国家能源集团神东寸草塔二矿 内蒙古鄂尔多斯市 017209
摘要：未来30年内，煤炭依旧是我国最主要的一次能源。煤矿工作面采煤过程主要通过综采“三机”来完成，实现综采“三机”的自动控制，综采工作面的少人化、自动化与智能化是煤矿的主要发展趋势。目前国内煤矿的综采控制系统控制形式单一，“三机”之间缺少逻辑联动，无法完全满足工作面的自动化生产要求。
关键词：煤矿综采；掘进；支护技术
引言
在当今煤矿综采工作面中，智能化技术已经得到了越来越广泛的应用。通过该技术的应用，不仅显著提升了综采工作效率、质量与安全，同时也进一步降低了作业人员的劳动强度，并为企业节约了大量的人力资源成本，这对于煤矿企业经济效益的提升有着关键性的意义。因此，在煤矿企业的综采作业中，一定要加强智能化技术的应用研究，并对其装备进行科学管理，这样才可以进一步提升生产效益，促进企业发展。
1煤层概况
本文以某煤矿2号煤层、4号煤层为例，其中2号煤层的厚度为1.72~6.01米，平均厚度4.3米，地质结构复杂。煤层的厚度及结构的复杂性给其综采掘进的安全性和稳定性带来极大威胁，也给掘进支护技术提出较高的要求。此煤层含有2层的夹矸，厚度为0.16~0.32米。可作业煤层为东西走向，由东至西煤层厚度持续增加，发生煤层异变的概率低于30%，煤层相对稳定。4号煤层厚度平均为19米，与地表距离比较远，内部时常存在夹石层，煤层异变概率不到10%，相对稳定。2号煤层、4号煤层的抗压强度分别为42~51Pa、115~153Pa，其中，2号煤层为粉砂岩，底板局部不平，顶底板节理的裂纹隙发育较好；4号煤层为石灰岩和中砂岩，砂质岩层的底板较为平整，顶底板节理的裂纹隙发育较好。
2煤矿综采掘进支护技术
在本煤矿中，为确保作业人员能够在复杂地质环境下安全稳定的开采，必须研究综采掘进支护的关键技术。掘进支护技术的关键是选择普掘机和综掘机，按照综采中实际操作的需求及掘进设备科学确定普掘机和综掘机的临界点。通常情况下，开采掘进工作面的长度不足300米的可选用普掘机，工作面长度在300米以上的则选用综掘机作业，但要科学合理地选择综掘机的型号，确保其综合性优势的发挥。本文综掘机为液压式综掘机，为确保其液压系统的稳定运行，需要合理应用临时支护技术。实际作业中，综掘机的液压系统被反复应用，为降低其工作强度和确保生产的安全性，需要在液压系统开关的闭锁中增用支护技术。如此，综掘机的液压系统开关导致的运行压力就会降低，从而确保了掘进的稳定性和安全性。此外，还应注重过断层阶段的支护技术。掘进作业过程中，断层会影响掘进机的运行。通常情况下，煤矿断层面的开采工作采用直接破顶和退后卧底两种方法来实现。如果发现煤矿上层岩层、土质较为松软时，可以按照掘进机特性采用直接破顶法作业，以降低开采作业的危险系数，并用锚网锁支护留下的坚固顶板围岩，这不断提高了作业的安全性，也节省了物力和人力，降低了作业成本。倘若开采过程中遇到硬度高且完整的岩层断层面，则可以选择退后卧底法进行开采。为此，要先确定岩层中较为完整和坚固的部分，而后掘进机退后，向前推进卧底部分，进而提高断层面掘进的稳定性和安全性。然而，作业环境的复杂性和不确定性，以及作业强度大，对作业人员的耐久力提出了更高的要求，也要求掘进机操作技术人员的经验丰富，能够依据实际作业情况及时采取应对措施。
3煤矿综采掘进支护技术应用优化措施
3.1自动化系统硬件设备
3.1.1联动控制器选型
自动化系统中联动控制器为核心设备，负责“三机”的协调控制与信息参数交互传输等功能。
控制器需要接收采煤机、液压支架与刮板机的各工作参数，并向采煤机发出位置与速度控制指令，向各支架控制器发出动作指令，对接口模块的要求较高。本文选用S7-300系列PLC，CPU具体型号为CPU317-2PN/DP，并包括24V开关电源与各模拟量输入输出模块。CPU317-2PN/DP运算速度在1μs，并配有DP接口，方便“三机”系统组网通信。
3.1.2传感器选型
“三机”联动控制中，采煤机所需检测的参数为位置信号、速度信号，系统通过在减速器输出轴安装HEDS-5540光学编码器来实现信号的采集。编码器电源电压5V，每转脉冲数500，输出数字信号工作温度最高85℃，防震动能力5G，满足矿井采煤机工作需要。液压支架立柱压力传感器选用SLM211传感器，采用10V直流电源供电，压力测量范围0～80MPa。推移行程传感器选用GUD960，采用12V电源供电，最大测量量程960mm，误差小于±1．5%。刮板输送机所用的电机电流传感器为GLD200矿用传感器，工作电压9～24V，可将电机电流信号转换为标准信号，测量误差小于±0.2%FS。
3.2智能化开采技术
3.2.1位置监测技术
在通过智能化综采工作面进行煤矿综采的过程中，需要对采煤机具体的位置实时进行确定与调整。目前，惯性导航技术是位置监测中的一项最常用的技术形式，通过该技术的应用，可以借助于加速度计算来实现采煤机位置监测，并为其提供导航。但是如果仅仅应用这一种技术，随着应用时间的延长，监测误差也会增大。基于此，在该技术的具体应用中，也需要结合一些其他的位置监测技术来使用，比如闭合路径算法的应用便可有效降低其误差，实现采煤机位置的准确监测。特别是在工作面比较大的情况下，这两种技术的结合使用不仅可进一步提升位置监测精度，同时也可以有效降低人工开采程度，让智能化技术在煤矿综采中得以充分利用。
3.2.2视频监控技术
借助于视频监控技术，可以在开采作业中创造出一个三维立体化的综采环境，让整个的采矿作业流程和各种工艺设备都得到有效模拟。采矿作业中，操作人员可借助于这一技术实现设备作业信息的直观获取，让人机之间达到良好的互动效果，让传统综采工作面作业中的时间限制与空间限制得以有效避免，工作人员可以随时随地进入到系统所模拟的任何一个区域内进行监测与控制。同时，借助于视频监控系统，也可以对各种物体的种类、运动状态以及相关的设备信息等进行准确识别，并对相应的设备进行运行规律模拟，以此来实现具体空间状态确定。这样就可以构建出一个更加接近于真实环境的虚拟空间，为后续的煤矿综采作业中智能化技术的应用及其装备管理提供重要的技术支撑，让煤矿综采工作面真正实现智能化作业。
3.2.3溜坡控制技术
在通过智能化技术进行工作面的煤矿综采过程中，如果煤层走向并不与工作面走向相垂直，液压支架便很容易出现溜坡情况。这样的情况不仅会影响到采矿效果，同时也会为采矿工作带来很大程度的危害性。为有效实现该现象的自动化监测与控制，可以将澳大利亚研发的激光扫描仪纠正技术应用其中。借助于激光扫描，以此来达到良好的开采监测效果。同时，在具体开采中，也可以采用自动控制形式的液压支架，这样便可进一步实现其稳定性和可靠性。
结语
总之，煤矿综采掘进支护技术直接关系到开采作业的稳定性和安全性，在开采过程中，必须注重掘进支护技术的应用，尤其是在地质环境复杂的条件下，要明确掘进支护技术应用中存在的不足，了解掘进支护技术应用的关键点，更应注重综采掘进支护技术的选择、设备的选择和应用。
参考文献：
[1]陆彦伟.煤矿煤层巷道掘进支护技术工艺的探讨[J].矿业装备，2020（04）：52-53.
[2]闫海生.煤矿快速掘进技术中锚杆支护研究[J].西部探矿工程，2020，32（07）：124-125.