深部矿井综放开采工艺研究(翻译)

深部开采分析与研究首先，深部开采可以定义为对超过地表三百米的地下资源进行开采利用的工程技术。

它主要包括石油、天然气、煤炭、金属矿产等的开采。

目前，深部开采已成为许多国家追求能源独立、经济发展的一种重要手段。

尤其是在发达国家，深部开采已经取得了突破性的进展，成为国民经济的支柱产业。

然而，由于深部开采存在着一系列的技术挑战和环境问题，其影响也越来越大，因此深入研究深部开采是十分必要的。

接着，深部开采面临的挑战是多方面的。

首先是技术挑战，深部开采的技术要求高，投入大，风险高。

例如，由于地下温度和压力的不断增加，开采过程中很容易发生事故，给工人的生命安全带来威胁。

同时，深部开采还面临着能源消耗大、环境污染等问题。

另外，深部开采还存在一些地质难题，如地下水的处理、地下应力的影响等，这些都给深部开采带来了很大的困难。

针对深部开采所面临的技术挑战和环境问题，研究人员提出了一系列的解决方案。

首先，可以通过研发新的材料和技术来提高深部开采的效率和安全性。

例如，可以开发新型抗压材料来使地下设备更加耐久；可以采用无人机和机器人技术来进行高效的勘探和开采；可以开发新型地下水处理技术来解决地下水污染问题。

另外，还可以通过加强国际合作，共同研究解决深部开采问题。

各国可以分享自己的经验和技术，互相学习，共同进步。

总之，深部开采是一项复杂而重要的工程技术，它对于国家的发展和经济增长具有重要意义。

然而，深部开采也面临着许多技术挑战和环境问题，需要我们进行深入研究和解决。

只有在技术创新和国际合作的基础上，才能实现深部开采的可持续发展，为人类的繁荣和进步做出贡献。

综采放顶煤工艺随着我国经济的持续高速发展，煤炭作为我国最主要的能源，需求量也不断增加。

在内蒙中西部，有很多年产千万吨的矿井。

由于蒙中西煤田煤层厚度大、赋存稳定，地质条件比较好，因此综合机械化放顶煤开采工艺被这里的大型煤矿广泛应用，并因此获得了巨大的经济效益和社会效益。

综合机械化放顶煤开采工艺是一种能够实现高产、高效的开采工艺，在我国经过多年的发展和完善，开采工艺已经十分成熟。

在多个大型矿井的应用实践证明，开采煤层厚度在6～13米的情况下,一个综合机械化放顶煤工作面年产500~600万吨以上完全能够实现。

一、综合机械化放顶煤开采（以下简称综放）的适用条件：煤层厚度在5～6米以上，倾角不大，赋存稳定，工作面走向长度较长，切眼长度一般在150～250米，最长达300米以上.煤质相对较软或者裂隙发育，在底层回采后上部煤层和顶板容易垮落。

二、综放工作面示意图。

上巷(又叫回风顺槽）主要用来回风和运输物料、行人；切巷(又叫切眼、工作面）安装综采放顶煤支架和前、后溜子以及采煤机，下端头向外安装装载机（含破碎机），下巷（又叫运输顺槽）安装皮带运输机。

前溜把采煤机割下的煤运输到下巷铺设的转载机上（前溜同时也是采煤机的运行轨道），后溜把支架后部放出的煤也运输到转载机上，由转载机转到胶带运输机。

下巷铺设的胶带输送机把转载机转过来的煤运输到下巷外口的溜煤眼,由大巷胶带输送机运走。

溜子、转载机、皮带的连接方式为搭接。

给工作面设备供电的移动变电站、开关车、电缆车和为支架供液的液压泵站也放置在下巷靠近下端头附近，并随工作面的不断推进而向外移动.在下巷较宽时，下巷一般采用机轨合一，就是在胶带输送机和下巷上帮之间铺设一条轨道，用来放置移动变电站、开关车、电缆车和液压泵站(都放在板车上）,便于外移(也有可能使用临时轨道,又叫梯子道)。

而且轨道也可以用来运送部分物料。

三、综放工作面的主要设备：双滚筒采煤机、放顶煤液压支架（基本架、过渡架、排头架、端头架）、刮板输送机（两部）、转载机（破碎机）、胶带输送机以及与之相配套的液压泵站、移动变压器、开关等(各设备在工作面的布置工作面见下图)。

采矿工程M ining engineering 金属矿深部开采现状与发展探讨徐冬东（江西省地质矿产勘查开发局九一六大队，江西　九江　３３２１００）摘 要：由于我国金属矿产位置较深，其开采模式主要为深部开采，在开采技术上，需确保深部开采技术水平得到提高，同时加大地下深部开采的支护技术与掘进技术创新，从而为我国金属矿产开采行业的可持续发展提供保障。

因此，本文主要对金属矿深部开采现状与发展进行研究分析，并在现有技术上结合其发展趋势进行说明，为以后类似的事件提供参考价值。

关键词：金属矿；深部开采；现状与发展；研究中图分类号：ＴＤ８５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２０）２２－００５１－２Discussion on present situation and development of deep mining in metal minesXU Dong-dong（９１６　ｂｒｉｇａｄｅ，　Ｊｉａｎｇｘｉ　Ｂｕｒｅａｕ　ｏｆ　Ｇｅｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｍｉｎｅｒａｌ　ｒｅｓｏｕｒｃｅｓ　ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ，　Ｊｉｕｊｉａｎｇ　３３２１００，　Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｄｕｅ　ｔｏ　ｔｈｅ　ｄｅｅｐ　ｌｏｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｍｅｔａｌ　ｍｉｎｅｒａｌｓ　ｉｎ　Ｃｈｉｎａ，　ｔｈｅ　ｍｉｎｉｎｇ　ｍｏｄｅ　ｉｓ　ｍａｉｎｌｙ　ｄｅｅｐ　ｍｉｎｉｎｇ．　Ｉｎ　ｔｅｒｍｓ　ｏｆ　ｍｉｎｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　ｉｔ　ｉｓ　ｎｅｃｅｓｓａｒｙ　ｔｏ　ｅｎｓｕｒｅ　ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　ｌｅｖｅｌ　ｏｆ　ｄｅｅｐ　ｍｉｎｉｎｇ　ｉｓ　ｉｍｐｒｏｖｅｄ，　ａｎｄ　ａｔ　ｔｈｅ　ｓａｍｅ　ｔｉｍｅ，　ｔｈｅ　ｓｕｐｐｏｒｔ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ａｎｄ　ｔｕｎｎｅｌｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ｉｎｎｏｖａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄ　ｄｅｅｐ　ｍｉｎｉｎｇ　ｓｈｏｕｌｄ　ｂｅ　ｉｎｃｒｅａｓｅｄ，　ｓｏ　ａｓ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｇｕａｒａｎｔｅｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｓｕｓｔａｉｎａｂｌｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　Ｃｈｉｎａ＇ｓ　ｍｅｔａｌ　ｍｉｎｉｎｇ　ｉｎｄｕｓｔｒｙ．　Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ，　ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｍａｉｎｌｙ　ｓｔｕｄｉｅｓ　ａｎｄ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｃｕｒｒｅｎｔ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ｄｅｅｐ　ｍｉｎｉｎｇ　ｏｆ　ｍｅｔａｌ　ｍｉｎｅｓ，　ａｎｄ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｔｒｅｎｄ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｉｓｔｉｎｇ　ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，　ｓｏ　ａｓ　ｔｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｖａｌｕｅ　ｆｏｒ　ｓｉｍｉｌａｒ　ｅｖｅｎｔｓ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｆｕｔｕｒｅ．Keywords: ｍｅｔａｌ　ｍｉｎｅ；　ｄｅｅｐ　ｍｉｎｉｎｇ；　ｐｒｅｓｅｎｔ　ｓｉｔｕａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ；　ｒｅｓｅａｒｃｈ在我国金属矿产的地质勘查中，我国大部分的金属狂潮位于地下较深处，其开采模式主要 为地下深部开采。

外文翻译Coal Mining T echnology煤炭开采技术院校: 资源学院专业: 土木工程（矿建）班级: 2009级07班学生姓名: 学号: 时间: 2013年5月指导老师:煤炭开采技术摘要：在当今科技经济发展的新形势下，煤炭开采技术的研究必须面向国内国外两个市场、面向经济建设主战场，立足于煤炭开采技术的前沿，立足于中国煤炭发展战略所必要的技术储备，立足于煤炭工业中长期发展战略所必须的关键技术的攻关，立足于煤炭工业工程实际问题的解决，重点从事中长期研究开发和技术储备，跟踪产业科技前沿，开发有自主知识产权的以煤矿开采技术及配套装备为主导的核心技术，占领技术制高点。

关键词：采煤方法，围岩控制，巷道布置1、采煤方法和工艺采煤方法和工艺的进步和完善始终是采矿学科发展的主题。

采煤工艺的发展将带动煤炭开采各环节的变革，现代采煤工艺的发展方向是高产、高效、高安全性和高可靠性，基本途径是使采煤技术与现代高新技术相结合，研究开发强力、高效、安全、可靠、耐用、智能化的采煤设备和生产监控系统，改进和完善采煤工艺。

在发展现代采煤工艺的同时，继续发展多层次、多样化的采煤工艺，建立具有中国特色的采煤工艺理论。

我国长壁采煤方法已趋成熟，放顶煤采煤的应用在不断扩展，应用水平和理论研究的深度和广度都在不断提高，急倾斜、不稳定、地质构造复杂等难采煤层采煤方法和工艺的研究有很大空间，主要方向是改善作业条件，提高单产和机械化水平。

开发煤矿高效集约化生产技术、建设生产高度集中、高可靠性的高产高效矿井开采技术。

以提高工作面单产和生产集中化为核心，以提高效率和经济效益为目标，研究开发各种条件下的高效能、高可靠性的采煤装备和工艺，简单、高效、可靠的生产系统和开采布置，生产过程监控与科学管理等相互配套的成套开采技术，发展各种矿井煤层条件下的采煤机械化，进一步改进工艺和装备，提高应用水平和扩大应用范围，提高采煤（1）开发“浅埋深、硬顶板、硬煤层高产高效现代开采成套技术”，主要解决以下技术难题。

翻译部分Research on support bearing and top coal stability of fully mechanized caving face in deep mineABSTRACT: On the basis of geological and production conditions of 34223 fullymechanized caving face in Quantaicoal mine, the distribution of displacement field of topcoal deformation is analyzed by means of UDEC3.0 numerical calculating method, which indicates that the top coal deformation shows a characteristic offront-to-back dynamicunstable areas. And the impact of support rigidity and rotation angle of main roof onsupport bearing and on top coal deformation is investigated. Last, the feasibility of light-duty support used in fully mechanized caving face is also analyzed. introductionAlong with the wide application of top coal caving technology in fullymechanized mining face, the powered support for the top coal caving shows a varietyof development. And compared with the high-resistance powered support for top coal caving, the light-duty support for top coal caving is in common use due to suchadvantages as the lower working resistance, lower cost, light weight, and theconvenient operation. With the increase of mining depth, the face condition of “isolated island” formed by the mining sequence and the high stress ca used by deep mining results in a superimposition of rock stress in working face, which has a greatimpact on the rock and coal control and on the safetyin production. Under this condition, whether the light-duty support for top coal caving can be used successfully or not to realize a safe mining of a thick coal seam has become a hot topic. In this paper, on the basis of geological and production conditions of fully mechanized caving face with deep high stress in Quantai colliery, UDEC3.0 numerical calculating method is used to analyze and discuss the relations of the main roof movement and top coal deformation with the support bearing in order to provide some references for rational lectotype of the powered support in fully mechanized caving face in deep mining of thick coal seam.SIMULATED GEOLOGICAL AND PRODUCTIVE CONDITIONS No.3 coal seam is now exploited by 34223 working face of Quantai mine, the thickness of coal seam is 4.5 m, the dip angle is 2 ~ 14°, averaged by 7°. Its Protodyakonov coefficient f is 1.0, being soft in hardness and simple in structure, with a buried depth of 800 m. The inclined length of the working face is 140 m and the strike length is 708 m. Since the upper and low adjacent coal seams of this working face have already been mined out, during the face mining, the working face will become an “isolated island” form, being pendent in three sides. The immediate roof consists of sandy mudstone with a thickness of 3.4 m, and the main roof consists of sandstone with a thickness of 4.6 m. The immediate floor is composed of sandy mudstone with a thickness of 1.7 m. The geological structure of the working face is quite simple. And ZFZ2600-16/24 powered support for lower top coal caving is used as the face support. The setting load of the support is 1950 kN, with a workingresistance of 2600 kN and a supporting strength of 0.45 MPa. ESTABLISHMENT OF NUMERICAL CALCULATING MODEL The stability of top coal is influenced by both the support rigidity and the movement of main roof, but it can impact on the support bearing as well. In order to analyze the impact of the support rigidity and main roof movement on the stability of top coal and the impact of the stability of top coal on the working resistance of support, the numerical calculation model is established according to the geological condition of 34223 working face (Fig. 1). The model is 150min length and 30min height, with asimulating mining depth of800m. The gravity stress of the upper strata is exerted on the upper boundary of the model.The immediate roof and the top coal in the range of the roof-controlled area of the working face are considered as an emphasis to be studied.. In the calculation model, the excavation of the coal seam starts from the left boundary to make the rotation of main roof form a certain rotation angle. But the rotation angle of the main roof is relevant to the backfilling degree of the goaf, and in the simulation, the rotation angles of the main roof are determined to be 4.98°, 5.81°, and 8.16°, respectively. The simulated support is replaced by the rod element with certain rigidities, such as 40 kN/mm, 85 kN/mm, and 120 kN/mm, respectively. The mechanical parameters of various strata in the calculating model are listed in Table 1 and Table 2.Table 1 Simulating mechanical parameters of strataTable 2 Mechanical parameters of joint surface in simulating strataANALYSIS AND NUMERICALCALCULATING RESULTDeformation characteristic of top coalIf the support rigidity is 80 kN/mm and the rotation angle of the main roof is 5.81°,the displacement vector distribution of the top coal is shown in Figure 2. From Figure 2, it can be seen that the deformation of the top coal has mainly two areas. The first is the deformation nearby the goaf-side which causes the support to move toward the goaf direction, resulting in the transverse instability of support. And the softer the top coal is, the larger this area will be. The second is the deformation at the end face nearby the rib, which results in a serious deformation of the top coal at the end face and an enlargement of fall area.Therefore, according to the deformationImpact of rotation of main roof on top coal stabilityThe rotation of the main roof is an important factor influencing on the rock deformation, and its rotation angle is relevant to the backfilling degree of the rock fall in the goaf.It can be seen that the vertical and horizontal displacements of the top coal increase with the increase of the rotation angle. But if the rotation angle of main roof is small, the displacement is not obvious. The obvious impact of main roof rotation on the top coal deformation is shown in the vertical displacement of upper top coal and the horizontal displacement of lower top coalImpact of support rigidity on stability of top coalThe support rigidity is an important parameter to reflect the supporting performance of the support. Usually, to increase the support rigidity is favorable for controlling the roof. But as for the top coal caving, the impact degree of the support rigidity on top coal deformation is different under the influence of the mechanical characteristics of the top coal. .It can be seen that the increase of support rigidity can reduce the vertical displacement of top coal, and finally the vertical displacements of both upper and lower top coals tend to be the same. Meanwhile, the horizontal displacement wouldincrease with the increase of the support rigidity. So, if the support rigidity is raised properly and the horizontal component of the support toward the rib direction is kept unchanged, it should be favorable for the roof stability of the end face and for the stability of the rock-support system.From the above analysis, the support bearing is the comprehensive result of the support rigidity, the deformation and breakage degree of the top coal, and the rotation degree of the main roof. The increase of mining depth will increase the breakage degree of the top coal. The deformation and breakage characteristic of top coal determines that the support bearing is lowered with the increase of the support rigidity. Therefore, under mining condition of the fully mechanized caving face, if the main roof can form a relatively stable st ructure of “voussior beam”, the working resistance of support will be properly decreased and the light-duty support of top coal caving can be used.CONCLUSIONS1) The deformation of the top coal in roof-controlled area can be divided into two dynamic instable areas: the front one and the back one. And the size of the dynamic instable area is relevant to the hardness of the top coal. The joint of both areas may result in an instability of rock-support system. And under the condition of the soft coal, the occurrence of the front instable area should be avoided and the back instable area should be also reduced. But, in the condition of the hard coal, the back instable area should be properly enlarged to make it be favorable for the top coal caving.2) To increase the rotation angle of main roof will increase both the vertical displacement of upper top coal and the horizontal displacement of lower top coal. And to increase the support rigidity will decrease the vertical displacement of the top coal but increase the horizontal displacement, with the lower top coal in particular.3) The support bearing is the comprehensive result of the support rigidity, the deformation degree of the top coal, and the rotation degree of the main roof. As for fully mechanized caving face, if the main roof can form a relatively stable structure of “voussior beam”, the working resistance of support should be properly lowered, and then the light-duty support of top coal caving used is feasible.REFERENCES[1] Liu, C.Y., Cao, S.G. & Fang, X.Q. 2003. Relation between rock and support instope and its monitoring. Xuzhou: Press of China University of Mining & Technology.[2] Liu, C.Y., Cao, S.G. & Yang, P.J. 1999. Research on bearing characteristics of immediate roof in stope. Journal of Rock Pressure and Ground Control (3 - 4): 35 - 39.中文译文：深部综放开采顶煤稳定性与支架承载研究摘要:依据权台煤矿34223综放工作面的地质及生产条件，采用UDEC3.0数值计算方法，分析了顶煤变形的位移场分布，得出了顶煤变形呈前后动态失稳区特征，分析了老顶回转角、支架刚度对顶煤变形以及支架承载的影响规律，分析了综放开采采用轻型支架的可行性。

㊀第４９卷第４期煤炭科学技术Ｖｏｌ ４９㊀Ｎｏ ４㊀㊀２０２１年４月ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊀Ａｐｒ．２０２１㊀移动扫码阅读任怀伟，巩师鑫，刘新华，等．煤矿千米深井智能开采关键技术研究与应用［Ｊ］．煤炭科学技术，２０２１，４９（４）：１４９－１５８ ｄｏｉ：１０ １３１９９／ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２１ ０４ ０１８ＲＥＮＨｕａｉｗｅｉ，ＧＯＮＧＳｈｉｘｉｎ，ＬＩＵＸｉｎｈｕａ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎｋｅｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｉｎｉｎｇｆｏｒｋｉｌｏ－ｍｅｔｅｒｄｅｅｐｃｏａｌｍｉｎｅ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２１，４９（４）：１４９－１５８ ｄｏｉ：１０ １３１９９／ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２１ ０４ ０１８煤矿千米深井智能开采关键技术研究与应用任怀伟１，２，巩师鑫１，２，刘新华１，２，吕㊀益３，文治国１，２，刘万财３，张㊀帅１，２（１．中煤科工开采研究院有限公司科创中心，北京㊀１０００１３；２．煤炭科学研究总院开采研究分院，北京㊀１０００１３；３．中煤新集能源股份有限公司口孜东煤矿，安徽淮南㊀２３２１７０）摘㊀要：千米深井复杂条件煤层智能化开采是当前煤矿技术发展迫切需要解决的难题㊂以中煤新集口孜东煤矿１４０５０２工作面地质条件为基础，针对该工作面俯采倾角变化大㊁矿压显现剧烈㊁顶板煤壁破碎所致的采场围岩稳定控制难㊁液压支护系统适应性降低等问题，研究了千米深井复杂条件工作面智能化开采关键技术，为复杂难采煤层开采提供了技术与装备支撑㊂研发了基于ＬＯＲＡ的工作面液压支架（围岩）状态监测系统，同时获取立柱压力和支架姿态数据㊂提出了基于大数据分析的矿压分析预测方法，采用ＦＬＰＥＭ和ＡＲＭＡ两种算法组合预测提升精度和效率，采用数据分布域适应迁移算法解决了支护过程中时变工况导致预测模型失准的问题，模型预测精度达到９２％以上㊂研发了基于Ｕｎｉｔｙ３Ｄ的工作面三维仿真与运行态势分析决策系统，支撑复杂条件下的围岩控制和煤层跟随截割控制的智能决策㊂现场试验表明：工作面在试验期开采高度达到６．５ｍ，在１４ʎ １７ʎ俯采㊁顶板相对破碎㊁煤层硬度１．６的条件下，月产达到３１．５万ｔ㊂设备可靠性和适应性较之前该矿使用设备明显提升，工作面安全性大幅改善，实现了千米深井三软煤层的安全高效开采㊂关键词：千米深井；智能开采；位姿状态监测；大数据分析；分析决策中图分类号：ＴＤ６７㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：０２５３－２３３６（２０２１）０４－０１４９－１０Ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎｋｅｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｉｎｉｎｇｆｏｒｋｉｌｏ－ｍｅｔｅｒｄｅｅｐｃｏａｌｍｉｎｅＲＥＮＨｕａｉｗｅｉ１，２，ＧＯＮＧＳｈｉｘｉｎ１，２，ＬＩＵＸｉｎｈｕａ１，２，ＬＹＵＹｉ３，ＷＥＮＺｈｉｇｕｏ１，２，ＬＩＵＷａｎｃａｉ３，ＺＨＡＮＧＳｈｕａｉ１，２（１．ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒ，ＣＣＴＥＧＣｏａｌＭｉｎｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ㊀１０００１３，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏａｌＭｉｎｉｎｇａｎｄＤｅｓｉｇｎｉｎｇＢｒａｎｃｈ，ＣｈｉｎａＣｏａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ㊀１０００１３，Ｃｈｉｎａ；３．ＫｏｕｚｉｄｏｎｇＭｉｎｅＣｏａｌ，ＸｉｎｊｉＥｎｅｒｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＣｈｉｎａＮａｔｉｏｎａｌＣｏａｌＧｒｏｕｐＣｏｒｐ．，Ｈｕａｉｎａｎ㊀２３２１７０，Ｃｈｉｎａ）收稿日期：２０２１－０２－２８；责任编辑：曾康生基金项目：国家重点研发计划资助项目（２０１７ＹＦＣ０６０３００５）；国家自然科学基金重点资助项目（５１８３４００６）；国家自然科学基金面上资助项目（５１８７４１７７４）；中国煤炭科工集团科技专项重点资助项目（２０１９－ＴＤ－ＺＤ００１）作者简介：任怀伟（１９８０ ），男，河北廊坊人，研究员，硕士生导师，博士，中国煤炭科工集团三级首席科学家㊂Ｔｅｌ：０１０－８４２６３１４２，Ｅ－ｍａｉｌ：ｒｈｕａｉｗｅｉ＠ｔｄｋｃｓｊ．ｃｏｍＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｉｎｉｎｇｏｆｃｏａｌｓｅａｍｓｉｎｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｋｉｌｏ－ｍｅｔｅｒｄｅｅｐｃｏａｌｍｉｎｅｉｓａｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｃｏａｌｍｉｎｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｕｒｇｅｎｔｌｙｎｅｅｄｓｔｏｂｅｓｏｌｖｅｄ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆＮｏ．１４０５０２ｆｕｌｌｙｍｅｃｈａｎｉｚｅｄｍｉｎｉｎｇｆａｃｅｉｎＫｏｕｚｉ⁃ｄｏｎｇＭｉｎｅＣｏａｌ，ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｉｎｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋａｎｄａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔｓｙｓｔｅｍｃａｕｓｅｄｂｙｌａｒｇｅｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｈｅｕｎｄｅｒ－ｍｉｎｉｎｇｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎａｎｇｌｅｏｆｔｈｅｍｉｎｉｎｇｆａｃｅ，ｓｅｖｅｒｅｍｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅｂｒｏｋｅｎｒｏｏｆａｎｄｃｏａｌｗａｌｌ，ｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｉｎｉｎｇｏｆｃｏｍｐｌｅｘｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｉｎｋｉｌｏ－ｍｅｔｅｒｄｅｅｐｃｏａｌｍｉｎｅａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇｔｅｃｈｎｉｃａｌａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｕｐｐｏｒｔｆｏｒｔｈｅｍｉｎｉｎｇｏｆｃｏｍｐｌｅｘａｎｄｄｉｆｆｉｃｕｌｔ－ｔｏ－ｍｉｎｅｃｏａｌｓｅａｍｓ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ａＬＯＲＡ－ｂａｓｅｄｓｔａｔｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔｓ（ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋ）ｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ｗｈｉｃｈｃａｎａｃｑｕｉｒｅｐｏｓｔｕｒｅｄａｔａｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔｗｈｉｌｅａｃｑｕｉｒｉｎｇｃｏｌｕｍｎｐｒｅｓｓｕｒｅｄａｔａ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ａｍｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｅｒｅｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆＦＬＰＥＭａｎｄＡＲＭＡａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｗａｓｕｓｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙ，ａｎｄｄａｔａｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｄｏｍａｉｎａｄａｐｔｉｖｅｍｉｇｒａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｉｎａｃｃｕｒａｔｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｉｍｅ－ｖａｒｙｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｐｒｏｃｅｓｓｓｏｔｈａｔｔｈｅｍｏｄｅｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙｒｅａｃｈｅｄ９２％．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｏｐｅｒａｔｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｄｅｃｉｓｉｏｎ－ｍａｋｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＵｎｉｔｙ３Ｄｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏ９４１２０２１年第４期煤炭科学技术第４９卷ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｄｅｃｉｓｉｏｎ－ｍａｋｉｎｇｆｏｒｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｃｏａｌｓｅａｍｆｏｌｌｏｗｉｎｇｃｕｔｔｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｕｎｄｅｒｃｏｍｐｌｅｘｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｆｉｅｌｄｔｒｉ⁃ａｌｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｍｉｎｉｎｇｈｅｉｇｈｔｏｆｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｒｅａｃｈｅｄ６．５ｍｄｕｒｉｎｇｔｈｅｔｅｓｔｐｅｒｉｏｄ，ｔｈｅｍｏｎｔｈｌｙｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｒｅａｃｈｅｄ３１５０００ｔｏｎｓｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆ１４ʎ １７ʎｏｆｓｌｏｐｉｎｇｍｉｎｉｎｇａｎｇｌｅ，ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｂｒｏｋｅｎｒｏｏｆ，ａｎｄ１．６ｏｆｃｏａｌｓｅａｍｈａｒｄｎｅｓｓ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｐｒｅｖｉｏｕｓｕｓｅｄｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ，ｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｎｅｗｆａｃｉｌｉｔｉｅｓｗｅｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ，ａｎｄｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｗａｓｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｗｈｉｃｈａｃｈｉｅｖｅｄｔｈｅｓａｆｅａｎｄｈｉｇｈ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｔｍｉｎｇｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅ－ｓｏｆｔｃｏａｌｓｅａｍｉｎ１０００ｍｄｅｅｐｃｏａｌｍｉｎｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｅｅｐｋｉｌｏ－ｍｅｔｅｒｍｉｎｅ；ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｉｎｉｎｇ；ｐｏｓｉｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｌａｒｇｅｄａｔａａｎａｌｙｓｉｓ；ａｎａｌｙｓｉｓｄｅｃｉｓｉｏｎ０㊀引㊀㊀言开采自动化㊁智能化技术研究是当前煤炭领域研究的热点［１］㊂针对不同地质条件，国内外学者在采场状态感知与建模㊁自动控制技术以及开采装备创新方面开展了大量研究㊂澳大利亚联邦科学与工业研究组织研发出ＬＡＳＣ技术，采用军用高精度光纤陀螺仪和定制的定位导航算法获知采煤机的三维坐标，实现工作面自动找直等智能化控制［２－３］㊂液压支架自动跟机㊁采煤机斜切进刀自动控制及基于位置感知的三机协同推进控制等在地质条件相对较好的陕北㊁神东等矿区已经得到推广应用，基本实现了 工作面无人操作，工作面巷道有人值守 的常态化开采［４－６］㊂对于地质条件相对复杂的薄煤层及中厚煤层，研发了基于动态修正地质模型的智能采掘技术，采用定向钻孔㊁随采探测等动态修正工作面地质模型，通过构建工作面绝对坐标数字模型实行自主智能割煤［７－９］㊂然而，对于我国东部山东㊁淮南等矿区埋深１０００ｍ左右的深部复杂条件煤层，已有的自动化㊁智能化技术难以达到预期效果㊂深部采场一般存在着高地温㊁高地压㊁大变形的特点，矿压显现强烈，顶板㊁煤壁破碎，工作面倾角变化幅度剧烈，巷道变形大［１０］㊂目前，工作面自动化㊁智能化开采还无法预知所有的地质条件变化情况，开采装备也无法适应大范围的地质参数变化，因而实现自动化㊁智能化难度非常大㊂但从另外的角度，这些深部开采工作面用人多，安全性差，生产环境恶劣，恰恰最需要实现自动化㊁智能化㊂实现煤矿深部智能开采，最重要的是实现采场围岩稳定性控制以及 移架－割煤－运煤 过程与围岩空间动态变化的适应性控制㊂采场围岩稳定性控制需考虑采场上覆围岩结构及参数㊁运移特征㊁支护参数等，提出能够自适应控制围岩的策略和方法［１１－１２］；工作面装备运行与围岩空间变化的适应性控制则涉及装备运行特征㊁围岩动态变化规律㊁空间位姿测量及表征等，给出运行趋势的分析方法和预测性控制算法［１３］㊂其中，支护系统状态测量㊁适应性设计以及装备运行态势的分析预测是首先需要解决的关键问题㊂笔者以中煤新集口孜东煤矿１４０５０２工作面为工业性试验点，针对工作面俯采倾角变化大㊁矿压显现剧烈㊁顶板煤壁破碎所带来的采场围岩稳定性控制难度大㊁液压支护系统适应性降低等问题，基于工作面煤层地质条件研发了７ｍ四柱式超大采高液压支架；建立了工作面状态监测系统，实时监测和解算支架支护状态和围岩定性；研发了基于Ｕｎｉｔｙ３Ｄ的工作面三维仿真与运行态势分析决策系统，突破千米深井智能开采围岩稳定性控制和装备运行适应性控制的关键技术瓶颈㊂１㊀千米深井工作面地质条件及开采特点１．１㊀口孜东煤矿５号煤煤层赋存条件口孜东煤矿５号煤埋深９６７ｍ，工作面沿倾斜条带布置，走向方向南部平缓，北部较陡，煤层平均倾角１４ʎ，局部２０ʎ，俯采最大角度１７ʎ㊂１４０５采区工作面布置如图１所示，首采１４０５０２工作面倾向倾角８ʎ １５ʎ，平均倾角１４ʎ，局部２０ʎ㊂煤层厚度２．８６９．７５ｍ，平均６．５６ｍ，普氏系数１．６㊂工作面顶㊁底板以泥岩为主，少数为细砂岩㊁粉砂岩及砂质泥岩，顶㊁底板围岩特点是岩层较软㊂图１㊀口孜东煤矿１４０５采区工作面布置Ｆｉｇ．１㊀ＬａｙｏｕｔｏｆｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｉｎＮｏ．１４０５ｍｉｎｉｎｇａｒｅａｏｆＫｏｕｚｉｄｏｎｇＭｉｎｅ口孜东煤矿１４０５采区煤层厚度等厚线如图２所示，６．０ｍ煤层以上占总采区８０％，７．０ｍ以上煤层占总采区的５０％，８．０ｍ以上煤层占总采区的１０％㊂确定最小采高４．５０ｍ，最大采高７．００ｍ，平均０５１任怀伟等：煤矿千米深井智能开采关键技术研究与应用２０２１年第４期采高６．５６ｍ㊂图２㊀口孜东煤矿１４０５采区煤层厚度等厚线Ｆｉｇ．２㊀ＣｏａｌｓｅａｍｔｈｉｃｋｎｅｓｓｃｏｎｔｏｕｒｏｆＮｏ．１４０５ｍｉｎｉｎｇａｒｅａｉｎＫｏｕｚｉｄｏｎｇＭｉｎｅ１．２㊀工作面装备选型配套根据口孜东煤矿５号煤层地质赋存条件，通过对比分析不同采煤方法㊁支架方案选择的优缺点，综合分析产量和效率因素㊁资源采出率因素㊁采空区遗煤自然发火因素㊁工作面超前段巷道维护因素㊁工作面支护因素㊁人员因素㊁智能化开采因素等，确定选择７．０ｍ大采高一次采全高采煤方法进行开采㊂淮南地区地质构造与国内其他地区有较大不同，具体表现为埋深大㊁ 三软 煤层㊁倾角大㊁松散层厚㊁基岩薄等，工作面主要采用俯斜长壁采煤法㊂对于口孜东煤矿１４０５０２工作面而言，大采高开采可以充分发挥资源采出率高㊁开采工艺简单㊁工作面推进速度快㊁设备维护量少㊁易于实现自动化和有利于工作面 一通三防 等优势，但需要对液压支架与围岩适应性进行深入分析研究，要综合考虑支护强度㊁顶梁前端支撑力㊁合力作用点调节范围㊁防片帮冒顶㊁防扎底等多种因素，对液压支架和成套装备参数进行针对性设计㊂确定支架最大高度７．２ｍ，最小高度考虑运输与配套尺寸，确定为３．３ｍ㊂１４０５０２工作面配套装备见表１㊂表１㊀１４０５０２工作面成套装备Ｔａｂｌｅ１㊀ＣｏｍｐｌｅｔｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｎＮｏ．１４０５０２ｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅ序号设备设备主要技术参数参考型号１中部支架工作阻力１８０００ｋＮ；高度３．３ ７．２ｍ；支护强度１．７３ １．７８ＭＰａＺＺ１８０００／３３／７２Ｄ过渡支架工作阻力２２０００ｋＮ；高度２．９ ６．０ｍ；支护强度１．５３ＭＰａＺＺＧ２２０００／２９／６０Ｄ端头支架工作阻力２４２００ｋＮ；高度２．９ ５．５ｍ；支护强度１．５ＭＰａＺＺＴ２４２００／２９／５５Ｄ２采煤机总功率２５９０ｋＷ；采高４．５ ７．０ｍ；滚筒直径３．５ｍ；截深０．８６５ｍＭＧ１０００／２５９０－ＧＷＤ３刮板输送机功率３ˑ１２００ｋＷ；运输能力４０００ｔ／ｈ；卸载方式交叉侧卸ＳＧＺ１２５０／３ˑ１２００４转载机输送能力４５００ｔ／ｈ；长度约５０ｍ；功率７００ｋＷＳＺＺ１３５０／７００５破碎机破碎能力５０００ｔ／ｈ；功率７００ｋＷ；电压３３００ＶＰＣＭ７００７乳化液泵站工作压力３７．５ＭＰａ；流量６３０Ｌ／ｍｉｎ；电机功率５００ｋＷＢＲＷ６３０／３７．５８喷雾泵站工作压力１６ＭＰａ；额定流量５１６Ｌ／ｍｉｎ；电机功率１６０ｋＷＢＰＷ５１６／１６㊀㊀工作面成套装备地面联调试验情况如图３所示㊂图３㊀工作面成套装备地面联调Ｆｉｇ．３㊀Ｇｒｏｕｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｊｏｉｎｔｄｅｂｕｇｇｉｎｇｏｆｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅ２㊀千米深井工作面智能开采技术路径针对千米深井复杂条件工作面开采，除成套装备功能㊁参数与围岩条件相匹配外，控制系统能否适应环境动态变化㊁控制围岩稳定并驱动装备跟随煤层自动推进是影响开采效率和安全㊁减少作业人员㊁降低劳动强度的关键［１４－１５］㊂目前，在地质条件简单㊁煤层变化小的工作面，智能化开采技术与装备主要实现开采工艺自动化和 三机 装备协调联动控制，以提升开采效率为目标［１６］㊂然而，上述口孜东煤矿５号煤１４０５０２工作面走向倾向都有倾角㊁顶板破碎㊁围岩大变形，是典型的复杂条件工作面㊂在该工作面实施７．０ｍ大采高开采，极易发生片帮㊁冒顶㊁扎底㊁飘溜㊁上窜下滑等问题，必须通过现场操作工人的经验提前实施预防措施，现有自动化技术无法完成上述功能㊂因此，复杂条件煤层智能开采必须在装备性能㊁参数足够满足要求的前提下，实现以围岩稳定支护和煤层跟随截割为目标的环境适应性控制，是一个不依赖人工操作的自适应自学习过程㊂１５１２０２１年第４期煤炭科学技术第４９卷如图４所示复杂条件煤层智能开采技术路径图㊂环境适应性控制的前提是要首先知道环境的状态，然后对环境变化趋势进行分析和预测，最后通过智能控制技术给出 三机 装备运动参数㊂图４㊀复杂条件智能化开采技术路径Ｆｉｇ．４㊀Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｐａｔｈｕｎｄｅｒｃｏｍｐｌｅｘｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ㊀㊀环境状态这里先考虑围岩压力和煤层赋存状态，主要采用压力传感器测量工作面来压情况，采用倾角传感器测量工作面倾角及设备姿态㊂以测量数据为基础，通过支架－围岩耦合关系模型，判断顶板㊁煤壁稳定性，通过三维力学模型判断支架受力状态及其动态变化，通过运动学模型判断工作面推进方向变化趋势㊂工作面装备智能控制综合实时控制㊁趋势控制㊁群组控制㊁模型跟随控制等技术，实现开采工艺工序优化㊁功能参数调整的多数据融合决策，完成工作面稳定支护㊁截割空间与煤层空间最佳重合的自主连续生产㊂３㊀７．０ｍ大采高复杂条件工作面智能化关键技术３．１㊀７．０ｍ超大采高液压支架适应性设计围岩支护和装备推进都离不开液压支架㊂复杂条件工作面开采首先要求液压支架要有适应围岩变化的能力㊂针对口孜东煤矿５煤的１４０５０２工作面条件，对液压支架结构和动态性能进行创新设计，研制出最高的ＺＺ１８０００／３３／７２Ｄ四柱式一次采全高液压支架，如图５所示㊂３．１．１㊀架型参数及支护强度设计根据口孜东煤矿５煤地质条件，以俯采为主且顶板相对破碎，煤层较软，底板主要为泥岩，因此重点考虑顶梁合力作用点控制，以及片帮㊁扎底和漏矸等异常状况㊂为此，采用四柱式液压支架，提升顶梁控制能力㊁防止底座扎底；同时为增强顶梁前端支撑力，采用前后立柱不同缸径设计㊂前立柱采用４００图５㊀ＺＺ１８０００／３３／７２Ｄ四柱式一次采全高液压支架Ｆｉｇ．５㊀ＺＺ１８０００／３３／７２Ｄｆｏｕｒ－ｃｏｌｕｍｎｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔｆｏｒｍｉｎｉｎｇｆｕｌｌ－ｈｅｉｇｈｔｏｎｅｃｅｍｍ缸径，后立柱采用３２０ｍｍ缸径㊂当顶梁合力作用点前移㊁后立柱难以发挥作用时，支架仍有足够的支撑能力㊂根据计算，顶梁前端支撑力最大达到５０００ｋＮ，支架支护强度达到１．７２ＭＰａ，远超过同等高度㊁支护力的支架，这样可以很好的控制顶板，同时减少顶板对煤壁的压力，减轻片帮程度㊂３．１．２㊀护帮及稳定性设计为防止煤壁片帮㊁冒顶，采用伸缩梁＋铰接三级护帮的结构，当采煤机割过煤后，伸缩梁立即伸出并打开护帮板，实现及时支护，避免片帮㊁冒顶的发生㊂伸缩梁行程１０００ｍｍ，大于截割滚筒宽度８６５ｍｍ，在特殊情况下可伸入煤壁支护；三级护帮板回转２５１任怀伟等：煤矿千米深井智能开采关键技术研究与应用２０２１年第４期１８０ʎ后可上翘３ʎ，护帮总高度３５００ｍｍ，如图６所示㊂图６㊀ＺＺ１８０００／３３／７２Ｄ四柱式一次采全高液压支架护帮板结构Ｆｉｇ．６㊀ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＺＺ１８０００／３３／７２Ｄｆｏｕｒ－ｃｏｌｕｍｎｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔｇｕａｒｄｐｌａｔｅｆｏｒｏｎｅ－ｔｉｍｅｍｉｎｉｎｇｆｕｌｌ－ｈｅｉｇｈｔ同时，针对工作面走向㊁倾向都有倾角的情况，充分考虑俯采情况下的支架稳定性，合理设计结构件质量和尺寸，使支架重心尽量靠后，适应俯采倾角２０ʎ以下的情况；优化后支架临界俯斜失稳㊁仰斜失稳㊁侧翻失稳分别为２２．２５ʎ，２３．７ʎ以及１８．６ʎ，均大于煤层在各个方向上的倾角㊂设置防倒防滑装置，在工作面两端角度较大的区域安装，辅助调整支架，保障工作面支护系统稳定性㊂３．１．３㊀密闭性及可靠性设计工作面在移架过程中可能有矸石冒落，为此支架需要加强密闭性设计㊂ＺＺ１８０００／３３／７２Ｄ四柱式一次采全高液压支架顶梁和掩护梁均设计双侧活动侧护板，顶梁与掩护梁的铰接处具备防漏矸功能；后连杆设计固定侧护板与挡矸板；尽可能让支架后部封闭，阻止矸石进入支架内部㊂同时，加强推移千斤顶和抬底千斤顶，增强抬底力和推移力，保证动作到位㊂为防止拔后立柱造成活柱固定销损坏，增加销轴直径至５０ｍｍ，大幅增加可靠性㊂３．２㊀工作面液压支架（围岩）状态监测系统研发通过安装在液压支架上的压力传感器反映顶板压力变化情况和岩层运移规律是普遍采用的研究工作面状态的方法［１７］㊂然而，对于走向㊁倾向均有倾角的千米深井复杂条件工作面，只有压力数据还不足以反映围岩情况，必须将立柱压力状态和支架姿态数据（工作面角度）结合起来㊂为同时获取支架压力和姿态数据，研发了基于ＬＯＲＡ的工作面液压支架（围岩）状态监测系统㊂系统结构如图７所示㊂在液压支架上安装双通道压力传感器和３个三轴倾角传感器，通过ＬＯＲＡ自组网与数据监测分站连接，实现数据传输；数据监测分站汇聚工作面局部数据后通过ＣＡＮ总线上传至主站㊂图７㊀基于ＬＯＲＡ的工作面液压支架（围岩）状态监测系统Ｆｉｇ．７㊀ＬＯＲＡ－ｂａｓｅｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔ（ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋ）主站与工作面集控中心通过ＯＰＣ数据接口通信，将数据通过井下工业以太环网上传至地面的三维仿真系统进行数据分析及控制应用㊂整个系统的通信链路为 集控中心－主（以太网）㊁主－分（ＣＡＮ总线）㊁分－传感器（ＬｏＲａ自组网） ㊂根据工作面地质条件㊁无线信号传输距离和数３５１２０２１年第４期煤炭科学技术第４９卷据采集需求，现场每３台液压支架安装一套监测传感器（包括前㊁后立柱压力２个压力传感器和顶梁㊁掩护梁㊁底座３个倾角传感器），总计安装４０套；在工作面端头安装１台分站，在顺槽集控中心安装１台主站㊂布置方案如图８所示㊂图８㊀井下设备布置方案Ｆｉｇ．８㊀Ｌａｙｏｕｔｐｌａｎｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔ三轴无线倾角传感器布置方案如图９所示㊂传感器为本质安全型，测量角度范围ʃ９０ʎ，测量误差ʃ１ʎ，传输协议采用ＭｏｄｂｕｓＴＣＰ，采集周期：２０ｓ，延时小于１００ｍｓ，供电方式为干电池供电，可满足１年以上数据采集电量需求㊂主站和分站采用１２７Ｖ直流电源供电，如图１０所示㊂图９㊀倾角传感器布置方案Ｆｉｇ．９㊀Ｌａｙｏｕｔｐｌａｎｏｆｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒ３．３㊀工作面三维仿真与运行态势分析决策平台㊀㊀工作面三维仿真与运行态势分析决策系统是复杂条件工作面智能开采的大脑㊂监测系统采集的数图１０㊀液压支架倾角传感器Ｆｉｇ．１０㊀Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒ据会在平台上进行解算，得出液压支架受力状态和姿态，从而判定围岩稳定性和工作面倾角；同时，可基于历史数据进行趋势分析㊁推进方向路径规划及矿压动态预测；预测结果可通过自动或人工发送指令控制工作面装备调整开采工艺和参数㊂３．３．１㊀液压支架受力状态及位姿解算在倾斜工作面，液压支架受力分析必须考虑角度因素［１８］，如图１１所示㊂图１１㊀液压支架受力分析Ｆｉｇ．１１㊀Ｆｏｒｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔ根据力平衡原理得ðＸｉ＝Ｆｃ－ｆｃ()ｓｉｎθｃ＋Ｆｓ＋ｆｂ()ｓｉｎθｂ＋Ｑｘ()ｓｉｎθｃ－Ｆｙｃｏｓθｙ－Ｆｂｃｏｓθｂ＝０（１）ðＹｉ＝Ｆｃ－ｆｃ()ｃｏｓθｃ＋Ｆｓ＋ｆｂ()ｃｏｓθｂ＋Ｆｂｓｉｎθｂ－Ｑｘ()ｃｏｓθｃ－Ｆｙｓｉｎθｙ－Ｇ＝０（２）式中：Ｆｃ和Ｆｓ为伸缩梁千斤顶和推移千斤顶推力；Ｆｙ为掩护梁在顶梁平面上的投影面积承载的顶板压力再分解至垂直掩护梁方向上的力；ｆｃ和ｆｂ分别为摩擦阻力；θｂ㊁θｙ㊁θｃ分别为液压支架底座㊁掩护梁和顶梁与水平夹角；Ｑ为液压支架顶板载荷；ｘ为液压支架顶板载荷位置；Ｇ为液压支架重力㊂由式（１）和式（２）可求得液压支架底座㊁掩护梁和顶梁在θｂ㊁θｙ㊁θｃ倾角情况下的受力状态，给出合力作用点位置㊁相对正常位置的偏移量㊁立柱平衡性等参数值㊂同时，基于倾角传感器数据可计算出４５１任怀伟等：煤矿千米深井智能开采关键技术研究与应用２０２１年第４期支架实时高度㊁立柱在来压期间下缩量等，如图１２所示㊂液压支护系统的整体受力㊁空间位姿也反映着工作面围岩的力学状态㊁角度及空间形态㊂这些数据均是三维仿真与运行态势分析㊁决策的依据㊂图１２㊀液压支架参数计算Ｆｉｇ．１２㊀Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓ３．３．２㊀基于大数据的矿压分析预测技术千米深井软岩条件开采条件下，工作面矿压规律不明显，传统基于各种顶板结构模型的矿压分析预测方法难以适用，这里尝试采用基于大数据的矿压分析预测技术，分别从预测算法㊁模型输入输出特征工程以及数据分布３个方面进行研究㊂算法方面，液压支架工作阻力数据为典型的时间序列数据，分别基于支持向量机（ＳＶＲ）㊁函数链接预测误差法（ＦＬＰＥＭ）㊁极限学习机（ＥＬＭ）㊁长短期记忆网络（ＬＳＴＭ）㊁ＢＰ神经网络㊁自回归滑动平均模型（ＡＲＭＡ）㊁最小二乘支持向量机（ＬＳＳＶＭ）等机器学习算法建立液压支架工作阻力预测模型㊂经测试，ＦＬＰＥＭ和ＡＲＭＡ两种算法的预测精度比较高㊂模型输入输出特征工程方面，针对单个支架，选取该液压支架在采煤机第ｋ刀煤过程中的１２个工作阻力数据为模型的输入（一刀煤的时间大约为１ｈ，液压支架工作阻力数据采样时间为５ｍｉｎ），该液压支架在采煤机第ｋ＋２刀煤过程中的第一个工作阻力数据为模型的输出，确定１２维输入１维输出的工作阻力超前一刀预测模型㊂数据分布方面，针对支护过程中时变工况影响工作阻力数据分布㊁导致预测模型失准的问题，采用数据分布域适应迁移算法进行数据分布一致化处理，消除时变工况干扰㊂基于上述３个方面研究，对口孜东煤矿１４０５０２工作面液压支架工作阻力进行超前预测，采用ＦＬＰＥＭ算法，模型预测精度达到９２％㊂如图１３所示为某一液压支架前立柱工作阻力监测值和预测值对比㊂３．３．３㊀工作面空间态势分析和截割路径规划理想情况下，智能化开采要能够使煤机装备自图１３㊀液压支架工作阻力预测结果与相对误差Ｆｉｇ．１３㊀Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｗｏｒｋｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔ动跟随煤层条件变化㊁做到自适应开采［１９］㊂这就需要根据感知数据分析拟合装备的状态和运行趋势，并规划后续推进控制参数㊂影响智能化开采的因素很多，这里集中讨论煤层倾角变化带来的问题㊂如前所述，１４０５０２工作面在走向和倾向方向都是倾斜的㊂有一定角度，且煤层顶底板曲面在揭露的巷道轮廓和切眼轮廓基础上仍有较大的起伏变化㊂因此，给工作面内成套装备的姿态控制和沿巷道的推进方向控制带来很大困难㊂１）工作面内装备姿态控制㊂工作面底板起伏影响液压支架姿态，在移架过程中会发生挤架㊁咬架显现，自动跟机程序无法正常运行㊂因此需根据感知到的工作面倾角变化情况，在跟机移架过程中，自动调整跟机速度㊁跟机架数以及架间的距离，目的是保障顺利移架，跟上采煤机割煤速度㊂因此，建立了以支架移架速度不小于采煤机速度为优化目标㊁以移架规则为约束条件的液压支架跟机规划模型：ｍｉｎ｛ＮＤ／Ｎ１ｔ１＋Ｎ２ｔ２＋Ｎ３ｔ３()－ｖｓｈｅａｒ｝ｓ．ｔ．Ｎ１ȡＮ２ȡＮ３３ɤＮ１＋Ｎ２＋Ｎ３ɤ３ＣｅｉｌΔｍ／Ｄ[]Ｎ＝ＣｅｉｌＮ１＋Ｎ２＋Ｎ３[]ìîíïïïï式中：Ｎ为支架总数；ｖｓｈｅａｒ为采煤机速度；Ｎ１㊁Ｎ２㊁Ｎ３㊁ｔ１㊁ｔ２㊁ｔ３分别为需要进行降架㊁移架㊁升架操作的支架数量与时间；Δｍ为安全距离；Ｄ为架宽；Ｃｅｉｌ［㊃］５５１２０２１年第４期煤炭科学技术第４９卷为朝正向取整函数㊂根据上式，控制系统会根据工作面角度变化引起的液压支架姿态变化和相关位姿关系变化，同时考虑煤机位置㊁速度等参数，自动调整跟机移架策略，从而适应煤层在倾向方向的变化㊂２）截割推进方向控制㊂对于基于滚筒采煤机的长壁综采装备而言，截割推进方向调整一般情况下是靠调整滚筒截割高度和卧底量实现的［２０］㊂受装备配套尺寸限制，工作面每次调整的角度是有限的，因此必须在煤层角度变化之前提前调整，才能使装备逐渐改变推进方向，而调整量和每刀采煤机滚筒卧底抬高的高度需要超前规划和预测㊂基于采煤机滚筒高度在工作面各监测点数据，利用机器学习算法，以前３刀数据为模型输入，未来１刀数据为输出，建立滚筒高度预测模型，实现超前一步预测，从而可以进一步规划工作面倾向和推进方向的推进路径㊂图１４所示采煤机滚筒高度在整个工作面倾向方向的预测值和实际值对比㊂图１４㊀滚筒高度预测结果Ｆｉｇ．１４㊀Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｒｏｌｌｅｒｈｅｉｇｈｔ４　现场试验与数据分析研发的７．２ｍ超大液压支架㊁工作面状态监测系统和三维仿真与运行态势分析决策平台于２０２１年２月安装在口孜东煤矿１４０５０２工作面（图１５），进行工业试验㊂图１５㊀口孜东煤矿１４０５０２工作面Ｆｉｇ．１５㊀Ｎｏ．１４０５０２ｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｏｆＫｏｕｚｉｄｏｎｇＣｏａｌＭｉｎｅ工作面液压支架状态监测系统也同步安装完成，图１６所示为现场安装的倾角传感器㊂图１６㊀液压支架倾角传感器安装情况Ｆｉｇ．１６㊀Ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒｉｎｓｔａｌｌｅｄｏｎｓｉｔｅ根据液压支架顶梁㊁掩护梁和底座倾角传感器安装情况，可以对局部工作面液压支架的姿态进行实时监测，如图１７所示㊂图１７㊀液压支架倾角监测情况Ｆｉｇ．１７㊀Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎａｎｇｌｅｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔ工作面三维仿真与运行态势分析决策平台安装在地面集控中心的服务器上，如图１８所示㊂图１８㊀工作面三维仿真与运行态势分析决策平台Ｆｉｇ．１８㊀Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｉｔｕａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｄｅｃｉｓｉｏｎ－ｍａｋｉｎｇｐｌａｔｆｏｒｍ工作面三维仿真与运行态势分析决策平台分为３个区域：中间为工作面三维虚拟仿真系统，可根据感知数据实时驱动三维模型运动，从而反映井下工作面真实的情况；同时，也可根据后台预测㊁分析的结果，由优化后的运行参数驱动，提前对后续开采过程进行模拟仿真，从而验证优化结果的有效性；左侧６５１任怀伟等：煤矿千米深井智能开采关键技术研究与应用２０２１年第４期区域为工作面压力及截割轨迹的实时监测结果㊁预测结果的实时展现，直观看到工作面来压情况㊁即将来压的情况，截割过的轨迹以及即将截割的方向趋势，便于把握总体运行情况和趋势（图１９所示）；右侧区域为工作面主要设备运行参数显示及控制区，可事实查看设备的速度㊁方向㊁电机温度㊁高度㊁工作阻力等参数，并且在安全和许可的条件下，部分参数可由人工修改，以便更好地控制设备运行（图２０所示）㊂图１９㊀工作面总体运行情况和趋势界面Ｆｉｇ．１９㊀Ｏｖｅｒａｌｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｔａｔｕｓａｎｄｔｒｅｎｄｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅ图２０㊀设备控制界面Ｆｉｇ．２０㊀Ｄｅｖｉｃｅｃｏｎｔｒｏｌｉｎｔｅｒｆａｃｅ上述设备㊁系统和平台在１４０５０２工作面开采过程中发挥了重要作用㊂现场试验表明：工作面在试验期开采高度达到６．５ｍ左右，每天割煤４ ５刀，月产达到３１．５万ｔ㊂７ｍ四柱式超大采高液压支架在１４ʎ １７ʎ俯采㊁顶板相对破碎㊁煤层普氏系数为１．６的条件下使用，可靠性和适应性较之前该矿使用的支架明显提升，煤壁片帮㊁顶板漏矸情况较少，以前立柱受力为主，没有出现拔后柱情况，工作面安全性大幅改善㊂通过压力和姿态监测数据可实时解算支架合力作用点位置和稳定性，从而保证围岩稳定支护；在工作面三维仿真与运行态势分析决策系统中分析工作面推进方向的变化趋势，判断装备开采空间与煤层的叠加重合度，从而超前调整开采工艺参数以适应煤层变化，实现了千米深井三软煤层的安全高效开采㊂５㊀结㊀㊀论以中煤新集口孜东煤矿１４０５０２工作面地质条件为基础，研究了千米深井复杂条件工作面智能化开采关键技术，并研发了成套装备和监测系统㊁虚拟仿真决策平台，为复杂难采煤层开采提供了技术与装备支撑㊂１）深部开采中，煤层三维曲面分布及围岩变形是其主要特征，综采装备的三维空间姿态及受力状况感知㊁预测是安全㊁高效开采的核心，而非简单条件工作面设备的协同联动控制㊂基于预测结果的预警㊁提前启动工艺保障措施是顺利开采的关键㊂２）研发了基于ＬＯＲＡ的工作面液压支架（围岩）状态监测系统，形成 集控中心－主（以太网）㊁主－分（ＣＡＮ总线）㊁分－传感器（ＬＯＲＡ自组网） 的通信链路，同时获取立柱压力和支架姿态数据㊂３）提出了基于大数据分析的矿压分析预测算法，采用数据分布域适应迁移算法解决了支护过程中时变工况导致预测模型失准的问题，模型预测精度达到９２％以上㊂４）研发了基于Ｕｎｉｔｙ３Ｄ的工作面三维仿真与运行态势分析决策系统，通过监测感知数据实时驱动工作面装备三维模型，同时基于大数据分析结果预测㊁分析和模拟后续开采过程，支撑复杂条件下的围岩控制和煤层跟随截割控制的智能决策㊂针对复杂条件煤层智能开采技术的研究目前尚处于起步阶段，技术㊁工艺和管理上还有许多未解决的问题，需要在环境感知㊁数据分析㊁控制算法等方面加大研究力度，充分利用物联网㊁大数据㊁深度学习等先进技术，不断提高综采装备的智能控制水平，提升复杂条件煤层智能化综采技术的系统性适用性㊁稳定性和协调性，最终降低井下工作人员的劳动强度，提高采出效率和效益㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］㊀ＷＡＮＧＧｕｏｆａ，ＸＵＹｏｎｇｘｉａｎｇ，ＲＥＮＨｕａｉｗｅｉ．Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔａｎｄｅｃｏ⁃ｌｏｇｉｃａｌｃｏａｌｍｉｎｉｎｇａｓｗｅｌｌａｓｃｌｅａｎｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＣｈｉｎａ：ｒｅｖｉｅｗａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，２９（２）：１６１－１６９．［２］㊀ＫＥＬＬＹＭ，ＨＡＩＮＳＷＯＲＴＨＤ，ＲＥＩＤＤ，ｅｔａｌ．Ｌｏｎｇｗａｌｌａｕｔｏｍａ⁃ｔｉｏｎ：ａｎｅｗａｐｐｒｏａｃｈ［Ｃ］／／３ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍ－ＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＭｉｎｅＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ａａｃｈｅｎ：ＣＲＩＳＯＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ＆Ｍｉｎ⁃ｉｎｇ，２００３：５－１６．［３］㊀李㊀森．基于惯性导航的工作面直线度测控与定位技术［Ｊ］．７５１。

当代化工研究Modem Chemical Research139 2021•12工艺与设备煤矿综采工艺技术*王成林(太原煤气化集团公司炉峪口煤矿山西030204)摘要：对于煤矿开采作业来说，煤矿综采工艺技术的应用效果一定程度上决定了开采效率以及质量，近年来我国工业的发展十分迅速，而煤矿开采也逐渐向着自动化和机械化的方向发展，采煤工艺技术的发展也有了新的突破，这也为我国煤矿企业的发展提供了充足的动力。

而工业经济的迅速发展使得煤矿资源成为了影响国民经济发展的重要能源，而煤矿综采工艺的综合水平也影响了煤矿开采业的可持续发展，但根据目前的现状来看，我国的煤矿综采工艺技术相较于发达国家来说仍然尚待提高，其中最为明显的便是设备问题，设备故障率居高不下，其中的构件零件也容易磨损老化，零件使用寿命过短。

同时综采设备的重要部件大多需要源于国外进口，这也导致了维修难度大和周期长，并且煤矿地质条件较为复杂，这也进一步制约了煤矿综采工艺技术的发展。

对此本文主要围绕煤炭综采工艺技术展开论述，探讨了工艺技术的应用要求以及有关策略。

关键词：煤矿开采；综采工艺；技术应用中图分类号：T文献标识码：AFully Mechanized Mining Technology in Coal MineWang Chenglin(Luyukou Coal Mine of Taiyuan Coal Gasification Group Company,Shanxi,030204) Abstract:For coal mining operations,the application effect offiilly mechanized coal mining technology determines the mining efficiency and quality to a certain extent.In recent y ears,the industry of C hina has developed rapidly,and coal mining has gradually developed towards automation and mechanization,and new breakthroughs have been made in the development of c oal mining technology,which also p rovides sufficient p ower r the development of c oal mining enterprises in China.With the rapid development of i ndustrial economy,coal resources have become an important energy source affecting the development of n ational economy,and the comprehensive level offiilly mechanized coal mining technology has also affected the sustainable development of c oal mining industry.However according to the current s ituation,compared with developed countries,the f iilly mechanized coal mining technology in China still needs to be improved,the most obvious ofwhich is the equipment p roblem.The equipmentfailure rate is high,and the components and p arts are easy to wear and age,and the service life of t he p arts is too short.At the same time,most of t he important p arts offiilly mechanized mining equipment need to be importedfrom abroad,which also leads to difficult maintenance and long cycle,and the geological conditions of c oal mines are complex,which j urther restricts the development offiilly mechanized mining technology in coal mines.This paper mainly discusses the technology ofjulfy mechanized coal mining,and discusses the application requirements and related strategies of t he technology.Key words t coal mining；fiilly mechanized mining technology\technology application我国自20世纪70年代首次引进煤矿综采设备，这也是国内煤矿综采工艺技术的发展源头，与此同时煤矿企业的综合效益也有了进一步提高，采煤效率提高的基础上使得采煤质量也有了重大突破。

煤矿深部开采方法分析煤矿深部开采是指开采深度较深的煤矿资源，一般来说，深部开采会面临更多的挑战和风险，同时也需要更高的技术要求。

随着国家对清洁能源的需求不断增加，煤矿深部开采技术也得到了更多的关注和研究。

本文将从煤矿深部开采方法的分析入手，对煤矿深部开采进行系统的介绍和分析。

一、常见的煤矿深部开采方法1. 矿柱法矿柱法是一种传统的深部开采方法，其特点是在煤矿开采过程中保留一定宽度的煤柱以支撑地层，确保上方的煤层不会坍塌。

这种方法相对简单，成本较低，适用于一些条件较差的煤矿。

但是矿柱法存在着煤炭回收率低、资源浪费等问题，同时煤矿深部开采的地质条件复杂，矿柱法也面临着较大的安全风险。

2. 长壁工作面法长壁工作面法是一种常用的煤矿深部开采方法，其特点是将工作面沿着煤层的延伸方向布置，然后采用切割、支护和运输等工作流程逐步将煤炭开采出来。

这种方法具有高产能、高回收率、资源利用率高等优点，但是相对于矿柱法来说，长壁工作面法需要更高的技术要求和设备投入。

3. 液压支架综采法液压支架综采法是一种较新的深部开采方法，其特点是利用液压支架对工作面进行支护，并利用专业的综合开采机械进行煤炭的开采和输送。

这种方法具有自动化程度高、安全性能好等优点，对于煤矿深部开采具有很好的适应性，是未来煤矿深部开采的一个重要发展方向。

1. 地质条件复杂煤矿深部开采的地质条件通常较为复杂，地层构造不稳定、瓦斯含量高、顶板地压大等问题都会对开采工作造成较大影响。

解决这些问题需要采用一系列的地质勘测、地质监测、支护技术等手段，确保煤矿深部开采的安全性和稳定性。

2. 瓦斯防治瓦斯是煤矿深部开采中常见的一种有害气体，对于矿工的健康和生命都构成较大威胁。

深部开采过程中需要采用一系列的瓦斯治理措施，如瓦斯抽放、瓦斯抽采、瓦斯抑制等技术手段，保障矿井的安全生产。

3. 设备技术煤矿深部开采需要大量的专业设备支持，如支架、综合开采机械、运输设备等，而这些设备的研发和制造需要较高的技术水平和资金投入。

浅析煤矿综合采煤工艺技术[摘要]我国是煤炭能源开采大国，在当今社会发展的新形式下，科技的进步和社会的发展对煤矿开采提供了新的挑战和要求。

提高煤炭生产率的主要方法是采煤技术的更新。

本文分析了当前煤矿的采煤技术背景、具体的采煤技术及采煤技术的选择，以期对煤矿采煤技术更新有一定借鉴意义。

[关键词]煤矿采煤技术综采工艺中图分类号：tu272.1 文献标识码：tu 文章编号：1009―914x （2013）22―0533―01随着我国经济的高速发展，在我国一次性能源消费结构中，煤炭就站70%以上，目前的采煤量仍是我国经济发展的一大障碍，所以高产、高效、高安全性的采煤技术就尤为重要。

一、煤矿开采中的采煤技术分析1 煤矿开采技术1.1 采煤方法和工艺煤矿高效集约化、高度集中和高可靠性的矿井开采技术，是以提高单位面积的产能和生产的集中化为核心，以提高生产效率和经济效益为目标。

研究、开发多种环境下的高效能、高安全性的采煤设备、采煤工艺，通过简单、高效、可靠的生产系统和开采设备，以及生产过程监控与科学管理相互配套的开采技术，推广各种矿井煤层条件下的采煤机械化，进一步改进工艺和完善装备，利用科学技术提高生产力水平和扩大科学技术的使用范围，提高采煤机械化程度和机械化水平。

1.1.1利用“浅埋深、顶板硬、煤层硬的高产高效的现代煤矿开采成套技术”，解决以下技术难题：①利用浅埋深、小地压的顶板控制技术，解决顶板较硬的岩层。

②研究开发浅埋深、小支承压力条件下厚硬顶煤的处理技术，解决控制厚度较硬的顶煤。

③研究开发较为应用的综放及回采工艺，以解决两硬条件下的放顶煤的快速开采和推进。

④通过研究开发以及推广宽煤巷锚杆的支护技术，用以解决5.5m 宽的煤巷锚杆支护中的问题，有助于扩大综采配套设备的规模，有助于连续生产作业，建设双高的作业面。

1.1.2缓倾斜薄煤层长壁开采工艺。

针对长壁开采工艺，对于薄煤层的开采需研发经济适用的体积小、功率大、安全性较高的采煤机和刨煤机，以及该煤层下的液压支架和成套采煤装备技术。

深部综放开采软岩巷道切顶卸压自成巷技术研究
于滨;高攀
【期刊名称】《煤炭工程》
【年(卷),期】2024(56)3
【摘要】针对鸟山井田深部综放开采软岩巷道支护难度大的难题,阐释了深部岩层非线性的应力应变特征,在综放面采用切顶卸压自成巷技术,同时采用理论分析、数值模拟和工程试验,研究了深部留巷的可行性,将留巷过程分为三个区并提出了针对性控制对策。

将该技术在鸟山煤矿11031综放工作面回风巷道进行现场试验,现场监测结果表明:该巷道从掘进开始到回采结束,顶板下沉量表现出切缝侧大于巷中大于实体煤帮的规律,最大下沉量分别为155,128,81 mm,顶板离层量稳定时约119 mm,数值模拟结果表明切缝后顶板最大下沉量为175mm,有效控制了深部软岩巷道围岩变形,各项监测指标良好,验证了针对该综放面深部留巷设计的正确性。

【总页数】7页(P32-38)
【作者】于滨;高攀
【作者单位】黑龙江龙煤鹤岗矿业公司鸟山煤矿;中国矿业大学(北京)深部岩土力学与地下工程国家重点实验室;中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TD353
【相关文献】
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开采水平 mining level,gallery level运输大巷及井底车场所在的水平位置及所服务的开采范围。

辅助水平 subsidiary level在开采水平内,因生产需要而增设有运输大巷的水平位置及所服务的开采范围。

开采水平垂高 lift,level interval又称“水平高度”。

开采水平上下边界之间的垂直距离。

矿井延深 shaft deepening为接替生产而进行的下一开采水平的井巷布置及开掘工程。

采区准备 preparation in district采区(盘区、带区)内主要巷道的掘进和设备安装工作。

采区 district阶段或开采水平内沿走向划分为具有独立生产系统的开采块段。

近水平煤层采区又称“盘区(panel)”；倾斜长壁分带开采的采区又称(“带区(strip district)”)。

分段 sublevel曾称“小阶段”、“亚阶段”、“分阶段”。

在阶段内沿倾斜方向划分的开采块段。

区段 district sublevel在采区内沿倾斜方向划分的开采块段。

分带 strip在带区内沿走向划分的开采块段。

前进式开采 advancing mining(1) 自井筒或主平硐附近向井田边界方向依次开采各采区的开采顺序；(2) 采煤工作面背向采区运煤上山(运输大巷)方向推进的开采顺序。

后退式开采 retreating mining(1) 自井田边界向井筒或主平硐方向依次开采各采区的开采顺序；(2) 采煤工作面向运煤上山(运输大巷)方向推进的开采顺序。

往复式开采 reciprocating mining前一采煤工作面推进到终采线位置后，相邻的后续采煤工作面按相反方向推进的开采方式。

上行式开采 ascending mining,upward mining分段、区段、分层或煤层由下向上的开采顺序。

下行式开采 descending mining, downward mining分段、区段、分层或煤层由上向下的开采顺序。

《深部启封综放面回采期间火灾综合防治技术研究》篇一一、引言随着采矿工程的不断深入，深部矿井的开采已成为矿业发展的重要方向。

然而，深部矿井的启封综放面回采期间，由于地质条件复杂、环境恶劣，极易发生火灾事故，给矿工生命安全和矿井生产带来严重威胁。

因此，开展深部启封综放面回采期间火灾综合防治技术研究，对于保障矿井安全生产具有重要意义。

本文旨在探讨深部启封综放面回采期间火灾的综合防治技术，为矿井安全生产提供理论支持和技术指导。

二、深部启封综放面回采期间火灾的特点及危害深部启封综放面回采期间，火灾的发生具有突发性、隐蔽性、蔓延迅速等特点。

火灾不仅会直接烧毁煤炭资源、设备设施，还会产生大量有毒有害气体，导致人员伤亡和环境污染。

此外，火灾还会破坏矿井生产系统，影响矿井的正常生产秩序。

因此，深入分析深部启封综放面回采期间火灾的特点及危害，对于制定有效的防治措施具有重要意义。

三、火灾综合防治技术研究1. 预防措施（1）加强矿井安全管理，建立健全防火制度，提高矿工的防火意识。

（2）定期检查电缆、电气设备等易燃物品，确保其正常运行，防止因设备故障引发的火灾事故。

（3）加强通风管理，保证矿井内空气流通，降低火灾发生的可能性。

（4）采用阻燃材料和防火涂料，提高矿井内设施的防火性能。

2. 监测与预警（1）安装火灾自动监测系统，实时监测矿井内的温度、烟雾等参数，及时发现火灾隐患。

（2）建立火灾预警系统，通过数据分析，预测火灾发生的可能性，提前采取防范措施。

3. 灭火与救援（1）制定科学的灭火方案，根据火灾类型、规模等因素选择合适的灭火方法和设备。

（2）加强救援队伍建设，提高救援人员的素质和技能水平，确保在火灾发生时能够迅速、有效地进行救援。

（3）建立完善的应急预案，包括人员疏散、设备撤离、救援路线等，确保在紧急情况下能够迅速、有序地应对。

四、技术实施与效果评估在实际应用中，应将预防措施、监测与预警、灭火与救援等技术有机结合，形成一套完整的深部启封综放面回采期间火灾综合防治技术体系。

深部特厚煤层强采动巷道围岩综合应力场演化及支护对策姜鹏飞;代生福;刘锦荣;汪占领;孟宪志【摘要】Taking the supporting of the roadway affected by strong mining in the No. 4 ultra-thick coal seam at Majialiang mine as the background, this paper analyzed the evolution law of the comprehensive stress field composed of in-situ rock stress field, mining-in-duced stress field and supporting-induced stress field in the auxiliary transport entry 14103 adjacent to the working face 14102 by on-site survey and numerical simulation. The in-situ rock stress test results showed that the in-situ rock stress of the roof rock of the No. 4 coal seam at Majialiang mine was high stress in terms of value and its direction is N30. 6~52. 1°W; based on the in-situ rock stress, it is analyzed that the mining-induced stress increased significantly from the crossing point of the auxiliary transport entry 14103 and the working face 14102 to the space 50m behind the working face and tends to be stable 150m behind the working face; the on-site survey showed that the change trend of the supporting-induced stress is consistent with that of the mining-induced stress, and the significant increase of the supporting-induced stress in the auxiliary transport entry 14103 is slightly behind that of the mining-induced stress in term of space due to the influence of coal pillars; the higher the prestress of the bolts and cable bolts is, more stable its force is; when the prestress is comparatively low, the change of the internal supporting-induced stress is more fierce due to the influence of the min-ing. Based on the analysis ofthe in-situ rock stress field, mining-induced stress field and supporting-induced stress field, the support-ing measures for the auxiliary transport entry 14103 were proposed. The on-site monitoring results showed that the after the mining of the working face 14102, the contraction ratio of the roadway section was only 8. 8%, which completely met the requirements for roadway transport and ventilation.%以麻家梁矿4号特厚煤层强采动巷道支护为背景,采用现场实测、数值模拟方法分析了14103辅运副巷在相邻14102工作面回采过程中的原岩应力场、采动应力场和支护应力场构成的综合应力场演化规律。

对大采高综放开采方法的研究摘要：相比于其他采矿技术来说，大采高综放开采技术的优势十分显著，因而在铁矿开采中得到了十分广泛的应用，创造了可观的经济效益。

然而不容忽视的，该技术并不能适用于所有的铁矿层采掘中，需要明确大采高综放开采技术的适用环境和特点，才能保证技术得到科学合理的使用。

本文将对大采高综放开采技术的优势、缺陷以及具体应用策略加以探讨和分析，以达到扬长避短，提高采铁效率的目的，从而促进铁矿开采的现代化、自动化发展。

关键词：大采高；综采放；开采方法引言：随着科技的快速发展，各种先进的技术和设备被应用于铁矿开采之中，极大的扭转了传统人力施工的种种弊端，减少了资源的投入力度，促进了生产效率的提升，给开采工作注入了新的生机和活力。

其中最为显著的就是大采高综放开采技术，该技术的适应能力强，在多种复杂的地质环境下都可以有效发挥作用，且实现了特厚铁层的机械化作业，使得铁矿生产更加安全高效，符合新时期矿产行业的发展需要，因此对大采高综放开采技术的研究和推广有着非常积极的意义。

一、大采高综放开采技术的适用条件2007年1月1日施行的《铁矿安全规程》第68条规定采放比大于1∶3的工作面严禁采用放顶铁开采，对于铁层厚度大于14m的铁层一次采全高，大采高综放开采将成为唯一途径。

开采适用条件如下：①铁层厚度以8～14m为佳，铁层平均厚度小于4m时严禁放顶铁。

采放比应控制在1∶3，对于厚度变异系数大的铁层，采用放顶铁开采较之其他开采方法采出率高、经济效益好；②铁层的普氏系数一般应小于3，否则需采取顶铁的预破碎或其他弱化措施；③铁层埋深不宜小于100m，节理裂隙不发育的铁层埋深最好在300m以上；④铁层中含有坚硬夹矸层厚度单层不宜超过0.5m，否则需采取破碎措施。

顶铁中夹矸层厚度占铁层总厚度的比例也不宜超过10%～15%；⑤直接顶应具有随顶铁下落的特性，其冒落高度不宜小于铁层厚度的1.0～1.2倍；⑥在缓倾斜和倾斜铁层中均可采用，在急倾斜特厚铁层中可采用水平分段放顶铁采铁法。