综采工作面区域网格化分区方法及其应用.pdf

第44卷 第“期 2018年9月 工矿自动化 Industry and Mine Automation Vol. 44 No. 9 Sep. 2018 文章编号671-251X 201809-0094-04 DOI 10. 13272/j. issn. 1671-251x. 17345 综H I作 面 区 域 网 格 化 分 区 方 法 及 其 应 用 屈世甲1 1.中煤科工集团常州研究院有限公司， 江 苏 常 州 213015 2. TiandiChangzhou Automation Co. ’ Ltd., Changzhou 213015, China Abstract In order to meet fine management requirements for fully-mechanized coal mining face production’ a grid partition of fully-mechanized coal mining face area was put forward. According to space area of fully-mechanized coal mining face and operation cycle chart’ fully-mechanized coal mining face area was divided into return air terminal area’ head triangle coal area’ central coal mining area’ tail triangle coal area and inlet air terminal area from static level. Considering three processes of coal cutting’ support moving and scraper conveyor pushing in production process’ the central coal mining area was further dynamically divided into coal cutting area’ support moving area, scraper conveyor pushing area and transition area. Taking mine pressure characteristics analysis of fully-mechanized coal mining face as an example’ it shows that analysis results of mine pressure characteristics after grid partition are more specific than those of whole working face. Key words coal mine safety; fully-mechanized coal mining face; fine management; grid partition； static grid partition； dynamic grid partition 收稿日期2018-06-07;修回日期2018-08-21;责任编辑盛男。 基金项目国家重点研发计划资助项目（2016YFC0801804 作者筒介屈世甲“984 男，陕西铜川人，副 研 究 员，硕 士，主要 从 事 煤 矿 安 全 技 术 应 用 及 通 风、瓦 斯 分 析 预 警 方 面 的 研 究 工 作，E-mail qushiiaczsina. com。 引用格式屈世甲.综 采 工 作 面 区 域 网 格 化 分 区 方 法 及 其 应 用 工 矿 自 动 化，2018,449 4-97. QU Shijia. Grid partition of fully-mechanized coal mining face area and its application[J]. Industry and Mine Automation， 2018，44 994-97. 2 0 1 8 年 第 9 期屈 世 甲 综 采 工 作 面 区 域 网 格 化 分 区 方 法 及 其 应 用 95 〇 引言 随着国家对煤矿安全生产工作的日益重视， 宏 观管 效 渐 ， 煤矿 人数逐年 减少[12]。 ， 中国煤矿工 人数 世界 平均水平。为实现中国煤矿安全生 势的根 好转， 煤矿企业有必要 细化管理[ 3 5]。 着煤矿机械化和智能化水平 提高， 综 采工作面长度不断增加， 大型机械设备多且空间受 限， 采场 ， 综采工作面作业时粉尘大， 设备 操作人员 、 听力 ， 面临诸 ）9]。为提 工作 细化管 平[1012]， 根据综采工作 备分布、 生产工 点 ， 本文提出了一 工作面区域网格化分区方法， 可实现工作面区域化 的安全状态实时分析。 1综采工作面区域网格化分区方法 本文定义综采工作面区域包括工作面走向区 域 ， 侧端 、 设备列车及 10 5 区 域 ， 回风巷侧端头支架及其超前10 5 区域， 如 图 1 所示。 图1综 采 工 作 面 区 域 Fig. 1 Fully-mechanized coal mining face area 1. 1 综采工作面区域静态网格化分区 根据空间区域及制定的作业循环图表， 对综采 工作面区域进行静态层面的网格化分区， 如 图 2 所 示 。在工作面走向方向上划分为5 个区域 ①回风 巷侧端 及 10 m区域， 定义 端 头区域； ② 侧端 、 设备列车及其超前 10 m区域， 定义为进风端头区域； ③以作业循环图 表中采煤机机头侧三角煤长 依 据 ， 侧从 采煤机机头向工作面中心一定范围所对应的支架区 域 ， 定义为头三角煤区域， 区域 与作业循环图表 所标长度一致;④以作业循环图表中采煤机机尾侧 三角煤长 依据， 侧 煤机机尾向工作 面中心一定范围所对应的支架区域， 定义为尾三角 煤区域，区域范围与作业循环图表所标长度一致 ⑤工作面范围内其余支架覆盖区域， 定义为中部采 煤区域。 端头支架 支架 支架 采 煤 机 支 架 1 支架 支架 设备列车端头支架 尾三角煤区域 中部采煤区域 头三角煤区域 进风端头区域 图2综 采 工 作 面 区 域 静 态 网格化 分 区 Fig. 2 Static grid partition of fully-mechanized coal mining face area 以长约300 m的综采工作面为例， 一般三角煤 区域 50 m ， 上 静 态 网 化 分 区 方 法 ， 中部采煤区域大约为200 m。当综采工作面处于检 修状态时， 按照静态网格化分区结果能够基本清晰 地对不同区域进行安全监测和管理。然而， 当综采 工作面处于生产状态时， 中部采煤区域约200 m的 范围对于安全监测和管理来说显得过于粗放。因此 有必要在综采工作面生产过程中， 对中部采煤区域 进行动态网格化分区。 1. 2 中部采煤区域动态网格化分区 生产过程中割煤、 3 个工序结合 起来， 在生产过程中 对中 煤区域 动 态网格化分区， 划分 煤区域、 移架区域、 推溜区 域和过渡区域， 如 图 3 所示。 中 煤区域动态网格化分区具体方法 1 根据当 煤机所处位置， 找出对应的支 架编号， 定义当前时 煤机所处位置对应的支架 区域 煤区域。 “ 当 工作面采用成组推溜， 每组执行推 溜的支架数 5 时，查询 工作面实 作流程， 确定 工 煤 机 动 态 位 置 架 数量， 得到 工 成 数 ， 沿采煤 机运动轨迹， 定义当前成 所对应 区域 区域 。 当 工 作 数 5 时 ， 若按上述方法划分 区域， 不符合现场管 求 。 因此 煤机经过之后， 所对 96 工 矿 自 动 化2 0 1 8 年 第 4 4 卷 图3中 部 采 煤 区 域 动 态 网 格 化 分 区 Fig. 3 Dynamic grid partition of central coal mining area 应区域定义为当前时刻的推溜区域首端， 推溜区域 与采煤机速度相关， 具体见表1。 表1推 溜 区 域 与 采 煤 机 速 度 对 应 关 系 Table 1 Relationship between scraper conveyor pushingarea and shearer speed 采煤机速度w/m miri-1 推溜区域（ 支架数量） 0〈幻（ 25 2〈幻（ 56 5〈幻（ 88 810 3推溜区域和割煤区域之间的区域定义为移 架区域。 “ 中部采煤区域中除割煤区域、 移架区域和 推溜区域以外的区域， 统称为过渡区域。 2综采工作面区域网格化分区应用 按照综采工作面区域网格化分区方法， 将某综 采工作面细分成不同区域。本文选取网格化分区后 的中部采煤区域、 头三角煤区域和尾三角煤区域， 分 析不同区域矿压特征。 某综采工作面基本支架共128套 ， 移架步距为 0.865 m， 头三角煤区域和尾三角煤区域各占采煤 机机头、 机尾处2 0 套支架， 中部采煤区域为剩余的 88套支架。从 3 个区域分别选取3 套支架来统计 工作阻力， 研究各区域的矿压变化规律。实测该综 采工作面2017年 2 月生产过程中矿压数据， 利用矿 压数据分析技术及软件， 对 1 个月内工作面整体矿 压特征及3 个区域矿压特征分别进行分析[1315]， 结 表2 。 表2综 采 工 作 面 网 格 化 区 域 矿 压 特 征 Table 2 Mine pressure characteristics of grid area of fully-mechanized coal mining face 数 头三角 煤区域 角 煤区域 中部采 煤区域 工作面整 区域 顶板周期来压步距/m13. 212.512.312.6 顶板稳定步距/m7. 76.55. 96.5 显著运动步距/m5. 56.06. 46.4 支架动载系数1. 82.01.51.7 从 表 2 可看出， 头三角煤区域、 尾三角煤区域、 中部采煤区域和工作面整体区域的矿压特征有所不 同 工作面整体区域的顶板周期来压步距、 顶板稳定 步距接近尾三角煤区域工作面整体区域的显著运 动步距更接近中部采煤区域； 不同区域支架动载系 数存在较大区别， 尾三角煤区域与中部采煤区域支 架动载系数差异达3 3 。由此可知， 相比工作面整 体矿压特征分析， 网格化分区后的矿压特征分析在 空间范围上具有更强的针对性， 有利于在工作面来 压过程中， 针对不同区域的支架采取更切合实际情 况的现场管理方式。 3结论 1从综采工作面生产的精细化管理需求入 手 ， 提出了综采工作面区域网格化分区的思路。以 空间区域及作业循环图表为依据， 在静态层面将综 采工作面区域划分为回风端头区域、 头三角煤区域、 中部采煤区域、 尾三角煤区域和进风端头区域； 结合 生产过程中割煤、 移架和推溜3 个工序， 进一步将中 部采煤区域动态划分为割煤区域、 移架区域、 推溜区 2 0 1 8 年 第 9 期屈 世 甲 综 采 工 作 面 区 域 网 格 化 分 区 方 法 及 其 应 用 97 域和过渡区域。 2以综采工作面矿压特征分析为例， 说明了 网格化分区后的矿压特征分析在空间范围上具有更 强的针对性， 综采工作面区域网格化分区有利于现 场采取更符合实际情况的管理方案。 参考文献（References 1 *刘 源 骏 ， 袁 梅 ， 马 科 伟 . 煤 矿 安 全 监 测 监 控 系 统 探 讨 [】] .矿 业 工 程 ，2010,829-51. 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