无人机械化采煤工艺与技术.pdf

当代化工研究 Modern Chemical Research124 工艺与设备 2020 ・ 08 无人机械化采煤工艺与技术 *张亮 山西晋煤集团临汾晋牛煤矿投资有限责任公司山西041000 摘耍本文旨在使采煤工程与工艺实现无人机械化、现代化发展，分析了无人机械化采煤技术餉特点，并详细介绍无人机械化采煤技术 中餉主要系统，进而提出了适用于釆煤的无人机械化工艺流程与技术要点，为煤矿现代化和无人机械化建设提供参考. 关键词无人化；机械化；采煤工艺；采煤技术 中图分类号TD823 文献标识码A Unmanned Mechanized Coal Mining Technology Zh a n g Lia n g Lin fen J in n iu Co a l Min e In vest men t Co ., Lt d ., Sh a n xi J in mei Gr o up, Sh a n xi, 041000 Abstracts This paper aims to realize the development of unmanned mechanization and modernization of mining engineering and technology, and analyzes the characteristics of unmanned mechanized coal mining technology, introduces the main systems of unmanned mechanized coal mining technology in detail, and then puts forward the unmanned mechanized process flow and technical points suitable for coal mining, providing reference for coal mine modernization and unmanned mechanized construction. Key wordsi unmanned mechanized coal mining technology\ 1 无人机械化采煤技术的特点 煤矿资源在我国分布不均，且地势变化与水文差异较 大，无人机械化采煤技术需要适应各种不同的地理条件进行 稳定高效的工作。这就要求着无人机械化采煤工艺的建设需 结合高科技前沿技术，进行综合考量，涉及多种工程工序， 其主要包括煤岩自动识别系统、釆煤机自动调整系统、实景 监控系统、液压系统等，通过各系统共同协作，创建煤矿开 采数据库、制作煤矿分布区域系统并通过远程信息调控，实 现无人机械化煤矿开采切。无人机械化采煤还可减少人力劳 动，工作人员只需在固定的安全区域利用远程调控系统对煤 矿工作面进行调控与监测，无需深入井下作业，既保障了工 作人员生命安全又大大降低煤矿开采作业安全事故发生率。 无人机械化采煤技术可提高煤矿开采效率，在效益最大化的 基础上满足经济效益与社会效益，降低人为因素对煤矿生产 安全的干扰，保证煤矿开采安全性，促进社会工业化进程发 展，提高我国经济水平。 ⑴ 夭人机械化采煤技术适用 性广 中国工业化的快速发展要求煤矿能源的大量供应，但作 为不可再生资源的煤矿面临着开采殆尽的问题，提高煤矿开 采效率的问题亟待解决。传统的采煤技术只能开采薄煤层， 显然无法满足生产所需，无人机械化釆煤可开釆薄煤层、中 厚煤层乃至特厚煤层。无人机械化采煤不仅可减少工人作业 危险，其广泛适用性可较好解决上述煤矿资源供应问题，利 于中国经济发展。 ⑵无人机械化釆煤技术安全可靠 无人机械化采煤技术涉及多种科技技术，如计算机远 程控制技术、无限信息通讯技术、自动化技术等，减少工作 人员的人力操控，避免因为人员疲劳或技术掌握不精导致的 生产事故，较好保障工作人员的生命安全。无人机械化釆煤 过程中只需工作人员在固定安全地点进行远程调控与过程检 测，通过煤岩自动识别系统等自动调整系统获得生产过程中 coal mining technology 的信息，并储存至数据库，便于及时作出调整与日后生产参 考。无人机械化采煤技术可自动监测井下瓦斯浓度值，当其 浓度达临界值时可及时进行抽取，防止因瓦斯浓度过高而爆 炸，并且可将抽取出的瓦斯重新投入生产，提高瓦斯利用 率，达到环保生产的目的。 2. 无人机械化采煤技术中的主要系统 ⑴煤岩自动识别系统 煤岩自动识别系统在无人机械化采煤技术的建设中起着 不可或缺的作用，煤岩自动识别系统可检测煤层深处，通过 射线、超声波与雷达完成，提高能源利用率。煤岩自动识别 系统由记忆程序控制系统与振动频谱传感系统构成，煤岩自 动识别系统识别判断煤层分界面位置由核心记忆控制系统完 成，而分析煤岩分布并通过频谱展示则是依靠震动频谱传感 系统完成。随着科技发展，煤岩自动识别系统也不断发展完 善，已成为无人机械化采煤技术必备核心系统。 ⑵采煤机自主定位系绽 实现无人机械化采煤过程中通过无线或有线通讯设备精 准定位煤矿开采工作区域是必不可少的步骤，使远程控制代替 人力开发是采煤工程自动化、无人机械化的体现。中国煤矿资 源丰富，分布区域差异较大，制作符合实际煤矿区域分布的定 位系统时需要考虑不同地区的地质条件与水文特征，构建可以 在不同地理条件下仍保持高效稳定工作状态的采煤机动力模 型，在构建过程中参考企业提供的相关可靠数据，如位置坐标 转换、运动加速度等，除此之外还应利用补偿法减少模型与实 际情况差异，提高动力模型的稳定性与准确性。 3. 无人机械化采煤工艺概况 煤矿井下作业人为因素及环境因素风险均较高，且仍有 未知风险存在，所以保障安全是煤矿井下作业的首要原则。 需综合考虑在符合相关作业规章制度前提下，合理科学的选 择采煤工艺与技术，无人机械化采煤工艺的建设也应从安全 出发，设计详细釆煤工程的无人机械化建设方案，通过对己 当代化工研究 Modem Chemical Research2020 ・ 08 工艺与设备 投入作业设备与采煤方法的全面调研了解，总结得出以下无 人机械化采煤工艺流程，其流程具体如下图1所示。 煤岩识别pY射线探测一采煤机一倾角传感器T滚筒| I卖景监癌］---摄像机------1液压支药“］位移传感器一*海压系统I温度传憾罷 电流 I转节机I------ 电流 I纠偏装置卜一角度传感關一I皮首机I-----1 图］无人机械化采煤工艺流程 ⑴采煤机 采煤机的无人化建设需通过煤岩识别系统与倾角传感器 实现，煤岩识别系统可发出射线，通过射线探测采煤机的动 作，进而对其调控。倾角传感器的主要作用则是使能源利用 率达到最大值，通过监测煤层底板倾角角度变化及时调整采 煤机滚筒高度，补偿不同倾角至最适挖掘深度，规避欠挖或 挖掘过度等现象。 ⑵液压支架 液压支架在采煤工程中的主要作用为隔离采空区，对煤 矿工作面的顶板有支撑与控制的作用，也可在液压支架上安 装摄像机，对整个工作面进行全面化、精细化、直观化的实 景监控，所以其在井下工作面设备中数量最多。液压支架无 人机械化的实现需再配置电液控制系统，电液控制系统主要 由传感器、控制器与电液控换向阀组成，其在无人机械化采 煤工程中的主要作用为实现井上井下各采煤设备的信息实时 共享与分析，检测采煤机位置并通过位置变化控制液压支架 动作，可完成自动拉架、自动喷雾或推溜等动作，同时可以 有效提高液压支架工作速度与效率，降低工人劳作强度，所 以液压支架电液控制系统是一套多功能、高效率、自动化的 设备。 ⑶刮板输送机 承载采煤机落煤的主要输送设备是刮板输送机，当刮板 输送机溜槽落入煤炭时，会加大电机的启动负荷，同时会有较 大的电机电流通过刮板输送机传感装置，当电流增大到一定程 度时，就会损伤电机的使用寿命。为避免出现这种情况，将传 感器安装在刮板输送机电机以便检测电流，当电流过大时，需 要人工清煤，避免由于刮板输送机负载过高，造成过载启动引 起的电机损伤。同时，有减速器、液力偶合器等设备安装温度 传感器等监测元件安装在刮板输送机中，为避翩减速器齿轮 造成影响需要停机检修，所以当减速器油温过高时说明减速器 漏油或者缺油，需要及时加油。同样由于链轮中安装了油位传 感器，当链轮漏油，油位下降到某一数值时，通过报警，提醒 需要及时检鲍轮，防止事故扩大化。 ⑷转载机 转载机与刮板输送机功能与工作原理，转载机在采煤工 程主要承担将煤与岩石从刮板输送机向皮带机传送的桥梁作 用，因转载机也具有链轮与减速器等组成设备，也应安装温 度传感器对其温度进行实时监控并进行实施调控，保证其正 常作业。 ⑸皮带机 皮带机的组成部分为滚筒、胶带与托辐。皮带机在采煤 工程中主要起传输作用，将煤与岩石运送出巷道。皮带机在 工作时需保持其负重均匀，防止因皮带较长，负重不均时导 致皮带偏离运行。为实时监测皮带偏离情况，可安装位移传 感器监测皮带位置，并及时调控托辐改善皮带的偏离，实现 纠偏作用。若条件允许还可辅以张力传感器，实时监测皮带 张力情况，及时调整皮带紧张程度。 4.无人机械化采煤利弊分析 ⑴有利的方面 无人化采煤，危险系数降低的同时生产率将得到大大 提高。人力成本方面，由于人员的减少，将得到有效节约。 况且人力成本逐渐成上升趋势，吨煤成本也得到有效节约。 并且通过自动化实现了各釆煤运输环节的无缝连接，生产效 率提高的同时，安全系数也得到提高，由于在工作中人为原 因造成的安全事故常有发生，比如人为违反煤矿安全规程等 相关的规章制度而发生的安全事故不在少数，还有工作现场 各种无法估算的危险无处不在，所以对煤矿井下作业采用自 动化和无人化将会大大降低事故的发生，特别是由于人为原 因造成的事故，还减少对设备的危害，减少了设备的维修成 本。 ⑵有弊的方面 真正实现无人机械化采煤工艺对现代科技技术要求较 高，高科技设备与高精度传感器与实时监控设备价格远高于 一般设备，大量此类设备的投入必然会使采煤工程成本大幅 增加。且此类设备对其操作人员自身新兴科技掌握能力有着 较高要求，需清楚了解此类设备的运行原理，并可熟练操作 使用设备，这就同时要求增加专业的高技能矿工对于设备进 行定时维护与检修，防止因操作错误而产生系列安全隐患。 综上所述，煤矿井下无人机械化采煤工艺与技术的普及为双 刃剑，有利亦有弊，这就要求综合考虑利弊，出台详细、科 学且合理的生产计划与适用方案，不断完善优化无人机械化 推进过程中的弊端，以此实现效益最大化的最终目标。 5结语 本文从采煤方法原则着笔，并结合当下煤矿井下作业 作业情况与作业设备调查研究，以效益最大化为目标，辅以 现代高科技手段，提出合理全面、科学规范的无人机械化采 煤工艺流程，并详细介绍工艺流程中设备的设置与监测改善 措施，最后从不同角度评价无人化采煤，从利弊关系进行分 析，为釆煤工艺实现真正自动智能化、无人机械化提供参 考。综上所述，采煤工艺流程的自动化、无人机械化是适应 社会生产，大力发展生产的必由之路。 【参考文献】 ［1］程岩，张连昆，程允科.煤矿智能无人采煤工作面开采关键 技术探讨［J］.内蒙古煤炭经济,2017 10 43-4482. 【作者简介】 张亮 1987-，男，汉，山西省古交市人，本科，助理工程 师，山西晋煤集团临汾晋牛煤矿投资有限责任公司；研究方向煤 矿.