采礦工藝技術(shù)在自動(dòng)化綜采工作面的應(yīng)用分析

賈曉宇

（華電煤業(yè)集團(tuán) 山西錦興能源有限公司，山西 呂梁 033600）

我國在進(jìn)行礦產(chǎn)資源開采過程中，隨著礦井深度以及工作面的加深和擴(kuò)大，許多影響采礦作業(yè)的問題不斷出現(xiàn)，如工作面生產(chǎn)條件差、多種安全隱患等，都會(huì)限制采礦作業(yè)的高質(zhì)量安全的進(jìn)行。為解決采礦出現(xiàn)的問題，優(yōu)化采礦工作面的作業(yè)條件，自動(dòng)化綜采工作面技術(shù)正在積極的應(yīng)用，該技術(shù)既能提升采礦工作的質(zhì)量效率，還能降低采礦工作面的作業(yè)難度，從而推動(dòng)我國采礦工藝技術(shù)的發(fā)展[1]。

1 自動(dòng)化開采技術(shù)現(xiàn)狀及存在的問題

目前，我國采礦工藝具有較高的自動(dòng)化機(jī)械水平，并且在采礦作業(yè)中，采用機(jī)械化開采方式占整體71.58%。盡管我國采礦機(jī)械化程度相對較高，但是仍然要面對許多在開采過程出現(xiàn)的問題，主要出現(xiàn)的問題包括以下幾點(diǎn)：第一，在開采中使用的攝像系統(tǒng)，其分辨率較低，未能有效觀測所要開采區(qū)域的礦產(chǎn)分布情況。第二，進(jìn)行機(jī)械化采礦時(shí)，采用的機(jī)械設(shè)備進(jìn)行礦產(chǎn)切割時(shí)，會(huì)產(chǎn)生極大的振動(dòng)，此時(shí)會(huì)破壞機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性。第三，采礦使用的機(jī)械設(shè)備，構(gòu)建起的采礦系統(tǒng)缺乏穩(wěn)定性，尤其是通信系統(tǒng)的問題，導(dǎo)致機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行時(shí)，由于通信不及時(shí)，導(dǎo)致機(jī)械操作缺乏穩(wěn)定性。第四，采礦企業(yè)未能對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行維修和檢查，許多有質(zhì)量問題的設(shè)備仍然在進(jìn)行采礦作業(yè)。

2 綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)的相關(guān)簡述

構(gòu)建自動(dòng)化系統(tǒng)，需要在自動(dòng)化技術(shù)以及綜合機(jī)械化采礦設(shè)備的基礎(chǔ)上，對采礦過程中所要進(jìn)行的工作進(jìn)行自動(dòng)化操作。借助自動(dòng)化技術(shù)以及綜合機(jī)械化采礦設(shè)備，建立起的綜采工作面系統(tǒng)，既能提升采礦的安全系數(shù)、質(zhì)量以及效率，還能有效降低存在的安全風(fēng)險(xiǎn)。綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)，是由多個(gè)采礦設(shè)備以及自動(dòng)化技術(shù)組成，設(shè)備包括采礦機(jī)組以及運(yùn)載機(jī)組。進(jìn)入到采礦環(huán)節(jié)，采礦機(jī)組由采煤機(jī)、刮板機(jī)、液壓支架以及乳化液泵站組成，礦產(chǎn)都需要經(jīng)過上述設(shè)備完成開采工作。在運(yùn)載機(jī)組中，主要由轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、超前支護(hù)支架等設(shè)備組成。

構(gòu)建綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)，需要發(fā)揮以下幾點(diǎn)優(yōu)勢，保證采礦工作安全高效的進(jìn)行：第一，在綜采自動(dòng)化系統(tǒng)的核心，框架主要以焊接結(jié)構(gòu)形式，這樣可以提升框架的穩(wěn)定性和強(qiáng)度，避免在采礦時(shí)受到不同壓力以及惡劣條件的影響，出現(xiàn)采礦安全事故。第二，綜采自動(dòng)化系統(tǒng)，可以在面對不同開采條件時(shí)進(jìn)行變換，以便更好的進(jìn)行開采工作。第三，綜采自動(dòng)化系統(tǒng)具有較高的精準(zhǔn)控制能力，并且可以快速安全穩(wěn)定的完成采礦工作。

3 采礦層開采關(guān)鍵技術(shù)

（1）支撐技術(shù)。在以往的采礦作業(yè)過程中，四連桿液壓支架是常見的支撐技術(shù)，盡管該技術(shù)可以發(fā)揮良好的支撐作用，但是自身具有加大的重量，在許多采礦作業(yè)中無法發(fā)揮支撐作用，如在薄礦層開采作業(yè)中。為在更多的采礦作業(yè)面中提升四連桿液壓支架的支撐性能，對傳統(tǒng)的四連桿液壓支架進(jìn)行改進(jìn)，在支撐油缸的兩端，通過與頂梁和底座進(jìn)行鉸鏈連接，組成新的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)可以借助油缸控制頂梁，以此提升頂梁的支撐能力，從而產(chǎn)生良好的支撐效果。改進(jìn)后的支撐結(jié)構(gòu)，需要在結(jié)構(gòu)上安裝紅外接收裝置，操作人員通過控制紅外線發(fā)射器，才能對四連桿液壓支架的位置、支撐性能進(jìn)行控制。由于在采礦作業(yè)中會(huì)遇到各種負(fù)復(fù)雜的自然條件，需要在支撐結(jié)構(gòu)內(nèi)配置傳輸裝置，并通過輔助攝像頭完成支撐結(jié)構(gòu)的操作[2]。

（2）電控自動(dòng)化技術(shù)。在不同類型的礦區(qū)進(jìn)行采礦作業(yè)時(shí)，由于開采空間較小等原因，需要將較大的開采設(shè)備進(jìn)行重新安裝，使電源箱耦合器等開采設(shè)備，經(jīng)過重新安裝后可以進(jìn)行采礦作業(yè)。根據(jù)采礦作業(yè)要求，對采礦設(shè)備進(jìn)行調(diào)試，使設(shè)備的穩(wěn)定性和可靠性滿足要求后，可以使電控自動(dòng)化技術(shù)發(fā)揮出應(yīng)有的作用，既能將采礦使用到的設(shè)備進(jìn)行集中控制，還能保證采礦過程中及時(shí)解決遇到的問題。

（3）綜采技術(shù)。在許多礦產(chǎn)開采作業(yè)中，面對不同類型的礦產(chǎn)，對使用的綜采技術(shù)都應(yīng)進(jìn)行調(diào)整。例如，在薄礦層開采過程中，由于轉(zhuǎn)機(jī)滾筒的橫截面積，都需要較寬的寬度和長度，在開采一段時(shí)間后，需要在所開采區(qū)域建立支撐結(jié)構(gòu)，并隨著開采范圍的擴(kuò)大，擴(kuò)建支撐結(jié)構(gòu)。另外，在進(jìn)行不斷的開采作業(yè)時(shí)，開采設(shè)備在移動(dòng)過程中，都應(yīng)受到支護(hù)結(jié)構(gòu)的保護(hù)，支護(hù)結(jié)構(gòu)應(yīng)不斷的移動(dòng)，才能保證開采設(shè)備不會(huì)受到破壞。但是，由于開采空間較小，一旦采礦設(shè)備出現(xiàn)問題，需要進(jìn)行待機(jī)維修時(shí)，應(yīng)通過電液系統(tǒng)對設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制，避免設(shè)備在作業(yè)環(huán)境中受到破壞。在完成采礦作業(yè)后，需要將采礦設(shè)備運(yùn)至空采集區(qū)，等待下一步的采礦作業(yè)安排。

（4）采礦機(jī)自動(dòng)化技術(shù)。在不同空間的采礦區(qū)域內(nèi)，所使用的采礦機(jī)應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，如需要在狹小的空間內(nèi)使用采礦設(shè)備，該設(shè)備的尺寸應(yīng)進(jìn)入到狹小空間內(nèi)，但是應(yīng)注意的是，使用小型的機(jī)械設(shè)備開采時(shí)，不能采用斜切進(jìn)刀的方式進(jìn)行采礦。

采礦使用的設(shè)備，加快自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，可以使采礦設(shè)備具有良好的控制系統(tǒng)以及通信系統(tǒng)，從而優(yōu)化傳統(tǒng)采礦設(shè)備低機(jī)械化、低效率通信等弊端。在自動(dòng)化采礦技術(shù)發(fā)展過程中，通過雙向通信建立起的控制系統(tǒng)，操作人員為采礦設(shè)備設(shè)定精準(zhǔn)的控制數(shù)據(jù)后，采礦設(shè)備會(huì)自行控制完成采礦工作。尤其是借助轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速計(jì)算技術(shù)，可以掌握設(shè)備的牽引速度以及控制精度，以便設(shè)備在開采時(shí)可以進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)。

對傳統(tǒng)的采礦設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化技術(shù)優(yōu)化和改進(jìn)，既能提升采礦設(shè)備的生產(chǎn)質(zhì)量和效率，還能有效控制采礦成本。但是，加強(qiáng)采礦設(shè)備的載波信號、輸送信號以及監(jiān)控中心的連接和管理，加快采礦設(shè)備集中化控制建設(shè)，以便工作人員可以簡單快速的完成采礦設(shè)備的操作。

4 綜采工作面自動(dòng)化采礦工藝技術(shù)的應(yīng)用

（1）采礦機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)。為提升采礦的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，使用自動(dòng)化采礦設(shè)備，工作人員為設(shè)備設(shè)定精準(zhǔn)的參數(shù)，設(shè)備會(huì)按照參數(shù)的指示進(jìn)行自動(dòng)化生產(chǎn)。在采礦機(jī)中，牽引控制以及滾筒高度是重要的自動(dòng)化技術(shù)組成部分，進(jìn)入到采礦的生產(chǎn)環(huán)節(jié)，采礦機(jī)會(huì)結(jié)合綜采工作面的實(shí)際條件，制定不同的開采方案。首先，應(yīng)選擇適合采礦設(shè)備型號的刀具，并將刀具的切割參數(shù)存儲到自動(dòng)化控制系統(tǒng)，以便設(shè)備在采礦時(shí)，可以根據(jù)參數(shù)控制采礦進(jìn)刀量，以此獲得相應(yīng)的開采量。在進(jìn)行不斷的開采過程中，按照生產(chǎn)要求控制進(jìn)刀量，即可完成相應(yīng)的采礦任務(wù)。其次，記憶采礦技術(shù)作為采礦自動(dòng)化控制技術(shù)重要的組成部分，工作人員對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行操作，將采礦各項(xiàng)記憶數(shù)據(jù)輸入到控制系統(tǒng)中，采礦設(shè)備進(jìn)行采礦作業(yè)時(shí)，會(huì)按照記憶數(shù)據(jù)的指示完成開采工作，即便在開采中遇到問題，也能按照記憶數(shù)據(jù)做出相應(yīng)的調(diào)整，以此在綜采工作面中提高生產(chǎn)質(zhì)量和效率。

我國現(xiàn)有的采礦自動(dòng)化控制技術(shù)，主要以交流電為主要方式牽引采礦機(jī)，并且在不斷應(yīng)用中，交流電牽引采礦機(jī)技術(shù)發(fā)展較快，已經(jīng)成為綜采工作面應(yīng)用最為廣泛的自動(dòng)化控制技術(shù)。

（2）輸送機(jī)負(fù)載控制。對綜采工作面實(shí)際工作情況進(jìn)行監(jiān)控，都需要通過輸送機(jī)負(fù)載控制系統(tǒng)完成的。在實(shí)際工作電流需要的數(shù)據(jù)、刮板鏈條受力等參數(shù)指導(dǎo)下，輸送機(jī)負(fù)載控制會(huì)對采礦機(jī)的采礦速度進(jìn)行控制，以便獲得良好的采礦質(zhì)量和效率。

在綜采中使用到的輸送機(jī)，由于工作中受到大電流或者超負(fù)荷刮板鏈條的作用，輸送機(jī)會(huì)借助自動(dòng)控制技術(shù)，對受到的不良影響進(jìn)行調(diào)整，一般會(huì)對產(chǎn)生的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和分析，并將分析出的結(jié)果發(fā)送至采礦設(shè)備，采礦設(shè)備會(huì)按照自動(dòng)化控制技術(shù)進(jìn)行相應(yīng)的變換，如降低采礦速度等，避免破壞綜采工作面的安全性和穩(wěn)定性。輸送機(jī)負(fù)載控制的方式，已經(jīng)發(fā)展成調(diào)速型液力耦合器控制方式，極大的提升傳統(tǒng)雙速電動(dòng)起動(dòng)方式的運(yùn)行效率。

（3）液壓支架自動(dòng)化控制技術(shù)。電液控制系統(tǒng)是液壓支架自動(dòng)化控制技術(shù)重要的組成部分，主要由PM4作為主要控制器，在綜采工作面進(jìn)行采礦作業(yè)時(shí)，采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)是受到液壓支架系統(tǒng)控制，并且根據(jù)采礦機(jī)的運(yùn)行方式以及所在的采礦區(qū)域，都會(huì)按照液壓支架系統(tǒng)的指令進(jìn)行采礦生產(chǎn)。液壓支架自動(dòng)化控制技術(shù)，需要在采礦設(shè)備上配置紅外接收器，通過發(fā)出的紅外線確定采礦設(shè)備的位置。為提升液壓支架自動(dòng)化控制技術(shù)的優(yōu)勢，應(yīng)加大采礦通用自動(dòng)化機(jī)械元器件的研究和開發(fā)，并加強(qiáng)采礦自動(dòng)化傳感器的精度和可靠性管理，最終實(shí)現(xiàn)采礦設(shè)備多維化、數(shù)字化以及集成化的發(fā)展目標(biāo)。

5 結(jié)語

綜上所述，自動(dòng)化綜采工作面應(yīng)用在采礦工藝技術(shù)中，既能提升采礦的質(zhì)量和效率，還能有效控制采礦的成本，并且在面對復(fù)雜多變的綜采工作面條件時(shí)，借助自動(dòng)化技術(shù)可以快速完成采礦任務(wù)，進(jìn)而加快采礦行業(yè)朝向自動(dòng)化控制技術(shù)方向發(fā)展，并為我國的采礦行業(yè)奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。