nd o pt i m i z e d by us i n g A n s o f t H FSS e l e c t r o m a g ne t i c s i m ul a t i o n s o f t wa r e，S O a s t o r e a l i z e g oo d pe r f o r m a n c e s of na r r o w 收稿 日期 2 0 1 3 0 5 2 1 基金项 目 中煤科工集团重庆研究院 2 0 1 1 年重 点研究项 目 cQ1 1 0 4 。 作者简介 郭海军 1 9 7 9 一 ， 男 ， 山东济宁人 ， 工 程师， 主要研究方 向为煤矿井 下人员 定位管理 、 有线 ／ 无线通信 、 物 联网等 ， E - ma i l ； 6 5 2 3 9 3 3 0 1 6 3 ． c o m 。 2 综 合 自动 化薄煤 层 开采 技术 实 现 了薄煤 层 开 采 的高产 高效 与安 全 性 统 一 。 因此 ， 该 技 术 的 关 注度 也越 来越 高 ， 其 应 用将 会 逐 步 普及 ，这 对 于 优 化 中 国矿 业 结构 、 提 升 矿 业 开采 技 术 水 平 及 有 效 利 用煤炭资源具有现实意义。 参考文献 E l i [ 2 ] [ 3 ] 毛君 ， 王步康 ， 刘东才． 刨 煤机 、 螺旋 钻采 煤机 、 连 续采 煤机 成套 装备[ M] ． 徐州 中 国矿业大学 出版社 ， 2 0 0 8 ． 李太 连． 对 煤 矿 安 全 高效 综 采 成套 装 备 研 发 的思 考 [ J ] ． 中国煤炭 ， 2 0 0 7 ， 3 3 6 3 8 4 1 ． 方新秋 ， 何杰 ， 郭敏江 ， 等． 煤 矿无人工作面开采技 术研 究I- J ] ． 科技导报 ， 2 0 0 8 ， 2 6 9 5 6 6 1 ． [ 4 ] 方新 秋 ， 张雪峰． 无人工作面开 采关键技 术 E C ] ／ ／中国 煤炭 学会 开采 专业 委员会 2 0 0 6年学术年会论 文集． 徐 州 中国矿业大学 出版社 ， 2 0 0 6 6 3 6 8 ． [ 5 ] 钱 鸣高 ， 缪协 兴 ， 许家 林 ， 等． 岩层 控制 的 关键 层 理论 [ M] ． 徐州 中国矿业 大学出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 6 ] 毛君． 刮板输送机动力学行为分析与控制理论研究 [ D ] ． 阜新 辽宁工程 技术 大学 ， 2 0 0 6 ． [ 7 ] 杨玉成． 综合自动化无人工作面开采薄煤层[ J ] ． 矿业 快报 ， 2 0 0 4 3 3 3 3 4 ． [ 8 ] 钱 鸣高 ， 缪协兴． 采场上覆岩层结构 的形态 与受力分析 [ J ] ． 岩石力学与工程学报， 1 9 9 5 ， 1 4 2 9 7 1 0 6 ．