综采工作面控制系统

综采工作面控制系统（精选12篇）

综采工作面控制系统 篇1

0引言

随着煤炭工业的飞速发展,高产高效综采工作面自动化集 约生产已 经成为我 国煤矿的 发展方向[1]。目前,我国综采工作面液压支架电液控制技术虽然已取得很大进步,但主要集中在液压支架控制器手动和成组控制技术的研究上,在液压支架自动控制技术方面还有待进行深入的研究。而且,现有大多数国产液压支架电液控制系统存在可靠性低、实时性差、自动化程度低等问题。因此,在煤矿井下没有得到推广应用,更不能满足高产高效综采工作面的生产要求。也正是由于此,我国大多数综采工作面所用的液压支架电液控制系统依靠进口。而进口液压支架控制器存在着价格昂贵、供货不及时、通信协议不公开等问题,严重制约着我国高产高效综采工作面的发展和普及,已成为限制我国煤炭工业发展的瓶颈[2]。

我国煤炭工业“十二五”发展规划将煤炭高效开采技术及配套装置列入研究主题[1]。而液压支架集中控制技术是实现综采工作面无人值守的关键,是实现高产高效集约化采煤的核心技术。因此,开发具有自主知识产权的综采工作面液压支架集中控制技术具有重要的现实意义。

本文设计了一种基于 端头控制 器和双RS485总线的综采工作面液压支架集中控制系统,该系统可根据采煤机位置并结合采煤工艺流程对液压支架进行集中控制。经实验室和地面现场试验证明,该系统稳定可靠,实时性高,能够满足煤矿综采工作面自动化控制的需求。

1液压支架集中控制系统硬件设计

1.1系统结构

综采工作面液压支架集中控制系统是一个基于双RS485总线的多机通信网络[2],由间架控制器、压力传感器、位移传感器、红外接收器、端头控制器和防爆计算机组成,如图1所示。

间架控制器是液压支架集中控制系统的基本单元。它一方面通过压力传感器、位移传感器和红外传感器将液压支架的运行状态和采煤机当前的运行位置采集回来并上传到端头控制器;另一方面实现对液压支架的邻架控制和成组控制。

图1 综采工作面液压支架集中控制系统结构

端头控制器位于工作面的两端,起着承上启下的作用,采用双RS485总线通信模式进行工作。其中,一条RS485总线用于巡检综采工作面液压支架的工作状态参数和采煤机的位置,并实时将信息传递给防爆计算机,为实现工作面液压支架的远程状态监测提供稳 定的判断 依据和数 据保障;另一条RS485总线用于集中控制,通过巡检工作面参数确定采煤机的运行位置,进而通过总线向间架控制器发送控制命令,控制液压支架做出相应动作,配合行进中的采煤机进行自动化作业,实现对液压支架的集中控制。

防爆计算机安装在工作面巷道控制室,用于实时显示端头控制器采集回来的工作面支架状态数据,另外将工作面集控平台发送过来的集控命令和工艺段号下发至端头控制器。

1.2端头控制器硬件结构

端头控制器硬件结构如图2所示。

图2 端头控制器硬件结构

在液压支架集中控制中,端头控制器要巡检大量液压支架状态参数,同时还要对相应支架进行多变量控制。一个CPU既不能满足控制要求,也满足不了实时性要求,因此,系统中设计了双CPU结构。其中,巡检CPU负责巡检整个工作面的参数, 并将参数上传至防爆计算机;主控CPU负责接收防爆计算机的集控命令并根据巡检CPU巡检回来的工作面采煤机位置参数对液压支架进行集中控制。2个CPU采用SPI接口连接并进行数据交换。在同一时间2个CPU自行负责与间架控制器的通信任务,提供SPI口共享数据,提高了集中控制系统的效率和实时性。

1.3液压支架集控通信电路

针对煤矿综采工作面湿度大、煤尘多、电磁干扰强等恶劣环境,本文设计了抗干扰能力强的RS485通信系统。通信接口结构如图3所示。

其中,通信芯片采用MAX3088。该芯片为1/8负载,能够驱动256个通信节 点,通信速率 高达10 Mbit/s[4]。另外,该芯片在空闲状态时,提供失效保护,提高了RS485通信网络的可靠性。由于工作面长达183m,通信节点个数为123个,RS485总线抗干扰能力会下降。针对这个问题,需要在RS485总线两端匹配终端电阻,以提高RS485总线的稳定性。考虑到终端电阻阻值和通信信号线的特征阻抗应一致,因此,在本系统 中选用120Ω的终端 电阻[3,4,5]。光电耦合隔离电路用于通信电路和CPU信号隔离,在保护CPU的同时实现CPU和RS485总线之间的 电平转换。 防高压侵 入电路用 于抑制MAX3088芯片的A,B引脚由外 界干扰 (雷击、浪涌)产生的高压,使系统更加可靠。另外,采用DCDC电源模块将RS485通信模块电源和CPU电路隔离,防止噪声或干扰通过电源或地线相互影响。

系统采用Modbus通信协议,端头控制器和间架控制器构成一主多从的多机通信模式。端头控制器为主机,间架控制器为从机,在通信过程中,只能有一个节点处于发送状态。在系统初始化时,将端头控制器和间架控制器都初始化为接收状态[3]。在集中控制中,间架控制器采用单片机内部的寄存器设置支架编号实现硬件地址识别[2]。只有当间架控制器多机第9数据位和集控地址同时满足时,间架控制器才响应端头控制器的集控命令,这样可提高集中控制的可靠性。

2液压支架集中控制策略

综采工作面的主要设备有采煤机、刮板输送机和液压支架[8],在采煤过程中,它们相互协调,相互制约。下面分析液压支架和采煤机、刮板输送机之间的协调关系,建立液压支架集中控制模型,介绍液压支架集中控制的实现过程。

2.1液压支架集中控制模型建立

液压支架的集中控制是以采煤机中心位置红外线信号为依据,根据综采工作面的采煤工艺阶段号和采煤机运行方向,对和采煤机中心位置相距固定距离的液压支架执行相应的动作(包括降柱-移架升柱、推溜、伸收互帮板和喷雾),以配合采煤机作业。液压支架集中控制模型如图4所示。

设采煤机以速度v在工作面来回运动,机头与采煤机中心位 置的距离 为S,则S和v的关系如 式(1)所示。为了在集控中方便描述采煤机的位置, 将以米为单位表示的采煤机中心位置S换成以支架编号表示的采煤机位置K,如式(2)所示。

式中:S0为采煤机行走的位移;int()为取整函数; D为液压支架的宽度。

根据采煤机位置可以得到关于被控支架的动作函数Fi(i=1,2,3):

式中:F1为收护帮板动作函数,F2为小循环(降柱移架-升柱-伸护帮板)动作函数,F3为推溜动作函数;n1为采煤机运动方向;n2为与采煤机相对位置方向。当采煤机从机头向机尾运动时,n1=1,反方向时,n1=0;当被控支架滞后采煤机时,n2=0,超前采煤机时,n2=1。

采煤机中心位置K判断:由安装在采煤机机身上的红外发射器发射红外信号,然后间架控制器中的红外接收器接收信号,上传至端头控制器,由端头控制器判断出当前采煤机位置。当采煤机在工作面从机头向 机尾进行 割煤时,超前采煤 机G1架的 (K+G1)号支架进行收缩护帮板动作,滞后采煤机G2 架的(K-G2)号支架进行小循环动作,滞后采煤机G3 架的(K-G3)号支架进行推移刮板输送机动作。

2.2液压支架集中控制过程分析

由于煤层的自然条件和综采机械的不同,综采工作面的采煤工艺多种多样[7,8,9]。按工作面割三角煤工艺的不同可以分为全截深采煤工艺和半截深采煤工艺;按工作面割煤位置的不同,又可以分为中间段采煤工艺和机头(尾)采煤工艺。本文的液压支架集中控制系统是针对某煤矿152304工作面实际生产情况提出 的。该工作 面长183 m,采用122个ZZ8800-13/26D支撑掩护式液压支架进行顶板支护。该工作面采用全截深双向采煤工艺进行采煤作业,液压支架集中控制系统具体控制过程如下。

2.2.1综采工作面中间段集中控制过程

端头控制器根据间架控制器接收的采煤机红外发射器位置信号,通过比较最新采煤机位置和原来采煤机位置,得出采煤机的采煤方向,然后根据防爆计算机发送的采煤工艺段号,对滞后采煤机位置G2(8架)的支架进行小循环(降柱-移架-升柱)动作, 滞后采煤机位置G3(12架)的支架进行推溜动作。

2.2.2综采工作面机尾段集中控制过程

综采工作面机尾段集中控制过程又分为如下几个阶段:

(1)机尾弯曲段形成阶段。当采煤机运行到机尾117号支架位置时,小于等于109号的支架全部完成降柱-移架-升柱动作,100号之前的支架完成正常推溜(行程为0.6m),100—109号支架形成弯曲段,推溜位移为0.6(1-n)/10m(n=0,1,…,9), 如图5所示。

图5 机尾弯曲段形成阶段

(2)机尾斜切 进刀阶段。当 采煤机从 机尾117号支架向左运行到112号支架时,支架不执行任何动作。当采煤机运行到111号支架时,119号支架开始进行小循环动作。向左运行到93号支架时,110—122号支架完 成降柱 - 移架 - 升架动作, 110—122号支架是正常推溜,100—109号支架推溜位移为0.6n/10 m。机尾110—112号支架和其他支架动作不同,这3个支架进行先推溜后小循环动作。此时,支架将刮板输送机推直,如图6所示。

图6 机尾斜切进刀阶段

(3)机尾反向割三角煤阶段。采煤机从93号支架运行到117号支架,反向割三角煤,液压支架不进行降柱-移架-升架和推溜动作,如图7所示。

图7 机尾反向割三角煤阶段

2.2.3综采工作面机头段集中控制过程

机头和机尾支架动作是对称的,动作支架编号是采煤机位置减去动作距离得到。弯曲段、斜切进刀和割三角煤一样,在此不再赘述。

3液压支架集中控制软件设计

在液压支架集中控制中,端头控制器接收到防爆计算机发送的集控命令、采煤工艺段号,先对工作面液压支架状态进行巡检,并将参数上传到防爆计算机;然后判断参数是否正常,若正常则向间架控制器发送集控命令;若不正常,则报警,退出集中控制模式,判断出故障类型并在端头控制器的液晶显示屏和防爆计算机中显示。端头控制器接收防爆计算机集控命令流程如图8所示。端头控制器接收完集控命令后向计算机返回支架的运行参数。

端头控制器集控流程如图9所示。端头控制器先对采煤机左右各15个支架进行巡检,确定采煤机的最新位置,并与之前采煤机的位置作比较,判断出采煤机的运动方向,然后根据采煤工艺段号和已经判断出的采煤机牵引方向对相应的支架进行追机移架作业。为了增加集控的可靠性,在追机移架作业中,以集控动作极限时间和动作位移极限参数为依据进行双闭环 控制。2个判断参 数只要有 一个满足,就能继续进行控制。若超过了极限时间,此时集控动作还没到位,则进行报警,退出集控模式。

图8 端头控制器接收防爆计 算机集控命令流程

4试验结果分析

为了验证本系统的实时性和可靠性,在实验室进行了通信性能测试。端头控制器接收防爆计算机的集控命令后,向计算机返回工作面液压支架的状态参数,格式为端 头控制器 地址 (FFH)+ 功能码 (03H)+支架号 +3byte参数,如图10所示。其中,方框内数字依次为1号支架的立柱压力、推溜位移和1byte的开关量。

图10 上传至防爆计算机的支架参数

获得巡检参数是对液压支架进行集中控制的前提。端头控制器对间架控制器参数进行巡检,将巡检到的参 数存储在 端头控制 器的外部RAM的0400H-1400H单元中。每个间架控制器的参数共为14byte,存储格式 为支架号 +12byte的模拟量+1byte的开关量+1byte的错误标志字。通过开关量中的第4位来判断采煤机位置,并且实时刷新,根据最新采煤机位置和原来采煤机位置得出采煤机的运行方向。然后判断错误标志字字节中的错误标志位。错误标志位全为0时,说明工作面液压支架运行正常,可以进行集控。图11为巡检回来的支架参数。方框中的字节为错误标志字字节。

图11 接收到的巡检参数

当巡检参数故障位全为0时,端头控制器可以向间架控制器发送集控命令,对相应的液压支架进行控制。

另外,笔者还在某煤矿液压支架装配车间进行了现场试验。通过和间架控制器的配合,液压支架集中控制系统能够根据采煤机红外信号,实现液压支架的追机移架。

5结语

通过对综采工作面液压支架集中控制要求的分析,针对某煤矿152304工作面的采煤工艺,提出了一种综采工作面液压支架集中控制策略,设计了液压支架集中控制系统,并在现场进行了试验。试验结果表明,该系统运行可靠,能够实时、准确地对液压支架进行集中控制。对于其他采煤工艺的液压支架集中控制,也有一定的参考价值。

综采工作面控制系统 篇2

摘要：本文探讨了综采几种采煤方式的特点，并对综采工作面设备的选型以及设备发展的趋势作了简要介绍。

关键词：综采方式工作面

0引言

综采是指煤矿的综合机械化采煤，目前，综采是我国最为先进的采煤工业，能够实现破煤、装煤、运煤、支护、采空区处理等主要生产工序的机械化，机械化率可达到95%以上。

1采煤方式的比较

科学合理的采煤方法是矿井高产高效的关键。很多因素影响采煤方法的选择，比如地质构造、煤质条件、煤层的埋深和赋存状况、煤层厚度硬度以及结构、顶底板的条件以及矿井的生产能力等。

1.1人工假顶分层综采。人工假顶分层综合机械化采煤是将厚煤层分成若干层，顶分层为下分层铺设人工假顶的一种采煤方法，该方式适用于煤层顶板中等冒落，直接顶具有一定厚度的缓倾斜及倾斜厚煤层。采用该方式煤炭回收率高，厚煤层回采率可达95%以上，但存在推进速度较慢，下分层顶板及巷道不易于维护，反复揭露采空区易燃大火的问题，此外，铺设假顶人工成本高昂、耗时耗力，工艺复杂。随着更先进采煤方式的推行，人工假顶分层开采方式的采用日趋下降，在高产高效的矿井中，由于能够极大提高工作面单产水平，创造突出经济和社会效益，条件许可的状况下，尽量采用放顶煤综采或大采高综采。

1.2一次采全高放顶煤综采。放顶煤综采采煤法是在厚或特厚煤层的底部布置回采工作面，采用滚筒式采煤机、放顶煤液压支架、刮板输送机及其他附属设备进行的配套联合生产作业，使用采煤机正常割煤，并利用矿山压力或辅以人工松动方式破碎工作面上方顶煤，使之随工作面推进从液压支架的上方或后方放出并回收的一种采煤方法。近几年来，随着综采放顶煤设备的技术进步和功能完善，并因其高适应性、低能耗性、安全稳定、高产高效的特点越来越成为厚煤层、厚度变异系数大的厚煤层首选采煤方法。与传统的分层综采相比，放顶煤综放工作面比分层综采面更为高产，产量能提高一半或更高，综放工作面也更为高效，采全厚综放的掘进率比分层综采巷道的减少将近一半，相应降低了巷道维护费用;综采放顶煤与分层综采相比，金属网、坑木、油脂、巷道支护材料等消耗量大量减少，吨煤成本得以降低，同时减少了综采设备的搬家次数与费用，节约大量的`搬移资金。另外，综采放顶煤与分层综采相比，吨煤可节电率提高，同时也更加安全，该方式对煤厚变化大、构造比较复杂的地质条件有较好的适应性。但与分层综采相比，煤炭回收率稍低，工作面设备多、投资大管理复杂，易混入矸石，造成原煤灰分高，工作面作业条件差。

1.3大采高综采。大采高综采指分层高度和采煤机割煤高度大于3.5米的综采。大采高采煤法适合煤层厚度为3.5米至5.5米，煤层及顶底板中硬以上的地质条件。随着大采高设备技术和功能的进步与完善，大采高综采已成为我国高产高效矿井的主要采煤方法之一。该方式工作面单产高，增产潜力大，工作面设备少，工序简单且易管理，与放顶煤综采相比，含矸率低，成本低，初期经济效益好。该方式设备投资较高。采高大，工作面煤壁松软时易片帮。下分层工作面易发生漏顶事故。此外，推进速度快要求更快的移架速度。

2综采工作面设备选型以及发展趋势

综合机械化采煤工作面是指用滚筒式采煤机或刨煤机、液压支架、可弯曲刮板输送机以及通讯、照明灯附属设备配套生产的工作面。综采实现了采煤的机械化，大大减轻了人工体力劳动，极大地提高了工作面的产量，工作效率也上升到了崭新的水平，综采工作面平均效率是普采工作面的将近3倍，综采工作面液压支架支撑着工作面的顶板，掩护式和支撑掩护式液压支架以其坚固的掩护梁将工作面和采空区相隔离，把工作面密封成一个工作空间，极大提高了采煤的安全性，减少了人生伤亡事故的方式。综采工作面设备包括工作面和顺槽生产系统中的机械和电气设备。主要有液压支架、双滚筒采煤机、刮板输送机、端头支架、破碎机、桥式机、可伸缩胶带输送机、乳化液泵站、冷却灭尘泵、低压磁力起动器、移动变电站、高压防暴开关、综合保护装置以及通讯控制设备等。 高效矿井综采的实现，成套设备的配备、工作面采煤机、液压支架、刮板运输机“三机”的选型和配套是关键，否则将会对单机性能发挥造成影响，降低综采设备开机率，严重时制约综采生产的运行。综采设备的选型和配套是煤矿矿井采区设计和工艺选择的根本和依据，同时也是各单机设计的依据，好的选型和设计能够使成套设备性能与采煤工艺相适应，使综采成套设备与矿井的产能以及自身地质状况适应。

从设备选型而言，首先，“三机”的几何尺寸要配套。综采工作面，横断面几何配套尺寸是设备间配套关系的反应，必须要注意空顶距、铲间距、人行道空间、过机过煤空间、采煤机同刮板运输机行走方向间隙以及煤机牵引部和刮板运输机的牵引销轨等的尺寸等;其次，工作面设备性能要配套。采煤机底托架、牵引部、行走滑靴要与刮板输送机配套，刮板输送机和采煤机配套后要保证割透工作面两端头的三角煤，其中步槽的长度应和支架中心距相同，支架的移动速率要和采煤机牵引速度适应，采煤机截深要与液压支架推移步距适应;另外工作面设备生产能力要配套，工作面刮板输送机生产能力要充分保证采煤机采落煤全部运送出，并有适当余量，即遵循：顺槽皮带机运输能力的值为最大，其要高于转载机的运输能力，而转载机要大于刮板运输机的运输能力，刮板输送机运输能力值要比采煤机生产能力大。

综采工作面成套设备包括采煤机、刨煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机等。

对于液压支架来讲，它是影响综采工作面各项参数以及能效的重要设备，要使其支护阻力及强度同工作面矿压适应，支架结构与煤层赋存条件适应，支护断面和通风要求适应，同时要考虑安全生产、工作面推进速度以及设备投资等的因素。简单实用正成为液压支架结构的发展方向，设计上来讲，倾向于整体顶梁掩护式的结构，选用能够减轻支架自重高强度的钢材，加载试验循环次数的标准更高，支架生命周期更长，支护范围逐步扩大，液压支架额定宽度向2米发展，以有效解决支撑高度和工作阻力增大后的稳定性问题。

我国大运量、高强度和可靠性、高质量的工作面刮板输送机以及配套顺槽自动转载机达到了世界先进水平，刮板输送设备中碳锰合金钢整体铸造槽帮中部槽逐步取代了轧制槽帮以及分体槽帮中部槽，有利于提高整机实用寿命的高强度耐磨板也广为采用。能够极大增强刮板链的动力性能和安全系数的大规格、高强度圆环链和接连环以及新型的传动装置都在设计和使用，对于调高刮板输送设备的运行可靠性起到了举足轻重的作用。对于采煤机而言，它是综采工作面小时生产能力的重要生产设备，目前普遍采用双滚筒、以电牵引来取代液压的方式，电机增多，功率更大并且不断向智能化、自动化、机电一体化、运维简单、操作安全的方向发展，对于提高截割牵引速度、截深、提高单产以及设备运行的可靠性而言是非常有益的。

参考文献：

[1]方新秋，钱鸣高，曹胜根，缪协兴.综放开采不同顶煤端面顶板稳定性及其控制[J].中国矿业大学学报.2002.(01).

[2]李秋辉.深矿井冲击地压及防治措施[J].煤炭技术..(07).

综采工作面控制系统 篇3

关键词：综采工作面；控制；改进应用；可靠性

中图分类号：TD632 文献标识码：A 文章编号：1006-8937（2012）26-0170-03

随着科学技术的飞速发展，煤矿机电设备在不断的更新换代，功能也在不断的完善和升级，各个设备之间的关系越来越复杂，自动化程度进一步提高，对集中控制系统提出了更高的要求。华宁（KTC101）通讯控制系统是一套用于井下皮带、三机、耦合器控制的典型产品，集成度高，灵活性和可扩展性好，在我矿使用两年以来，各方面性能优越，工作比较稳定。通过查阅相关资料，国内目前有200多个矿井都使用了此系统，目前很少有人做过针对此系统的现场使用情况的分析，作为一名用户方的技术人员，通过本文对华宁控制器在现场的使用情况作一研究总结，与广大同行朋友们进行交流，为系统的优化改进提供建议或意见。

1 应用背景及系统简介

张家峁矿是一座大型现代化矿井，设计生产能力为600万t/a，现有两个综采工作面正在回采，分别为15202工作面和14202工作面，均使用了华宁（KTC101）通讯控制系统。

华宁KTC101通讯控制系统采用的是嵌入式技术，上位机采用嵌入式计算机，并配有两个标准串口，串口通讯采用modbus通讯方式，可以与外界计算机或其他采用modbus通讯方式的设备配接实现信息共享。利用modbus通讯，可从组合开关、变频器上采集电机的工作电流并实时显示，通过各种传感器对电机温度、皮带速度、皮带张紧力、减速机油压、轴承温度、烟雾、纵撕、跑偏、堆煤、环境温度等各种工况进行检测，并在主控制器液晶屏上实时显示，根据设置需要实现报警或停车保护。

2 结构原理及改进方案

2.1 控制系统构成原理

以工作面三机控制系统为例，华宁KTC101通讯控制系统主要包括以下子模块：①KTC101-Z型主控制器。②KDW101型矿用隔爆兼本质安全型电源。输入电压AC 127V, 50 Hz，输出两组DC 5V、两组DC 12V、一组DC 18V, 总共五块带两级过压保护、两级过流保护的本质安全型电源模块。③系列组合扩音电话和急停闭锁开关。扩音电话是一种模块组合型产品，主要有语音通讯、打点、闭锁按钮、拉线急停、启停操作按扭和智能输入、输出等功能。④KJS101型本安输入输出。本安输入输出设备（也称“下位机”或“分站”）可以看作一个由主站KTC101-Z型主控制器和若干KJS101本安输入输出构成的集中加分布控制系统。分站负责远程数据的采集、通讯，直接参与控制，在分站的配合下实现整个系统的扩展与延长。分站带有4-12路输出，4-12路开关量或模拟量输入。且分站不需设址，只要接入系统，控制器会自动识别，将离控制器最近的设置为1号下位机，然后从主控制器由近及远，依次设置为2-15号，从而实现集中-分布式控制。⑤KFD101型多功能终端和七芯双屏蔽双护套强拉力阻燃电缆。系统原理框图如图1所示。

从图1可以看出，KTC101系统采用的是双总线结构。一条是内部总线，KTC101-Z主控制计算机（也称上位机）通过内部总线和各中位机模块相连，CS1通过外部总线和远端的下位机相连。采用模块化设计理念，在主控CPU的基础上将具有独立功能的控制部分分解为若干模块，各个模块相互独立，彼此完成不同的功能，构成一个集中/分布式智能控制系统。

KTC101控制系统在皮带上的应用除以上子模块外，还包括了各种传感器装置，它们通过IO模块或下位机将检测到的各种信号上传给主控制器，CPU根据各参数状态判断是否执行报警或停车指令。主要包括以下几种传感器：

①GSC-200/1000-SC型速度传感器。用作胶带输送机检测低速打滑、超速等保护。可对外提供200～1000 Hz的标准模拟量信号， 对应皮带速度值0～6 m/s（模拟量），安装在底皮带并与其紧密接触。

②GWM-40-W型温度传感器。根据被测物体的温度高低来决定输出，是一种接触式传感器，其输出形式为开关量，当被测设备或环境温度大于45℃时，常开接点闭合，温度保护动作。

③GUD-330-D型堆煤传感器。用于两皮带搭接的机头处或溜煤眼处，当发生堆煤或仓位超限时，传感器动作一定的角度，输出点由闭合变成断开，系统报警停车，达到保护胶带的目的。

④GQL0.1-Y型烟雾传感器。用于煤矿井下检测和预报机械摩擦（如皮带机等）、电气设备引起的电缆起火和煤层自燃等原因引起的火灾事故。当经过探头的气体烟雾超标时，对外发出光电提示，并输出开关量信号（输出点由常开变成常闭）。

⑤GEJ-15-P型跑偏传感器。安装在皮带两侧，当皮带发生跑偏时，皮带触动万向活动杆使其动作，传感器向外输出开关量以保护皮带。在我矿15202顺槽皮带控制系统中，皮带主电机、减速机油泵电机、风扇电机等由唐山开诚PLC控制柜进行控制，KTC101系统负责各保护参数的采集、本皮带与上下设备连锁信号的采集、沿线闭锁信号的采集等，经CPU处理后统一输出为停车报警信号，然后传输给唐山开诚PLC柜，实现皮带的各种保护。

2.2 改进及实施方案

15202顺槽皮带和工作面三机采用两套华宁KTC101通讯控制系统进行保护控制，连锁信号通过皮带CS1沿线及下位机与工作面三机控制器通讯，系统配置如图2所示。当需要启动皮带时，操作人员按下华宁主控制器键盘上的“1”号键，控制器中设置好的“电机启动输出点（1）、（2）”分别将启动信号输出给唐山开诚PLC控制柜和CS1沿线最后一台下位机的1号输出点，然后在皮带机尾通过专用电缆将下位机上的皮带启动信号接到工作面三机控制器的启动就需输入点上，当三机控制器CPU检测到皮带启动信号（常开接点闭合）后，便将三机的启动状态改为“准备就绪”，三机才可在 “集控”方式下启动，否则只能在“检修”或“点动”方式下启动。

由于顺槽皮带机尾随着工作面的回采不断向前推移，正常生产时每2～3 d就需拉一次移变列车，移变列车上的三机主控制器也跟着向前移动，皮带CS1沿线的最后一台下位机与三机控制器间距离较长，连接的电缆每次都需要重新吊挂和接线，而且容易受损伤，既增加了工人的劳动强度又降低了系统的可靠性。经过现场考察和理论分析，并结合KTC101控制系统下位机的功能特点，我将工作面三机控制系统中马蒂尔处的扩音电话更换为带有输入输出的下位机，并与皮带CS1沿线的最后一台下位机共同固定在马蒂尔处外加的一块钢板上，然后用一根1m长的电缆将皮带下位机的1号输出点和三机控制系统下位机的2号输入点相连，并在三机控制器中将破碎机“启动就绪点设置为CS1.1.2”，这样三机控制器便可通过其CS1沿线下位机从皮带CS1沿线最后一台下位机1号输出口读取皮带启动信号，省略了三机控制器与皮带下位机间的专用电缆，改进后系统配置如图3所示。

3 结 语

15202顺槽皮带和工作面三机控制系统的连锁信号传输方式经过改进后，电工在KTC101系统方面的检修维护工作量大大减轻，提高了工作效率。线路经过简化后，系统的稳定性也得到了大幅度提高，原先因为线路受损、干扰等问题出现的故障被完全消除。同时，线路简化也为安全质量标准化工作的开展提供了方便，移变列车后部的冗余电缆得到了彻底清理，电缆吊挂整齐度明显改善。总体来说，此方案简便易行，使用效果良好，在矿井安全生产中起到了积极的作用。

参考文献：

综采工作面破碎顶板的控制 篇4

在综采工作面应用大型化机械设施的影响下, 巷道断面增大, 这增加了采掘的深度, 同时也容易出现较多顶板破碎的现象。破碎顶板是指岩层的自稳能力低、整体性能差、强度低, 且在工作面控顶区的范围之内较难控制的顶板。破碎顶板重点是指采煤工作面上稳定性较差的顶板, 破碎顶板就会导致局部漏顶情况的出现, 倘若不能够及时地加以控制, 那么就可能出现工作面漏垮性的冒顶危险, 进而不利于煤矿的顺利生产, 为此, 应当有效地控制综采工作面破碎顶板, 保障煤矿生产的安全性。

1 综采工作面破碎顶板的控制

1.1 选用合理的支架类型

煤层顶板的稳定性比较差, 尽可能地将有着伸缩性前梁期且具备护帮板的支架应用于工作面, 在通过采煤机之后, 迅速地打开护帮板与伸缩梁或者是将支架前移, 对刚刚暴露的顶板煤帮进行支护, 将伸缩梁伸出, 从而使得断面距尽可能地缩小。

1.2 将金属网铺设在顶板

对工作面局部的破碎顶板进行控制, 能够在顶梁上将金属网跟工作面垂直铺设, 网与网间的搭接长度需要是200毫米, 间隔100毫米连一扣, 尤其需要在旧网片的下面放置新网片。在顶板破碎较大范围的时候, 铺网最好沿着工作面。在到达顶梁上方的时候, 破碎顶板已经非常破碎, 并且厚度不一的浮矸层形成于顶梁上方, 在移架的时候, 由断面和架间漏下浮矸, 也会冒顶使得端面扩大, 顶网的铺设可以让破碎顶板变得整体化, 对顶板进行很好地改善。通过铺设双层的顶网, 这有利于管理顶板, 有着下面的优势:有效避免煤壁片帮, 使得片帮的深度减少;围岩刚度和平均支护强度得以提高;避免断面、架间漏矸, 使得顶板和顶梁的接触状态改善。

1.3 初撑力保证阀地安设

在对移架进行人工操作的时候, 为了使得移架的速度大大提高, 常常因为供液时间短, 支架初撑力不能够到达额定的值。将初撑力保证阀进行安设之后, 即使将操作手把松开, 支架还能够继续增压, 这样持续到额定初撑力之后, 才对供液进行停止。

1.4 移架以及工作面采高的调整

对于移架工艺的调整来讲, 一般是留1个截深的距离在输送机以及支架之间, 割煤后对支护顶板进行移架, 一次性到位。在较为严重的煤壁片帮和顶板破碎的情况下, 能够将移架超前。此外, 实施带压擦顶移架, 使支柱的工作阻力保持, 使顶梁擦顶向前移动, 这能够使得顶板岩层的活动性减少, 从而有效地控制顶板破坏。控制综采工作面的高度至少是3米, 让支架保持理想的支护状态。顺着顶底回采的过程中, 为了避免冒落留设顶煤而导致的梁端空顶, 尽可能地使留底煤减少, 避免陷底支架导致拉架的难度提高。由实际经验来讲, 相似情况下的综采工作面的设计采长需要在200米以内。

1.5 注重对员工的教育和培训

注重对员工的教育和培训, 让员工体会到局部冒顶的巨大危害, 增强控制质量意识。这就需要员工认真地做好工作, 教育培训部门要要对采、支、回等一系列人员采用业余培训的方式实施冒顶机理培训, 不断地归纳避免局部冒顶的收获, 在最小的范围内开展局部冒顶。

2 综合顶板控制技术

2.1 木锚杆控制

对于综采工作面的破碎顶板来说, 首先是要观察综采工作面的煤壁的片帮过程, 探索引起片帮的真正原因, 是因为构造裂隙, 还是受采动的影响, 引起片帮的主要方式有三种, 一种是沿着弱面向自由面滑落;二种是随着进刀方向而发生冒落;第三种是因煤壁受到压力出现裂隙面以后而逐层的向外位移发生变形, 到达极限时而发生滚落。不管是那种方式引起的片帮, 其煤壁的片帮运动矢量都是可以分解为水平向外和铅垂直向下两种方向。因此说, 对于综采工作面的片帮的治理, 需有效地在自由面方向控制煤体向外和向下的位移活动, 使得切顶线由煤壁逐渐向采空区进行位移, 恢复到支架顶梁的后端, 才能有效的控制综采工作面煤壁片帮和漏顶的发生。

2.2 煤岩体化学注浆加固

煤岩体化学注浆加固的原理就是利用化学浆液来充填和固结围岩的裂隙面, 提高围岩整体性, 充分发挥围岩整体承载能力, 保持围岩稳定, 参与巷道围岩内应力平衡。工作面回采过程中, 该技术主要用于过断层时上、下端头及工作面顶板破碎带的加固支护, 主要采用的是波雷因化学加固材料, 该材料能有效地加固和密封处理区域。

2.3 挑顺山梁

割煤后, 新暴露的顶板在短时间不会冒落, 只是在支架卸载前移时才可能冒落。这样, 就可以采用挑顺山梁的方法, 先移顶梁完整处的支架, 移架时, 在所移支架前梁上沿平行工作面方向放置1-2根长3-4米直径为180mm木梁, 挑住附近不完整的顶板, 然后再移顶板破碎处的支架。

3 结论

总之, 在不同地段和不同阶段的回采中应用综合控制技术能够对综采工作面的破碎顶板进行有效地控制, 并且增强工作面的单产能力。事实表明, 实施以上的策略能够使得破碎顶板的不利影响降低, 以及使得破碎顶板的回采效率大大地提高, 保障综采工作面顺利地完成生产任务, 有着十分明显的经济以及社会效益。

参考文献

[1]于利, 袁学访, 王占川.破碎顶板端面冒顶的防治[J].煤矿现代化, 2009 (05) :23-25.

[2]韩志文.加强破碎顶板管理的几点做法[J].煤炭技术, 2010 (02) :42-43.

综采工作面回采总结 篇5

一、工作面概况

21041工作面位于21采区西翼，工作面标高-186m～-270m，走向长466m,倾斜长106m,面积47250m2，工业储量30.90万t，回采28.74万t储量。煤层倾角平均18～250，开采二1煤层，平均厚度,4.5m。采用走向长壁后退式综合机械化采煤法采煤，停采位置距21回风下山巷道留35m护巷煤柱。

二、工作面装备及作业方式

工作面机头、机尾选用ZFG3200/16/25型液压支架各6架作为过渡支架，采面选用ZF3000/16/24型液压支架79架作为基本支架。采用MG170/410-WD型采煤机，采放比1：1.5，实行一采一放，追机放顶煤作业方式。

三、回采过程中遇到的问题及处理方法

21041工作面煤岩层走向220-240°，倾角18-25°，上陡下缓趋势，466-110米之间工作面上部局部褶曲构造出现频繁，110米向外靠近工作面上安全出口15米左右底板变化较大，回采时采取抬底措施回采。工作面回采至425米至410米处时在工作面中下部出现采空区一个出水点，水量1-13m3/h，回采过程中在出水点挖临时翻井用管子装水直接把水引入下部水仓；另一方面在出水点前方布置钻场向出出水打钻超前放水和局部底板注浆加固改造，该出水点随工作面推排由下往上逐渐推移，回采到410米处时消失。总体上讲，21041工作面区域地质及水文地质条件较为简单，对工作面回采影响不大。

四、矿压显现及顶板管理经验

21041工作面回采期间没有揭露断层，但受申家门断层及其支断层影响，面内煤的坚固性差，回采过程中工作面前后支撑应力区破及工作面前方20-30米范围，工作面正常回采时矿压不明显。工作面前推一排，放一次顶，大多顶板随采随落，回采时放顶步距为0.6m。

五、工作面回采率

21041工作面回采期间，420-390m由于煤层底板在走向和倾向上呈上下起伏，工作面局部呈鸡窝状丢底煤较多，后采取根据煤层厚度和底板变化及时调整采高，提高煤炭回收率。

采煤队每月计划产量46000吨，实际产量月平均达到45000吨，根据21041工作面理论数据工业储量30.90万t，实际回采30.07万t储量，回收率97.3%。

结合工作面回采时产量和回采和煤层注水时钻探煤层厚度综合分析：21041工作面回采率97。3%，除留35米护巷煤柱损失煤量1万吨，其他就是局部因工作面出水造成的极少煤量损失，总体讲该工作面回采率符合煤矿储量管理规范要求。

六、推采难点及经验总结

一）推采难点

1.局部煤层底板变化和煤层坚固性差，造成采前掉顶，支架受力不均，出现咬架、错架现象。

2.回采过程中遇到由于地质构造破坏了煤岩层的原始整体性，回采过程中放煤时煤矸分选性差，煤质管理有难度。

3.煤层底板的变化，造成工作面前后溜运行时底槽回煤溜子噎死、压死等现象。

4.综采队伍人员技能操作水平有待提高，不能根据现场情况地质变化提前调整回采工艺。

二）经验总结

1.严格执行现场交接班制度和两班生产、一班检修制度。2.建立一支技术过硬、工作负责的高素质综采队伍，是保证工作面安全生产的前提。

3.加强工作面前后溜现场管理，保证设备正常运行。三）今后应采取措施

1．遇顶板压力大、破碎地带，放慢割煤速度，支架追机、擦顶带压移架。

2.根据煤层厚度和地质变化及时调整采高及回采方案，也可采取适当的破顶、割底办法，保证支架活柱量，防止压死支架。

综采工作面综合防尘技术浅析 篇6

【关键词】矿井防尘；产尘因素；治理措施与效果

1.矿井防尘工作的现状

综采机械化采煤是现在较为普遍采煤方法，具有高产、高效、低耗、劳动强度低和经济效益好等优点。但是，综采高浓度粉尘对作业人员身体状况及矿井灾害的发生起着重要的因素。因此，我们必须认真做好综采工作面防尘工作，这也是矿井安全生产管理中需要解决难题之一。

针对综采工作面的煤尘治理，在我们实际工作中采用了煤层注水、煤机内外喷雾、架间喷雾、工作面系统转载点安设喷雾系统等措施。但是，粉尘浓度仍较高。

2.综采工作面产尘的原因

综采工作面是煤矿井下作业人员和电器机械设备高度集中的工作场所，也是连续产尘强度较大的作业场所。综采的各项工序中都会产生大量煤尘和岩尘，特别是在采煤机割煤、移架、运输机的载运和转载以及工作面掉顶、片帮等都会产生大量粉尘。其中，采煤机割煤是最主要的尘源。

2.1综采工作面采煤机作业产尘及煤尘浓度分布

当采煤机滚筒切割媒体以及由螺旋叶片或涡形管进一步破碎时，都会生成大量煤尘。其产尘来源于：①截割煤时，截齿刀尖前的煤被压实而成压固核当接触力增加到极限值时，压固核被压碎产生煤尘。②大块煤采落后紧跟在后面的截齿切割厚度减少，增加了产尘量。③被割下和被滚筒抛出的煤，在弹性恢复时沿裂缝继续分离成更小煤块，同时产生煤尘。④截齿磨钝后，各刃面变成了弧面，与煤碾压和摩擦产生粉尘。⑤截齿对煤体的冲击、割下来的煤相互碰撞及滚筒螺旋叶片装煤时的二次破碎产生煤尘。

采煤机在工作面的移动，这就决定了工作面煤尘浓度分布的不均匀性，工作面任一位置的煤尘浓度都将随采煤机的位置变化而在时间和空间上不断变化。

采煤机产尘强度及其在工作面的分布规律，与采煤机本身的机械参数和工状况有关，如采煤机滚筒截齿结构和数目、滚筒转速、采煤机牵引速度、截深、机体上安置的喷雾装置的降尘效率以及采煤机是采用单向或双向割煤作业方式等。

根据实测数据，当煤机进行顺风切割时，煤尘浓度由前滚筒开始沿顺风方向急剧增高，当采煤机逆风切割时，沿顺风方向煤尘浓度不断减小，在离开滚筒两支架的位置，煤尘浓度达到最低值之后，沿顺风方向煤尘浓度又逐渐增加。因此，不论采用哪种切割方式后滚筒四周的煤尘浓度都最低，其值约为前滚筒位置煤尘浓度的50%-60%，这主要是由于采煤机喷雾系统发生效力的缘故。

在采煤机回风侧的煤尘浓度最低点之后，煤尘浓度又逐渐增高，直至在某点达到最高值，该点称为煤尘浓度最高点，其值约为前滚筒位置的2-3倍，超过该点，煤尘浓度随与采煤机的距离增加而减少。

煤尘浓度最高点与采煤机的距离，取决于含尘风流的煤尘浓度、风速以及浮游煤尘的粒径和重率。浮游煤尘的浓度越高、风速越小，则煤尘浓度最高点与采煤机间的距离愈小。

2.2移架产尘及工作面粉尘浓度分布

液压支架的支护作业时工作面尘源之一。由移架所产生的呼吸性粉尘占采煤机司机位置的36%。移架产尘量的大小受多种因素影响，但最主要的直接顶板条件。移架产尘量的多少与顶板强度成反比、与工作面所在区段的上覆顶板岩层厚度成正比。

在移架的过程中每一操作步骤所产生的粉尘量不尽相同。在破碎顶板和稳定顶板条件下实测浮游粉尘浓度的结果是当支架前移、生架与降架时前者是后者的2倍和8倍左右。因此，对具有不稳定的或破碎顶板的工作面采取有效的抑尘措施更为重要。

综上所述，造成综采工作面高的粉尘浓度的主要原因是采煤机割煤、工作面移架。

3.许疃矿7214综采工作面实施的综合防尘措施

为解决综采工作面综合防尘存在问题，在矿井开采7214综采工作面时，采取了以下综合防尘措施。

3.1煤层注水

采用浅孔动压注水和深孔动压注水相结合的方式，工作面浅孔动压注水采用双排眼错列分布，垂直煤壁大钻孔注水，注水眼距为5m，排距0.8m，注水孔深为工作面两个圆班的推进量，一般为4-6m，工作面深孔静压注水采用从工作面的运输巷和回风巷沿煤层倾斜方向平行于工作面打注水孔，运输巷和回风巷注水孔交错布置，孔长均占工作面斜长的1/2，一般为40-60m，钻孔直径为40-50mm，开孔位置距顶板四分之一煤层厚度，钻孔间距为10m，扩大湿润区域，经实测湿润半径为R=5-8m，消除工作面注水盲点，煤体湿润均匀，注水与回采互不干扰。

3.2综采工作面设备选型

7214工作面设备选型时考虑到工作面防尘，液压支架采用ZY6800-19/40型，采煤机选用MG920/3300-WD型，滚筒直径2.0m截深0.6m，工作面采高为2.8m，避免煤机截齿采用镐齿形、切向安装，具有气力强度大，齿数少，负荷平稳，具有产尘量少优点。

3.3采煤机喷雾系统

采煤喷雾系统采用内、外喷雾相结合的措施，内喷雾水雾粒径在200um以下，水雾的扩散角小，喷嘴距尘源距离为0.5m，喷嘴距截齿100-150mm。外喷雾采用GCMJPW-1风水喷雾，水由安装在截割部的固定箱上的风水喷雾器喷出，形成水雾覆盖尘源，从而时粉尘湿润沉降。由于悬浮的煤尘含有极细的尘粒，加之在表面上覆盖了一层瓦斯或空气膜，很难使其受湿润而沉降下来，因此，采用风水喷雾，喷出的水雾粒径小，粒径的运动速度高，水雾的覆盖面积大，水雾密度大等优点。为确保喷雾系统更好的发挥降尘效果，在其风、水进路管中安设过滤器，确保喷雾流量及射程。安装风水喷雾器有效射程2-3m。

3.4采用合理的通风技术及最佳排尘风速

研究发现，煤层注水后煤体水分增加1%时，最优排尘风速要增加0.1-0.5m/s，7214工作面通过通风系统调整，排尘风速为2.0-3.0m/s。

3.5工作面系统

喷雾降尘在7214工作面转载点安设自动和手动喷雾两套装置进行降尘，自动喷雾原理是当输送机上无煤或少煤时，摆杆处于垂直或稍偏离垂直位置，此时开关处于闭合状态，不喷雾，运输机上有煤时，在转载处抛出撞击摆杆时开关处于断开状态，与供水管路连通，开始喷雾，并在运输机巷每个50m和工作面进风流和回风流中安设净化喷雾进行降尘，更好净化工作面系统风流中煤尘。

3.6供水管路净化装置综采工作面

综合防尘措施，需要可靠的供水系统，并保证防尘供水水质要求，防止喷雾系统出现堵塞现象，在工作面供水管路中安设过滤器净化供水系统，在日常管理中，要对过滤器每星期进行清洗更换过滤网。

3.7工作面回风流安设捕尘装置

工作面回风流安设移动式捕尘纱门，净化工作面回风系统的空气质量。安装纱门需要考虑工作面过车下料及行人的通过，可随工作面推进而移动，一般距工作面风巷超前支护约15-30m处设置，防尘效果较好。

4.效果分析

通过改变工作面浅孔动压注水参数、工作面运输巷、风巷双向深孔注水、供水管路安设过滤装置、外喷雾采用风水喷雾器、转载点安设自动喷雾装置、增设工作面系统净化喷雾、工作面风巷装置捕尘纱门等综合防尘措施，结果7214作面采用综合防尘措施前后，综采工作面割煤产生的粉尘大幅降低，收到效果良好。

【参考文献】

[1]李伟.等.淮北矿业集团优秀论文汇编[S].

[2]郑光相.矿尘防治技术[M].徐州：中国矿业大学出版社，2009.

综采工作面破碎顶板控制研究 篇7

综采工作面顶板的控制与支护, 事关矿井安全和高效生产。其技术难度很大, 主要分为坚硬顶板和破碎顶板控制, 特别是破碎顶板, 由于其整体性较差、稳定能力低、顶板岩层强度低、节理裂隙发育, 维护相对比较困难。在生产过程中, 最容易发生局部冒顶事故, 从而影响矿井安全生产。正因为局部冒顶范围比较小, 往往容易被忽视, 实际局部冒顶造成的伤亡很大。因此, 近年来各大煤矿企业加大破碎顶板控制的研究, 加强破碎顶板管理和防治, 效果显著。

1 破碎顶板冒顶机理分析

破碎顶板一般存在于地质构造相对复杂带, 如:断层、褶曲及节理裂隙地段, 这些地质构造使工作面顶板下沉, 随着采煤工作的进行节理裂隙发育将更严重, 导致岩块破碎顶板强度变低, 在高地压作用下顶板容易断裂, 造成工作面局部冒顶事故。

在煤层地质变动过程中, 岩层在拉、挤及剪切力的共同作用下形成断层, 使顶板完整性受到破坏, 断层面周边顶板裂隙发育而破碎, 使断层上、下盘间岩层失去粘结力, 而且很多断层面同时又是导水裂隙, 导水裂隙使断层面之间相互分离, 其构造和残余应力使顶板原岩的应力大小和应力场分布发生根本性变化。因此, 工作面在过断层时容易发生局部冒顶, 同时断层还会改变初次来压、初次放顶及周期来压步距, 导致顶板管理无规律性[1]。

在挤压力的作用下, 煤层和岩层会变薄, 同时顶板会形成很多节理裂隙, 使顶板破碎, 当采煤工作面通过顶板破碎带时, 就容易发生局部冒顶。煤岩中的节理裂隙使顶板形成相对独立的岩块, 这些独立的岩块很容易脱落, 使支架失稳甚至倒架, 进而发生大冒顶。当顶板存在含水层时, 煤层中的斜裂隙会增加顶板淋水, 降低直接顶岩石的强度, 引起工作面片帮和局部冒顶事故。

2 破碎顶板的控制

破碎顶板的控制重点就是防治局部冒顶事故, 其主要技术措施有以下几方面。

2.1 带压擦顶移架

一般情况下, 移架时需要先降架再移架, 若采用这种方法很难保持破碎顶板的完整性。因此, 在工作面推进过程中需要带压擦破碎顶移架。其操作顺序为:先启动推拉千斤顶, 然后逐渐卸载, 移架时顶板与梁之间要保持一定大小的支撑阻力, 确保顶板完整性, 可有效避免顶板松动而垮落, 起到控制顶板稳定的作用。

2.2 超前移架与支护

当采煤工作面通过破碎段时, 若出现局部地段片帮较深, 可超前采煤机割煤移架并及时对采空区进行支护。当采煤机通过超前移架的支架时, 要控制好采煤机防止其截齿破坏支架顶梁。

2.3 平行工作面煤壁挑梁护顶

在工作面掘进过程中, 若暴露的新顶板短时间内不会冒落, 但当支架卸载移架时顶板冒落的可能性很大, 此时, 可采取平行工作面挑梁护顶的措施进行防范, 如图1。其工艺流程为:先移顶板完整处的支架, 在支架前梁上方沿平行煤壁的方向放置1根~2根3m~4 m的木梁, 由其挑住附近不完整的破碎顶板, 然后再移破碎顶板处支架。若顶板破碎程度大, 可在挑梁护顶的同时采用铺金属网等措施。

图1中, a) 为先移一架, 放两根平行于煤壁木梁, 图1中, b) 为再移相邻支架。

2.4 垂直工作面煤壁架棚护顶

在工作面掘进过程中, 若顶板冒落严重、面积较大, 以上措施难以保持顶板稳定, 而且在顶板条件不适合将支架前梁降下而放置木梁时, 可选择在相邻支架间超前架垂直于煤壁的一梁二柱的棚子进行护顶, 同时, 在棚子下面架设1根~2根临时抬棚, 抬棚与工作面平行, 同时托住三架垂直于煤壁的棚梁。在移架过程中, 先用一架托住棚梁, 撤去影响移架的支柱, 在两种棚梁的掩护下, 相邻支架可顺利前移。

2.5 打撞楔防局部冒顶

当综采工作面通过破碎顶板时, 煤壁经常出现片帮, 片帮会导致煤壁与支架前端间的空顶区发生局部冒落。因此, 在掘进时, 需时刻观察破碎段顶板的情况, 一旦出现煤壁冒落情况, 可采取打撞楔的防治措施对顶板进行防护, 一般采用木撞楔, 长度一致前端削尖, 如图2所示。

其具体施工工艺为:a) 要在冒顶处架棚子, 棚子要平行于煤壁;b) 将木楔放棚梁上, 末端垫一木块, 将木楔打入冒顶处, 其目的是托住煤岩以防继续冒落。移架时用支架前梁托住棚梁, 然后再撤去棚腿。为便于移架, 棚梁长度不能太短, 一般在3.2 m以上, 保证有2个~3个支架托住。

1.棚子;2.撞楔;3.木块

2.6 固结顶板

在实际生产中, 当工作面通过顶板破碎段时, 为提高顶板岩层稳定性, 经常采用打孔注浆的方式来固结顶板, 此方法在实际生产中应用广泛, 其效果显著。固结材料不同, 固结的方法也不同, 常采用水泥、聚氨酯及尿醛树酯等作为固结材料, 固结方法有:a) 药包法。先在顶板处钻孔其数量视顶板条件而定, 然后用削尖的硬木杆将能发泡膨胀的合成树酯包送入孔内, 旋转木杆使药包内两种成分均匀混合, 最后封闭钻孔。发泡树酯可将木杆及煤岩中的裂隙与节理粘固;b) 压注法。分为就地压注和长距离注浆管输入, 可视情况选择, 注浆流量、压力及注浆泵的转速也要根据煤岩层的实际情况来确定。首先钻孔, 再将注浆管送入钻孔, 启动2台注浆泵分别注入多异氰酸酯和多元醇聚迷浆液, 通过输入管及三通接头注入液管混合器中混合, 然后经封孔器进入钻孔中;c) 喷涂法。其原理是借助风力将固结剂喷涂在破碎顶板上, 合固结剂进入顶板裂缝中, 从而起到固结顶板的效果。

2.7 锚固顶板

若破碎顶板层状结构较为明显, 可向顶板打锚杆对顶板锚固, 增强顶板稳定性。目前, 这种方法较为成熟, 在实际生产中经常采用。

3 结语

在综采工作面过破碎段时, 除了采用必要的控制措施外, 还应加强破碎顶板管理, 及时了解工作面地质构造及变化。加强职工培训教育, 使职工充分认识到局部冒顶的危害及加强工程质量的重要性, 预测可能冒顶的范围、性质, 并制定切实可行的、有针对性的措施。加强循环进度和作业工序管理, 从根本上杜绝局部冒顶事故的发生, 实现对破碎顶板有效控制, 实现安全高效高产[2]。

参考文献

[1]王万华.破碎顶板的管理及防治[J].能源技术与管理, 2005 (10) :29-30.

综采工作面控制系统 篇8

随着煤矿自动化水平的不断提高, 矿井对自动化采煤的要求也越来越高, 少人化甚至无人化的采煤工作面成为现代化大型煤矿的重点建设项目。煤炭高效、安全、自动化开采将成为趋势。但煤炭开采中存在如下问题:1煤炭需求量大、资源浪费严重、 死亡率高;2开采技术发展迅速, 总体水平落后[1]。近年来, 国内一些煤矿已经引进了成套自动化刨煤机开采薄煤层, 利用滚筒采煤机作为落煤、装煤工具的成套综采设备, 但尚没有完全自动化工作面的成熟案例[2]。并且实现少人/无人值守存在进口采煤机厂家协议不对外开放、只能监测、不能实现集中控制等问题。针对上述问题, 以某煤矿为例, 笔者提出了综采工作面自动化控制系统的设计方案。

1开采情况概述

某矿井的设计生产能力为4.0 Mt/a。矿井投产时布置了3个井筒, 分别为主井、副井及回风立井。矿井投产盘区构造简单, 煤层赋存稳定, 顶底板较好, 采煤法采用长壁综合机械化一次采全高大采高, 确定首采工作面长度为260m, 推进方向长度约为3 800m;煤层平均厚度为5.8m, 设计采用一次采全高综采, 采高为3.2~6.2m;本矿采用国产采煤机, 截深为865mm。

2综采工作面主要设备选型

综采工作面主要设备选型见表1。

3系统设计

综采工作面自动化控制系统组成如图1所示。

3.1工作面巷道监控中心

工作面巷道监控中心是整个工作面协调机制的大脑, 主要由主控计算机、本安显示器、操作台 (液压支架远程操作台、采煤机/三机操作台) 、交换机等设备组成。可实现液压支架远程控制, 采煤机远程控制, 工作面刮板输送机、转载机、破碎机、巷道输送机和工作面泵站等工况监测、自动化集中控制。

3.2采煤机监控系统

在工作面巷道监控中心配置1台本安型操作台, 可依据采煤机主机系统及工作面视频监视系统实现对采煤机的远程控制。采煤机提供CAN或RS485接口, 向综采自动化系统提供远程控制接口和协议。实现采煤机数据接收、传输, 通过与主机进行双向通信, 在巷道和地面监控中心对采煤机实现实时远程自动监测、监控, 包括对采煤机启停运行状态、运行方向、采高、速度、位置等的监测监控。并可实现记忆割煤 (在储存器截割中已经储存了人工截割的数据, 采煤机根据存储的数据进行自动割煤) [3]、采煤机跟机自动化 (电液控制系统通过红外线传感器检测到采煤机位置信息, 经主机处理, 自动发出使相应的支架控制器完成在采煤机前方自动收护帮板、在采煤机后方自动移架、推溜等命令) 等功能[4-5]。

3.3泵站控制系统

泵站控制系统由泵厂家自带, 主要由输入模块、 控制中心、输出控制模块组成, 泵站控制系统结构如图2所示[6]。井下监控中心采用以太网通信接口与泵站控制系统进行通信, 实现对泵站的单、多台泵的启停控制, 对泵站系统的数据采集等功能。

3.4液压支架控制系统

液压支架电液控制采用SAC型液压支架电液控制系统, 通过在立柱安装压力传感器, 在采煤机机载上安装红外线发射装置, 在液压支架的推移千斤顶内安装行程传感器, 以实现顶板压力监测、液压支架跟随采煤机自动操作和液压支架推进量程等功能。液压支架控制系统须具有双线CAN接口, 向综采自动化系统提供远程控制接口, 将支架的邻架及隔架手动操作、邻架自动动作、成组自动功能、跟机自动控制、闭锁及紧急停止功能、故障显示及报警功能、自动补压功能、带压移架等信息传至井下监控中心。

3.5三机及巷道输送机控制系统

选用KTC101作为三机及巷道输送机的控制器, 采用RS485通信接口和Modbus RTU通信协议进行通信, 在工作面巷道监控中心实现对三机的集中自动化控制。三机及巷道输送机控制系统结构如图3所示。

3.6视频监视系统

工作面视频监视系统包括矿用本质安全型摄像仪、矿用本质安全型显示器和矿用本质安全型操作台等。每6个支架配备2台矿用本质安全型摄像仪, 安装于支架的顶梁上, 一台拍摄方向与工作面平行, 另一台拍摄方向垂直于工作面。网络摄像仪的视频数据通过工业以太网网络传输到视频监视器显示;工作面巷道监控中心设置视频监视器, 进行视频显示。视频监视系统通过通信获取采煤机运行位置和方向, 实现在视频显示器上自动切换视频画面。

3.7网络传输

工作面以太网主要由本质安全型综采综合接入器、本质安全型光电转换器、本质安全型交换机、矿用隔爆兼本质安全型稳压电源、铠装连接器、矿用光缆等组成。每6个支架配备1台本质安全型综采综合接入器, 接入器与接入器之间通过铠装连接器连接。

4系统功能

(1) 实现在巷道监控中心对工作面设备的集中控制。

(2) 通过工业以太网在工作面实现数据的高速传输。

(3) 通过工作面视频监视系统对主要综采设备进行实时监控。

(4) 当综采工作面自动化控制系统出现故障时, 各子系统能单独开车, 确保生产不受影响。

5结语

综采工作面自动化控制系统正在进行地面系统联调, 计划再过1~2个月下井安装调试。系统建成后, 具有以下优点:

(1) 在工作面巷道监控中心, 通过网络传输视频信号, 实时传输工作面情况。

(2) 减少工作面人数, 实现工作面少人或无人化作业;提高采煤效率。

煤矿生产的无人值守是煤矿生产发展的趋势, 但受煤岩识别、工作面环境等条件限制, 还需更进一步的研究来实现。

摘要：针对目前矿井综采工作面自动化采煤存在效率不高的问题, 提出了综采工作面自动化控制系统的设计方案, 介绍了系统的组成和功能。该系统可集中控制工作面设备, 通过视频监视系统可对主要综采设备进行实时监控。

关键词：采煤机,综采工作面,自动控制,液压支架,视频监视

参考文献

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[4]王波, 邓文革, 关伟.自动化技术在综采工作面的应用[J].陕西煤炭, 2011 (3) :115-116.

[5]帅银周.自动化综采工作面的实现与应用[J].科技信息, 2010 (16) :335-336.

综采工作面控制系统 篇9

显德汪矿历年瓦斯鉴定均为低瓦斯矿井, 矿井绝对瓦斯涌出量最小为1.34m3/min, 最大为14.86m3/min;相对瓦斯涌出量最小0.85m3/t, 最大7.26m3/t, 随着开采深度的增加, 矿井绝对瓦斯涌出量总体显示不均衡逐年增大趋势。鉴定结果虽为低瓦斯矿井, 但是矿井存在瓦斯异常区, 尤其是2#煤层局部表现瓦斯异常。

1923采煤面位于九采区中部, 其北部为1921工作面采空区, 东至1923边眼, 西为小煤窑破坏区, 南为设计1925工作面。1923面走向长1270m～1320m, 倾向长135m。煤厚0.1m～3.2m, 平均1.8m, 煤层倾角3°～16°, 平均6°。工作面煤层呈黑色, 落煤成粉末状或碎快状。工作面处于栾卸向斜与显德汪向斜的复合部, 该地段发育一次级小背斜且断裂构造发育, 断层走向近南北向, 倾向近西, 断层延长度较短, 尖灭快, 发育密集。工作面煤层伪顶为砂质泥岩, 直接顶为粉砂岩, 老顶为中细粒砂岩, 直接底为砂质泥岩或粉砂岩, 老底粉细砂岩互层。

1923采煤面于2007年10月开始回采, 采用后退式U型通风方式, 工作面下行通风, 回采初期风量780m3/min, 回风流中瓦斯浓度 (0.6%～0.8) %。随着工作面推进, 瓦斯涌出量逐渐增大, 最大涌出量达10.12m3/min, 生产期间回风流中瓦斯浓度达0.8%～1.1%, 造成工作面断电频繁, 影响安全生产和稳产。

2 通风系统调整方案及效果

1923工作面原配备风量780m3/min, 为提高工作面风量做调整方案及实施效果如下。

2.1 九轨道系统风量调整

(1) 1921面支架撤完后, 原临时设施密闭的回风路线走风达400m3/min以上, 虽然后来通过对采空区进行永久性封闭, 共构建4道密闭墙, 1道调节墙, 减少漏风200m3/min, 但发现系密闭墙 (砖砂灰材料) 漏风高达200m3/min左右, 经过采用化学浆喷涂, 达到基本不漏风的效果。

(2) 1913沿空留巷使用消耗九轨道风量, 通过调整, 将1913沿空留巷改用2712泄水巷 (无人施工地点) 的回风, 制定专项安全措施, 从而减少从九轨道用风200m3/min以上;

(3) 九采回风巷贯通九轨道, 形成九采区两路进风, 大大增加进风断面, 减少了通风阻力。

2.2 外围通风系统风量调整

(1) 1195两巷贯通, 形成了正规的准备工作面通风系统, 因巷道断面大, 工作面走风达800m3/min, 通过在1195运煤巷构筑2道永久性调节风门, 准备面风量控制在300m3/min, 减少富裕风量500m3/min;

(2) 对二采东翼1215准备面, 使用风量达400m3/min以上, 通过构建2道通风设施, 减少用风200m3/min以上。

2.3 巷道断面调整减少通风阻力

通过积极查找确定回风路线中造成巷道通风阻力大、风速超标的区段, 分别对工作面进、回风路线中巷道断面过小的巷道进行扩巷减阻;对九采区运输下山、1923边眼、六采运输上山等风速超标区段进行了扩卧;对一采九煤运输上山风速超标区段进行了扩卧, 降低了矿井通风阻力。

2.4 系统风量及效果影响

通过以上工作, 使得1923工作面的有效风量由回采初期调风前的780m3/min增至调风后的1424m3/min, 创我矿建矿以来综采工作面配风最高纪录, 工作面回风瓦斯由平时的0.8%～1.1%, 减少到现在的0.5%～0.8%, 为工作面安全产煤创造了有利条件, 奠定了坚实的基础。

3 结语

(1) 增加综采工作面的有效风量途径。

对系统中各处进行风量控制, 采取必要措施, 改临时设施为永久设施, 永久设施通过采取措施减少漏风, 可以有效改变通风状况, 增加综采工作面的有效风量。

减少不必要的风量使用, 按照《规程》规定的范围, 采取合理的串联通风措施, 优化通风系统, 减少风量消耗。

增加通风断面, 由于巷道变形快, 断面小为主要通风阻力原因, 围绕工作面进风、回风巷道等回风路线地点进行扩卧, 通过增加断面, 可以有效地改变通风效果, 同时也避免风速超限。

(2) 增加工作面风量是降低回风流中的瓦斯浓度的有效途径。

(3) 对我矿遇到瓦斯异常区时怎么合理优化通风系统提供了宝贵的经验, 消除瓦斯超限的隐患, 增加了生产的安全度。

综采工作面信息化系统的应用 篇10

通过本系统的实施, 实现对综采设备的实时在线监测, 及时发现故障隐患, 提高设备正常率和开机率, 将综采面相关信息及时传输至地面, 实现生产管理的网络信息化。

一、系统与结构

1. 系统介绍

综采工作面信息系统是一个将综采工作面的采煤机、支架电液控制系统、工作面三机通信控制系统、泵站控制系统、顺槽胶带机通信控制系统及供电系统有机结合起来, 实现在顺槽主控计算机和地面调度指挥中心对综采工作面设备的远程监控以及各种数据的实时显示等, 为井下工作现场和地面生产、管理人员提供实时的井下工作面生产及安全信息, 是实现工作面高产、高效、安全的现代化信息系统。

通过本系统的实施, 实现了对工作面设备运行状态信息、设备运行工况信息的连续在线实时监测。

2. 结构

包括单个工作面系统集成及数据上传网络体系和多个工作面系统集成及数据上传网络体系。

(1) 单个工作面系统集成及数据上传网络体系

工作面系统集成及数据上传系统由三部分构成, 如图1所示。

(1) 顺槽层

这部分为主要部分, 由两台MARCO公司的PM31/ZE/A型井下防爆计算机 (一台为工作面电液控主机, 另一台为工作面系统集成主机 (可选) ) 、一台本安型环网交换机 (配上一台电源箱) 、一台隔爆型UPS电源组成。主要功能如下。

a.由工作面电液控主机来负责, 完成对工作面液压支架的信息采集、显示、存储, 并具有故障诊断能力。

b.由工作面系统集成主机来负责, 完成其他工作面设备 (采煤机、刮板运输机、负荷开关、泵站) 数据的采集、显示、储存和监测。

c.实现远程控制工作面液压支架动作和启停及跟机控制功能。

d.通过主工作站可修改控制器程序和参数, 并能上传、下载数据。

e.能够诊断支架控制系统故障, 并显示和报警。

f.井下主控制计算机具备与地面计算机联网通信的功能, 将井下工作面各设备的运行数据传到井上。

(2) 传输层

这部分主要由矿用光缆、交换机等组成, 主要功能如下。

a.平滑接入矿井环网, 实现工作面与地面的无缝连接。

b.为工作面液压支架的信息和其他工作面设备 (采煤机、刮板运输机、负荷开关、泵站) 数据的上传提供了桥梁。

(3) 地面调度层

在调度室设置两台服务器 (一台为地面电液控主机, 另一台为地面系统集成主机) 、一台打印机等。

地面电液控主机运行于linux操作系统, 安装xalz电液控制系统软件, 其具以下功能:实现工作面液压支架的信息的显示、存储, 并具有故障诊断能力;实现在地面调度室对液压支架数据的分析, 得出整个工作面随时间或工作面推进度变化的压力分布情况等多种信息;实现在地面调度室修改控制器程序和参数, 并能上传、下载数据;实现在矿局域网内对液压支架系统的IE浏览访问;提供OPC接口, 向第三方提供数据。

地面系统集成主机运行于Windows XP操作系统, 安装vistm系统集成软件, vistm集成软件是在国内知名的组态软件“组态王”环境下开发的, 具有很强的工程性。实现其他工作面设备 (采煤机、刮板运输机、负荷开关、泵站) 在地面调度室的显示、储存和监测;实现在矿局域网内用IE浏览对其他工作面设备的数据访问;提供OPC接口, 向第三方提供数据。

通过网络发布, 实现非现场检测工作面生产情况, 在矿长办公室、生产副矿长办公室、总工办公室、技术科办公室、综采队办公室等与监测信息相关的管理部门, 利用已在矿局域网上的计算机, 不需要安装特别的客户端监测程序, 就可以对工作面的信息进行实时监测和历史数据查询、分析等, 为生产管理者提供真实、翔实、实时的监测数据, 便于对工作面生产的管理。

(2) 多个工作面系统集成及数据上传网络体系

集团公司多个工作面系统集成及数据上传系统由三部分构成。

(1) 工作面

每个工作面系统构成与单个工作面顺槽层系统构成基本相同。

工作原理:由工作面电液控主机采用BB22444协议、tty20mA电流环接口, 对工作面液压支架信息进行采集、显示、存储;实现远程控制工作面液压支架动作和启停及跟机控制功能;可修改控制器程序和参数, 并能上传、下载数据;能够诊断支架控制系统故障, 并显示和报警;采用TCP/IP协议 (PPP) , 通过光纤环网交换机实现与地面电液控主机的通信, 将工作面液压支架数据进行上传。

由光纤环网交换机 (工作面系统集成主机) 采用多种协议与接口 (BB22444协议/tty20mA电流环接口、Modbus协议/RS485接口、Profibus协议、CANbus总线协议等) , 对工作面其他工作面设备数据的采集、显示、储存和监测;采用TCP/IP协议 (PPP) , 通过光纤环网交换机实现与地面系统集成主机的通信, 将数据进行上传。

(2) 矿调度指挥中心层

系统构成及工作原理与单个工作面地面调度层的基本一致。

(3) 公司中央调度指挥中心

在公司中央调度指挥中心设置xmda和webserver服务器。

工作原理:公司xmda和webserver服务器通过公司内部网络实现对各个矿井各个工作面液压支架信息和其他工作面设备信息的汇集, 可以在公司内部任何一台计算机显现非现场监测工作面生产情况, 不需要安装特别的客户端监视程序, 采用IE浏览器就可以对工作面的信息进行实时监视, 为生产管理者提供真实、翔实、实时的监测数据, 便于对整个公司矿井工作面生产的管理;利用xmda软件实现对液压支架数据的分析, 得出整个工作面随时间或工作面推进度变化的压力分布情况等多种信息。

二、实现功能与效果

1. 功能

第一, 实现液压支架和其他工作面设备数据在井下中央主控计算机上显示、储存和监测。

第二, 实现井下主控制计算机与地面计算机联网通信, 将液压支架和其他工作面设备的数据传到井上, 可实现地面监控功能;并可通过相应设备把工作面信息向地面调度室传输, 在地面计算机上显示;并可进行反向数据传输, 对设备进行控制。

第三, 实现在地面调度室对液压支架数据的分析, 得出整个工作面随时间或工作面推进度变化的压力分布情况等多种信息。

第四, 实现在集团公司中央指挥中心对工作面的实时在线监测和数据分析。

2. 效果

第一, 实现工作面的生产过程自动化以减轻劳动强度、提高生产效率;

第二, 实现对主要生产设备工况的实时在线监测, 及时发现故障隐患以便采取措施避免设备损坏, 提高设备正常率和开机率;

第三, 将工作面的相关信息及时传输到地面, 并通过计算机网络实现共享, 实现生产管理的信息化。

3. 实践和改进

(1) 矿压实时监测技术

在信息系统建设的时候, 便把工作面矿压实时监测系统纳入了信息传送的范围, 对13160工作面进行矿压实时监测。根据所测支架立柱初撑力、工作阻力和末阻力等参数分析工作面顶板压力大小、支架增阻情况, 测出初次来压和周期来压步距, 验证所选支架工作阻力的合理性。通过矿压监测掌握工作面矿压显现及规律变化, 确保工作面安全生产。

(2) 乳化液浓度自动配比监测技术

通过乳化液浓度传感器等手段实现了对乳化液浓度的在线监测, 既给工作面提供了高质量的乳化液, 也能有效保证液压系统的可靠运行。

(3) 乳化液用水净化技术

综采工作面过断层技术与实践 篇11

关键词：综采工作面 断层 顶板管理

1 概述

神华宁夏煤业集团清水营煤矿110204工作面走向长2463m、倾斜长180m，煤层倾角23°。所采煤层为二煤，厚度3.8～5.4m，平均4.3m，煤层普式硬度为1.6～1.9。二煤直接顶为粉砂岩，厚2.32m，普式硬度为1.0～3.0；直接底为细砂岩～粉砂岩，普式硬度为1.0～3.0。工作面采用沿底、留顶煤开采，采高3.8m，在回采过程中顶板出现淋水、漏顶等现象。F13正断层、f6正断层、f7逆断层位于工作面中部，其中F13正断层在回风巷全岩断面长度达44m，揭露断层落差为11m，影响长度66m；机巷揭露断层落差1.9m，影响长度为10m。

断层产状描述如下：

2 工作面过断层方案

2.1 提前对风、机两巷断层影响区域巷道顶板进行加强支护 其中在风巷F13断层巷道超高段架设拖钩棚子，对此处顶板进行绞顶处理；对机巷顶板沿走向打设两排锚索梁加强支护。

2.2 铺设金属网管理工作面顶板 工作面上口距F13断层面20m时从风巷上帮至109#架全断面挂双层金属网，直至通过F13断层为止，如该段断层全岩断面向下发育则铺网根据断层向下延伸。工作面机巷至7#架始终全段面铺设双层金属网。铺网要符合标准，确保扣扣相连。

2.3 工作面化学注浆管理顶板 为了确保在过断层过程中有效的控制顶板，根据现场情况，采取对风、机巷顶板提前注射化学浆的方法加固顶板。

3 施工工艺

3.1 采前注浆加固工艺

3.1.1 提前对风、机两巷断层实际揭露位置前后各30m巷道顶板注射化学浆。在风巷下帮沿巷道走向布置一排布置注浆孔，孔深5m、间距2m，水平夹角45°；在机巷布置两排注浆孔，孔深2.5m、间排距2m×2m。

3.1.2 工作面揭露断层面时，根据顶板实际情况，沿煤岩交接面附近以45-60°角向煤壁注射化学浆加固顶板（孔深5m），直至通过F13断层，结束注浆。

3.1.3 工作面过断层推进期间，如遇到顶板漏矸，则根据现场实际情况在漏矸点架间补注化学浆。

3.2 工作面回采工艺

3.2.1 使用设备。工作面采用MG650/1660-WD型双滚筒采煤机落煤，采煤机螺旋滚筒配合SGZ1000/2×700型中双链可弯曲刮板输送机铲煤装煤，刮板输送机配合SZZ1200/525型中双链转载机搭接DSJ120/200/3×400型可伸缩式带式输送机联合运输，工作面采用ZY7800/

19/40型两柱掩护式液压支架支护顶板。

3.2.2 工艺流程。交接班→检查→开机→采煤机下行割煤→移架→割通下端煤壁→采煤机反向上行空刀清理浮煤→推移刮板输送机→采煤机上部斜切进刀→割透上端煤壁→（下一循环开始）。

3.2.3 采煤方法。采用走向长壁综合机械化采煤法进行开采，采煤机进刀采用割三角煤斜切进刀，采用单向割煤。

4 顶板的控制技术

4.1 控制工作面采高

工作面断层影响区域上、下各20m范围降低采高，将采高严格控制在3.2-3.4m，工作面其他区域采高保持3.8m不变。

4.2 合理控制工作面的伪斜

为了确保过断层期间工作面与断层的交面尽可能小，避免一次性揭露断层面长度和面积过大，且必须有利于控制工作面支架及刮板输送机的上窜下滑，将机巷超前风巷距离控制在25m。

4.3 选择合理的移架方法

4.3.1 为了有效防止顶板漏矸，采用追机移架的方法管理顶板。工作面推进过程中，采煤机割煤后支架追机打出伸缩梁、护帮板，移架必须采用带压擦顶移架和够一架移一架的方式。

4.3.2 当工作面出现片帮、漏顶时，工作面移架时应减少支架的降架高度，采取超前移架的方法控制顶板。

4.4 缩小端面距，防止顶板冒顶

工作面回采过程中，应尽可能的缩小端面距，有效防止顶板冒落，始终保持支架处于最小控顶距范围内。

4.5 铺设金属网管理顶板

工作面通过断层影响区域时铺设双层金属网，可以防止架间漏矸，改善顶梁与顶板的接触状态。

5 结语

通过110204综采工作面的生产实践，杜绝了以往工作面过断层期间发生漏顶、冒顶事故，既保证了安全生产，又加快了回采进度，具有明显的经济效益。

参考文献：

[1]阎海鹏，黄江宁，刘毅，等.采煤工艺[M].徐州：中国矿业大学出版社，2009：96-125.

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[3]郭守全，彭永伟.综采工作面过断层技术综述[J].煤矿开采，2008，13（4）：30-31.

综采工作面冒顶和片帮的控制研究 篇12

围岩状态较差的综采工作面存在的普遍问题是顶板冒漏和煤壁片帮现象严重, 这不仅会大幅度降低工作面采煤的工作效率, 冒漏的岩体和煤体也会造成煤机、刮板输送机、支架等设备损坏, 甚至还会造成人员伤亡, 因此控制顶板冒漏和煤壁片帮一直是综采工作面的重点工作[1,2,3], 并且工作面的端头由于应力集中的原因更容易产生冒落, 所以需要特别的支护[4]。3302综采工作面因其顶板围岩较破碎, 煤体较软, 在回采期间频繁出现顶板大面积冒漏和煤壁连续性片帮现象, 这直接造成该工作面生产被动, 工人劳动强度加大, 工作面产能受到影响。因此, 有必要对3302综采工作面的顶板控制和煤壁片帮控制进行研究, 以期改善该工作面的开采条件, 提高矿井综合效益。

1 工作面概况

3304工作面所采煤层为山西组3#煤层, 该煤层的特点是煤质松软、顶板破碎, 该工作面设计走向长度和倾向长度分别为830 m和120 m, 平均采高为3.6 m, 平均倾角为7.5°, 整体属于稳定可采厚煤层工作面。3302工作面上方存在0.2 m~0.35 m的深灰色, 层理发育的碳质泥岩;直接顶为厚2.5 m深灰色, 节理发育呈层状的泥岩;基本顶为均厚3.5 m的灰白色, 下部偏粗的细砂岩~中粒砂岩;直接底为均厚1.35 m的灰黑色, 质地软弱的泥岩, 基本底为均厚1.8 m黑色, 质地较硬的粉砂岩。该工作面配备的主要综采设备有采煤机、刮板输送机、破碎机、转载机、液压支架等, 其中液压支架型号为ZY4000-17/37, 其额定工作阻力和初撑力分别为40 000 kN和32 000kN。3302工作面采取的回采工艺为截割落煤—拉架—推溜—清扫采面浮煤。采煤机割煤方式为双向割煤、斜切进刀, 方向回采三角煤, 然后顺序割煤。回采过程中存在的主要问题是顶板冒漏、煤壁片帮较严重。

2 工作面顶板破碎和煤壁片帮分析

该工作面为该矿第二回采工作面, 出现的问题如同首采面相似, 即煤壁片帮严重、顶板冒落现象较多。据统计, 自该工作面正式回采以来, 煤炭实际月产量与计划产量相差甚多, 采煤机在上行割煤和下行割煤过程中, 一直存在工作面煤壁大量片帮现象, 同时顶板不间断冒落的矸石直接阻碍煤机的运行和行人的安全, 基本每隔几天就会出现顶板大范围冒漏, 直接导致刮板输送机压死, 采煤机不能运行, 这样不得不花费大量的人力去清理矸石, 同时频繁启动刮板输送机也造成其1个月电机烧损2台的记录。这样若不采取有效措施, 必然会导致矿井产能的不足, 同时也会极大地威胁综采设备和采面工作人员的人身安全。

根据长时间的现场观测和实践分析认为, 造成3302综采工作面煤壁片帮和顶板冒落的本质原因是采动过程中顶板压力过大导致。直接原因主要有2个, 即工作面围岩松软、破碎和液压支架支撑力较低。由现场可知, 工作面顶板为碳质泥岩-泥岩-中粒砂岩~细粒砂岩, 其中泥岩和碳质泥岩硬度较低, 且裂隙发育, 多呈破碎状, 中粒砂岩~细粒砂岩节理裂隙发育, 部分呈块状, 在回采过程中, 随着煤炭的采出, 采场上方顶板岩层发生移动, 造成工作面上覆岩层进一步断裂和破碎, 此时工作面质地软弱、破碎的伪顶和直接顶会发生冒落。同时, 工作面煤壁受到顶板压力的作用, 煤体发生压疏、破裂和破落, 从而发生片帮, 由于煤层软弱, 故煤壁在受到顶板压力作用下, 会发生不连续性、大范围片帮现象。液压支架承载力过低也是造成工作面煤壁片帮和冒顶的主要原因, 据现场统计发现, 在冒顶严重的地区, 有64%存在液压支架立柱自动泄压的情况, 煤壁片帮严重处, 有约45%存在液压支架承载力不足的情况, 所以提高工作面液压支架的工作阻力是预防煤壁片帮和顶板冒漏的重要手段和预防方法。

理论上认为, 液压支架初撑力过低也会引起煤壁片帮和顶板冒漏。根据现场统计数字可知, 整个工作面液压支架平均初撑力为1 760 kN, 远远低于额定初撑力30 000 kN, 液压支架初撑力过低导致支架处于“等压”状态, 即等待上覆岩层压落在液压支架上方。液压支架初撑力过低, 便会导致上覆岩层压力在未传至液压支架上方时即传递至支撑煤壁上方, 导致煤壁处于顶板压力高峰区范围内, 其直接结果便是导致破碎地带顶板出现冒落、煤壁出现大范围片帮现象。

3 控制方法及措施

通过对3302综采工作面顶板冒落、煤壁片帮现象原因分析可知, 造成这种现象的主要原因不仅有围岩物理岩性的本质因素, 也有工作面采场支护问题引起。因此, 在改善工作面状况, 提高煤壁完整性和顶板整体性可采取有针对性的措施。该工作面围岩强度较低, 顶板较发育, 这是客观存在的问题, 故难以采用人工手段来改变其特性, 一般对于破碎较严重的地带可采用化学注浆来加固顶板, 同时对于大范围顶板破碎地带可采用顶板铺设金属网来控制顶板。铺设金属网的好处主要有最大程度地促使顶板形成一个整体, 达到改善顶板的作用;降低液压支架间矸石的冒漏, 改善液压支架与顶板的接触情况;可以提高工作面支护强度和上覆岩层的刚度。同时, 要严格按照操作规程来操作液压支架, 确保液压支架有足够的支护阻力和初撑力, 这样可以很大程度地降低工作面煤壁来自上方顶板的矿山压力。采用带压擦顶的移架方式也可以有效地预防顶板破碎, 在移动液压支架时, 应该先开启推拉千斤顶, 然后逐渐开始卸载, 使液压支架的顶梁对顶板有持续的支撑力, 这样可以降低顶板岩层的松动程度, 可以有效地对工作面顶板进行支护。3302综采工作面采取上述措施进行顶板管理和控制, 有效地解决了大范围顶板冒漏和煤壁片帮现象, 在生产过程中再未出现因顶板冒漏和煤壁片帮造成的死溜现象, 各种设备也不再因顶板和煤壁问题频繁启动, 大幅度地调高了工人工效, 生产作业达到了良好的循环状态。

此外, 应做好煤炭开采的准备工作, 检修班应在检修期间仔细检查管路是否存在跑、冒、滴、漏现象, 若存在该问题时及时更换密封或者高压软管。保证工作面液压支架具有足够的压力, 建立泵站包机责任制, 强化泵站管理工作, 确保采面各管路供压的稳定性。

4 结语

结合3302综采工作面的开采实际, 分析认为该松软围岩工作面存在煤壁片帮和顶板冒漏的主要是由该工作面物理围岩状态较差和采场支护不佳导致。根据3302综采工作面的实际开采情况, 可采用顶板破碎地带化学注浆、铺设金属网来改善顶板状态, 同时要保证液压支架要有足够的工作阻力和初撑力, 这样才能给予顶板主动的支护力, 使上覆岩层压力加载到支架上方, 相对降低煤壁受力, 可以有效地预防煤壁片帮现象发生。

参考文献

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