特厚煤层智能化综放开采理论与关键技术架构

特厚煤层智能化综放开采理论与关键技术架构

张东海

鄂尔多斯市国源矿业开发有限责任公司 内蒙古鄂尔多斯市 010300

摘要：随着我国煤矿产业的快速发展，特厚煤层的开采对于我国煤炭产业的发展至关重要，因为其储量较多，所以能为煤炭行业的长期健康发展奠定坚实基础。但是，由于上覆岩层的折断厚度较大、工作面煤壁片帮和瓦斯涌出等不利因素的影响，使回采效率受到极大限制，因此，必须采取有效措施解决这些问题，从而加强对厚煤层的管理，进而确保煤炭行业的长期健康发展。在当前煤炭行业发展阶段，上述问题是最重要的挑战，必须努力确保采矿安全。

关键词：特厚煤层；智能化；综放开采；理论；关键技术

引言

智能化开采是使我国煤炭工业质量发展的关键配套技术之一，对占我国煤炭产能绝大部分的中厚煤和特厚煤实现智能化开采具有重要意义。由于特厚煤层综放过程中工作面容易变形，为提高开采速度，减少安全事故，应加强对岩层的结构分析，通过引入智能化开采解决这一问题。

1特厚煤层智能化综放开采的重要意义

首先，这一研究为特厚煤层的高效、安全开采提供了理论指导。特厚煤层资源丰富，但开采难度大，安全隐患严重。通过智能化综放开采，可以有效提高资源利用率，降低开采成本，减轻矿工的劳动强度，提高安全生产水平。其次，这一研究有助于推动煤炭行业的技术创新。特厚煤层智能化综放开采涉及多个领域的技术融合，如自动化、信息化、智能化等。在研究过程中，不仅可以深化对这些技术的理解，还可以通过技术创新，推动煤炭行业的转型升级。再次，这一研究对于我国能源战略的实施具有积极意义。煤炭作为我国主要的能源之一，其高效、清洁利用一直是国家关注的重点。智能化综放开采技术的应用，可以提高煤炭的开采效率，降低开采成本，为我国能源供应保障提供有力支持。最后，这一研究有助于减少环境污染，实现煤炭资源的绿色开发。智能化综放开采技术可以减少矿井瓦斯排放、地表沉陷等环境问题，降低煤炭开发对环境的影响，有利于实现煤炭资源的可持续开发。总之，特厚煤层智能化综放开采理论与关键技术的研究，对于提高我国煤炭行业的发展质量，实现绿色发展，具有重要意义。

2特厚煤层综放工作面智能关键技术

2.1采煤机记忆截割关键技术

采煤机记忆割煤技术包括采煤机械精确定位技术、记忆切割技术和环境安全意识技术等。在这一技术中还需要使用坐标轴，用Ｘ坐标系表示工作面斜向投影，Ｙ坐标系表示沿工作面的方向，Ｚ坐标系表示在垂直方向上的坐标系。因为在生产过程中，采煤机的运动非常快，所以需要以采煤机为基座，建立坐标系统。第一步，测定采煤机初位；第二步，通过倾斜测量仪测定采煤机的倾斜度；第三步，利用惯导投影法获得采煤机的位姿，达到对采煤机进行动态、精确定位的目的。由于综放煤工作面煤层较厚，采煤机架高基本恒定。需要通过采集煤层参数，结合相关地质资料，实现采煤机在不同部位的埋深计算，并通过自控系统对采煤机高度、速度进行实时调节。此外，需要采用红外线感应器，对液压支架上梁进行检测、定位，保证采煤机上梁不会被切断。如果工作面的地质条件发生很大变化，并且在最初程序中无法对生产进行更好控制，那么需要人为介入确保工作面正常运行。

2.2液压支架自动追机移架关键技术

液压支架自动移架是一种能够确保液压支架、采煤机和刮板输送机相互协调的关键技术，是实现采煤工作面智能化的一种重要方法。该技术在对多项技术进行集成的基础上对放顶煤开采工艺、支架电液控制和采煤机精确定位等关键技术进行阐述，并用程序语言加以描述。液压支架通过电－液控制，可以起吊、推进及收回护帮板，同时通过在架体上安装红外线测距设备，将采煤机的实时位置信息传送到架体上。在采煤机运转过程中，机架前的三个采煤架开始捡起并收起护顶板，此时，采煤机支架会自动洒水降尘，随后，机架后面的三个采煤架立即进行机架和护帮板的移动，将刮板输送机推出。

2.3液压支架的姿态控制技术

在支架上安装倾角传感器，实现对机架的定位和对机架运动的控制，当支架移动到接近开关时，倾斜传感器会检测到支架与下一组支架的距离，并将检测结果送到控制系统中，控制系统根据倾斜传感器的数据计算下一组支架与上一组支架的距离，并传送给移架控制器。移架控制器根据上一组支架的移动情况计算下一组支架的移动情况，并根据下一组支架与上一组支架的距离，控制移架。如果支架各个部位的角度都超过了某一数值，或者是相邻支架的角度超过了该限定数值，就应该用锁具控制支架运动，避免支架被咬断、倒立。

2.4放顶煤开采

通常来说，煤层厚度在５～１２ｍ且硬度系数低于３时，要尽可能减少倾斜，其夹石厚度最好不要超过０．５ｍ。此外，煤层顶部的冒落高度要比煤层高出１．０～１．２倍，并且要保证顶部的悬露面积保持足够空间，特别是在地质结构复杂、损毁严重、断层众多以及使用分层长壁综采比较困难的区域，需要更加注意确保煤层稳定性，所以必须格外重视各种因素。采用放顶煤技术能够获得更大经济效益。使用放顶煤开采技术在处理厚煤层方面表现出色，掘进量小、成本低，能够有效减少采矿过程中搬运和倒塌的次数，降低综合采矿设备搬迁和安装的工作量和成本等一系列优点。与分层开采相比，还能够降低铺网的工序、材料、人员和巷道维护的成本。对于急倾斜的厚煤层，使用放顶煤开采技术能够提高工作面产量１～３倍，提升块煤率，增加煤炭的销售价格，降低设备运行成本。通过节约资源，可以大大提升煤炭的综合利用效率，实现更大的经济收益。采煤机的应用，不仅能够显著降低吨煤设备的折旧费用和租赁费用，还能够有效控制矿井的面积和人数，极大提升工效，提升劳动生产率，降低成本，相比一般回采工效，其效果可达２～５倍。尽管放顶煤开采具有一定优势，但仍存在一些挑战，例如煤尘污染严重、回采率较低、自燃发火严重等问题尚未得到有效控制，此外，在高瓦斯矿井中还存在瓦斯局部积聚的风险。

2.5大采高综放工作面片帮控制技术

随着时间推移，大采高综放开采技术在工作面煤壁片帮深度以及效果等方面都有显著变化。所以加强对大采高综放工作面煤壁运行规律的研究尤为重要。实际上，这项技术的运行原理和内容相对简单，主要是用来检测不同作业条件下的工作面煤壁片帮情况。当前，为了研究采掘高度对煤壁片帮的影响，应该引入数值模拟技术，并应用于不同的采掘高度。经过分析发现，当采掘高度提高时，煤壁的水平位移量会相应增大。并且通过研究发现，随着推进速度增加，煤壁片帮也会发生改变，这表明，推进速度可以有效控制煤壁片帮的形成。但是为了确保安全，在开采过程中，应该大幅提高推进速度，减少由此带来的负面影响。此外，煤壁片帮还需要抵御顶煤和顶板运动的各种干扰。

结语

在当今煤炭开采过程中，厚煤层开采尤为重要，因此为了更好地实施这一技术，技术研究人员还需要进行不断创新和完善，进而提高煤炭利用效率，确保安全。通过对特厚煤层的概述，分别对分层开采、放顶煤开采和大采高一次采全厚开采技术进行分析，这对特厚煤层的开采技术研究，提出对厚煤层大采高综放开采关键技术的应用策略具有很大帮助。

参考文献

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