军城煤矿近距离煤层联合开采分析

连采机双巷快速掘进技术在煤矿采煤中的应用摘要：随着中国“双碳”目标的提出，煤矿企业在逐步整合，煤矿的规模也在逐渐缩小，但煤炭仍然是当前工业发展所需要的重要能源之一，所以各大煤矿的开采效率都在逐年提高。

随着矿井综合机械化开采的不断发展，矿井掘进巷道的使用量逐年增加，但目前矿井的掘进效率仍不能完全适应矿井作业的需要。

关键词：连采机；双巷快速掘进；煤矿应用引言随着自动化技术的发展和应用的广泛应用，在煤炭推进下正在快速上升，机车位置的自动监测和校正可以加快街道的自动样机建设。

当今煤矿下技术的实际应用中，煤矿下快速采矿技术的合理运用可以有效提高技术水平总体水平，提高一次性加工效率，提高原材料效率，满足井下原材料需求，保证整个过程的经济性。

1.巷道快速掘进的制约因素1.1地质构造条件一般来说，煤矿容易受到地质损害。

矿物开采的主要因素是容易断裂、褶皱等生产区的地质构造，这不仅使煤炭开采更加复杂，而且严重影响了胡同的埋土速度。

在煤层开采中，褶皱、刚度、气体和湿度等因素直接影响巷道掘进速度。

1.2连采机快速掘进系统在采煤工作面的综合机械化采矿技术和装备尚未得到迅速发展以前，国内采用的是房柱采煤法。

此后，中国煤矿装备的研制和设计人员对连采机掘进技术进行了不断的完善和改造，使它在煤巷中得到了广泛的应用。

连续采煤机采用横向切割减速装置，断面宽度通常为3.3m，在掘进过程中，往往采取“采垛”前“切槽”的方法。

由于连续采煤机具有宽大的辊子，在切削时一次成型，切削减速机和辊子受到的压力很大，因此，这种快速掘进系统常被应用在煤巷中。

掘进系统的主要装备有连采机、梭车、连续运输系统、锚杆钻机、履带行走架。

在实际工作中，采用煤矿巷道连续式快速掘进技术时，通常用的是双巷式掘进技术。

2.煤矿井下巷道快速掘进技术分析2.1发展掘锚新机具随着科技的迅速发展，在复杂多变要求下快速挖掘的发展历程大致包括了掘进机割料、运料、打顶眼与安装、成巷与支护等的基本工作过程。

急倾斜特厚煤层综放开采实践李前，魏东，杨世杰（华亭煤电股份有限公司，甘肃华亭744100）摘要：从开采技术、工作面装备标准、提高采出率的措施、技术经济指标等方面，总结了华亭煤矿急倾斜特厚煤层综采放顶煤开采的实践经验，所提供的经验体会对同类矿井的设计和生产具有一定的参考价值。

关键词：急倾斜特厚；煤层；综放开采中图分类号：TD823.213文献标识码：B文章编号：0253-2336（2002）08-0017-04LI Oian，WEI DOn g，YANG Shi-ie（，744100，）华亭煤矿采用立井、斜井联合开拓，主斜井铺设25 大倾角带式输送机提煤，副立井采用1I矿车双层四车罐笼单罐平衡锤提升，副斜井在矿井开拓接续时期继续采用串车提升。

设计生产能力300万I/a，目前有2个综放工作面水平分层（段）放顶煤开采，矿井实际生产能力达到300万I/a。

!概述矿井开采煤层为侏罗纪华亭组10煤层，属长焰煤。

煤层厚度33.86~68.72m，平均51.51m，倾角45 。

10煤层下部结构简单，上部结构复杂，夹矸一般4~5层。

顶板一侧有15m左右的亮煤，层理发育，单轴抗压强度10~20Mpa，易垮落；中部为20m左右的暗煤，单轴抗压强度20~30 Mpa；距底板15m左右有一层厚度1.01m的夹矸层，岩性以油母页岩及砂岩为主，10煤层伪顶岩性为碳质泥岩及砂岩，赋存不稳定；直接顶为砂岩或粉砂岩，厚度1.26~19.5m，易垮落，块度大，属!级顶板；老顶为粉砂岩及细砂岩；煤层底板为泥质胶结的中-细砂岩。

10煤层的视密度为1.32 I/m3，普氏系数=2~3。

10煤层属易燃煤层，自然发火期为2~3个月，最短为28c。

矿井地质构造简单，无大的褶曲和断层，10煤层全井田可采，赋存稳定，为急倾斜特厚稳定煤层，相对瓦斯涌出量0.67m3/I，煤层瓦斯含量低，为低瓦斯矿井。

"开采技术采用水平分层（段）综采低位放顶煤采煤法。

江苏省煤炭工业科技进步奖预获奖项目公告一等奖1、徐州矿区奥灰富水规律及综合防治技术研究徐州矿务集团、中国矿业大学朱亚平韩宝平杨家华陈忠胜刘汉湖裴宗平常文林等2、新会计准则应用研究－《煤炭企业会计核算方法设计》徐州矿务集团、中国矿业大学吴志刚张锦河朱学义奚祖延张志成刘三兴林爱梅等3、徐州矿务集团存量土地资源再开发策略研究徐州矿务集团、中国矿业大学黄新海蔡冬林常江石炳华周梅华周长勇李静等4、矿井水一体化净化与复用系统的研制与应用徐州矿务集团三河尖煤矿、中国矿业大学吴兴荣杨茂田张玉水李浩陈锁中翟永刚张峰等5、千米立井大冻深快速凿井关键技术研究江苏华美工程建设集团王慧明万援朝樊九林仁家亮汪仁和王明新李静等6、热电厂MNS煤泥输送系统技术优化与完善上海大屯能源股份发电厂马振欣蓝箭增肖心治徐勇施勇刚王明炎李自勇等7、姚桥矿冲击地压倾向性推测预报技术研究上海大屯能源股份姚桥煤矿孙凯于剑英张沛顶李跃文燕守启王涛闫相宁等8、巨厚火成岩腐蚀阻碍区简易放顶煤工作面瓦斯与自燃综合治理研究安徽建筑工业学院、华润天能（徐州）煤电萧县永固煤矿卢平王卫国刘士春王月瑞肖俊峰吴旭明余陶等9、《极近距离不稳固煤层联合开采技术研究》中国矿业大学、新光集团淮北刘东煤矿刘长友宋海涛朱开成马文顶王燚鲁岩范国梁等10、采空区上部极薄煤层复采技术研究与实践江苏宏安集团、中国矿业大学白文连朱炎铭冀铭君钟昌波韩峰贾入法董自聪等11、江苏煤矿安全培训考试题库建设及远程考试系统开发应用江苏省徐州机电工程高等职业学校（江苏省煤矿安全技术培训中心）刘荣林肖正亚屈新安严建华陈浩王浩王明新等12、综掘机械化临时支护技术与装备的研究煤炭科学研究总院南京研究所胡林徐锁庚孙玉萍高松童小冬13、KBSGZY-6300/10/3.45特大容量智能矿用隔爆型移动变电站江苏中联电气股份、东南大学、中国神华神东煤炭分公司季奎余王继生苏成勇胡剑武佩刚叶文华曲正云等二等奖1、煤炭企业安全监察信息系统平台的开发与应用徐州矿务集团吴志刚王继承印兵王直亚郭锐等2徐矿集团薄煤层机采工艺研究与应用徐州矿务集团赵从国刘思佳柳世海顾新泽嵇坚等3、操纵注浆加固地层防治井壁破裂机理及关键技术研究与应用徐州矿务集团张双楼煤矿朱亚平朱庆华周国庆陈宁赵光思等4、带式输送机托辊的设计及加工工艺研究徐州矿务集团权宇实业陈国香曹国平马新华沈娟荣群等5、DTL120/115/2×1250S带式输送机的研制与应用徐州华东机械厂李铁民王柏华郭钦赵谰蔡宝成等6、喷射混凝土速凝剂的研制及应用徐州矿务集团三河尖煤矿高晓云狄远德孟召信奚修道徐家连等7、ZBZ—4.0（2.5）/660（380）ZII矿用隔爆型煤电钻综合爱护装置徐州矿务集团生产技术部、徐州华东甲申煤矿电器制造李南张玉林冯春徐秀华柳世海等8、大倾角综采液压防滚矸装置研制与应用研究徐州矿务集团庞庄煤矿郝明奎张宝泰顾维娣陈江储扣宝等9、提升载荷及钢丝绳张力自动检测爱护装置的研制与应用徐州矿务集团权台煤矿储化坤王世金王启旺曹培红周伟等10、矿井斜巷运输安全操纵综合技术研究与应用徐州矿务集团旗山煤矿马新华丁召忠张北平程劲松陈国强等11、夹河矿深部采场矿压显现规律及其操纵技术研究与应用徐州矿务集团夹河煤矿、山东科大中天电子权景伟汤建泉胡仁山许云良杨善冲等12、突出煤层下山石门揭煤工艺的研究与应用徐州矿务集团张集煤矿葛逸群赵雪兵纪传东王以峰朱雄清等13煤尘及其成分接触水平调查与其危害现状研究徐州矿务集团总医院鹿德智蔡冬林宋志方杨海兵陈天龙等14、磁共振弥散/灌注成像在急性缺血性脑血管病中的临床应用研究徐州矿务集团总医院荣良群魏秀娥张涛许静张明星等15、骨髓干细胞移植治疗心肌梗死后心力衰竭的实验及临床研究徐州矿务集团总医院祈春梅武维恒狄长华冯建启李莉等16、微创经皮钢板内固定在近关节骨折中的临床应用研究徐州矿务集团第一医院江水华郭开今吕福庆李香业周本华等17、煤炭企业财务进展战略导向型模拟软件开发中国矿业大学兖州煤业股份朱学义徐炳春刘梅玲张毅樊世清等18、面向多层级库存的煤炭集团物资治理系统中国矿业大学、枣庄矿业（集团）有限责任公司王建军阚世光张磊秦兴举冯文龙等19、隐患排查治理与决策支持系统中国矿业大学、金牛能源股份尹志民赵作鹏刘韵杨绿刚王潜平等20、立井井筒煤与瓦斯突出煤层瓦斯抽放及揭煤综合防突技术研究中煤第五建设公司第四工程处王祥军朱全生华德宏常胜秋冯纪林等21、白集煤矿深部开采通风安全保证综合配套技术研究连云港市煤炭工业公司、中国矿业大学马广明杨胜强韩家根于宝海安宜高等22、拾屯煤矿大倾角巷柱采煤工面防灭火规律的研究扬州煤炭工业公司拾屯煤矿何启林包瑞民印东平房素明丁帮才等三等奖1、夹河煤矿安全生产及煤质治理超前预警机制的研究与应用徐州矿务集团夹河煤矿权景伟许云良胡仁山丛振张雷等2、徐州矿务集团征迁空间信息系统开发徐州矿务集团李正军张世宏笪建元卞正富冷海龙等3、大倾角高档普采工作面液压挡矸装置的研制与应用徐州矿务集团张集煤矿陈维益丁成群刘运高柳世海阚宗峰等4、功率型LED白光照明技术的研究应用徐州矿务集团权宇实业陈国香王勇杨明刘文水范文龙等5、ZYC3200/10/20型薄煤层液压支架研制徐州华东机械厂贾德峰李铁民嵇坚葛逸群徐秀华等6、煤矿大型固定设备噪声操纵与降温技术研究与应用徐州矿务集团三河尖煤矿、山东科技大学吴兴荣王昌田唐典彩元平江李剑锋等7、徐州矿务集团煤矸石综合利用技术研究与应用徐州矿务集团技术监督处、旗山煤矿朱亚平赵从国许祥左王钦方王克军等8、旗山煤矿煤炭质量监测系统的研究与应用徐州矿务集团旗山煤矿夏书贵何玉军刘洋刘利魏洪海等9、长距离跨采-850m大巷群稳固性推测与操纵研究徐州矿务集团旗山煤矿、山东科技大学夏书贵陈士海秦荣宏程惠东刘银根等10、综掘机截割部人体自动检测报警爱护装置研制与应用徐州矿务集团旗山煤矿夏书贵谭江江罗洪森刘银根刘利等11、垞城煤矿主提系统技术改造研究与应用徐州矿务集团垞城煤矿张玉林张东明胡长兴闫德科李玉海等12、徐州西部矿区立井深厚表土段冻结施工技术研究江苏华美工程建设集团建井工程处王慧明万援朝张英祥刘益成李静等13、生产矿井模拟救灾实战训练技术的研究与应用徐州矿务集团抢救大队、技术中心成济徽陈胜利左步锋陈启成朱朝朋等14、煤炭多经企业经营风险预防及操纵治理模式的研究与应用徐州矿务集团权宇实业王勇王正利马中远王生明邹乐文等15、采空区煤炭自燃防治技术的研究与应用徐州矿务集团张集煤矿陈维益葛逸群赵雪兵刘运高阚宗峰等16、矿井立井大型井架吊装工艺研究与应用江苏华美工程建设集团机电安装处王慧明王明中季先华黄瑞平徐慧锦等17、垞城煤矿采煤工作面破裂顶板深孔固化技术研究与应用徐州矿务集团垞城煤矿耿富强俞家新董世刚何卫明闫德科等18、井下防尘水系统自动稳压给水装置研制与应用徐州矿务集团庞庄煤矿郝明奎王永丰吴建华孟建兵李波等19、常闭式限位闭锁风门研究与应用徐州矿务集团生产技术部钱泽兵俞小林魏威冯永华陈开明等20、基于HEMS降温系统的深井高温区域二期降温扩容工程研究与应用徐州矿务集团夹河煤矿权景伟许云良梁建民解庆典张雷等21、极薄煤层开采技术研究与应用徐州矿务集团韩桥煤矿张开玉柳世海张宝泰石长坤付文刚等22、夹河煤矿通风系统优化研究徐州矿务集团夹河煤矿王荣生何启林陈胜利权景伟许云良等23、自动吐带压带装置的研制与应用徐州矿务集团权台煤矿储化坤王世金王启旺刘淑华张金思等24、垞城煤矿南翼采区优化设计的研究与实施徐州矿务集团垞城煤矿杨思光董世刚胡长兴孙益建闫德科等25、胶带传动机械式清理机的研制与应用徐州矿务集团权台煤矿王启旺刘淑华张金思蔡卫星王宽敞等26、树突状细胞疫苗抑制大鼠胃癌生长机制的研究徐州矿务集团总医院王建郭召军郭继强白明东喻刚等27、GCV、黄芪联合治疗新生儿CMV感染应用FQ-PCR评定疗效的临床研究徐州矿务集团总医院张娟章承红范红建刘敏陈新军等28、血红素氧合酶-1的诱导对肺缺血再灌注损害的爱护作用徐州矿务集团总医院周中新贾晓民黄继江储伟邱忠进等29、氧对严峻创伤病人免疫指标阻碍的临床研究徐州矿务集团总医院汪明星周峰魏学杰霍维皊王建强等30、X线HKV摄影及数字化成像联合检测煤工尘肺的应用研究徐州矿务集团总医院汪瑞民张涛宋志方李绍奎王绪等31、改良捆绑式胰肠吻合术的实验研究徐州矿务集团总医院白明东王连臣王建徐海戴如飞等32、DNA倍体、PCNA表达、AgNOR含量与放射敏锐细胞对宫颈癌诊断和放疗成效判定的研究徐州矿务集团总医院王旭波贾晓民武维恒柳红崔涛等33、肿瘤化疗前应用重组人粒细胞刺激因子预防白细胞减少的临床研究徐州矿务集团第一医院施亚斌何景生李香业范红建宋绪梅等34、水采工作面极复杂条件下提高回采率的研究与实践上海大屯能源股份孔庄煤矿吴福根陈季斌韩菲李东明权启辉等35、姚桥煤矿-650水平大巷注浆加固技术研究上海大屯能源股份姚桥煤矿、中国矿业大学于士芹于剑英沈志平张玉宽王西峰等36、龙东煤矿井下主排水泵全自动操纵系统的研究与应用上海大屯能源股份龙东煤矿卢如意宋传法王清军司元真朱广辉等37、热电厂机组脱硫设施改造与完善的研究与应用上海大屯能源股份发电厂蓝箭增肖心治程开献徐宁东姚敏等38、大直径急倾斜圆筒煤仓施工技术中煤第五建设公司第一工程处曹武昌袁兆宽田建胜戎尚庆徐燕新等39、井塔土建工程与安装工程平行作业施工治理技术中煤第五建设公司第五工程处钱乔国庄峰杨益明冯茂祥刘振伦等40、利用六层吊盘安装立井井筒装备技术中煤第五建设公司第五工程处田德文刘振伦杨益明王家星谌喜华等41、立井冻结站自动监测技术研究与应用中煤第五建设公司第三工程处张步俊刘增东刘文民程志彬刘传申等42、立井施工挖掘机的改制与应用技术研究中煤第五建设公司第三工程处刘传申马传银王慧程志彬杨思臣等43、江苏省靖江市马洲岛地热深地震及CSAMT法综合勘查研究报告江苏煤炭地质物测队栾国廷邱增果徐永清周兴国程怡等44、电袋复合除尘器徐州坝山环保热电张秀琨戴体勇孙乐场郑刚45、白集煤矿深部回采巷道围岩移动规律及操纵技术研究连云港市煤炭工业公司、安徽理工大学马广明李德忠韩家根夏效够朱大蒲等46、喷射混凝土专用化学抑尘剂研究煤炭科学研究总院南京研究所张少波戈和建高友存黄祥董辉辉等47、BRW500/31.5型乳化液泵南京六合煤矿机械有限责任公司张建东戴一鸣董绵宣俞坤永王朝喜等。

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。

722021年第1期综放工作面过上覆集中煤柱应力区支护技术探析卢远成（大同煤矿集团有限公司同忻煤矿，山西 大同 037003）摘 要 以8102孤岛小煤柱综放工作面为研究背景，针对该工作面受上覆集中煤柱应力影响，巷道变形严重的问题，提出在采煤侧煤帮施工卸压孔、底板开卸载槽、地面水力压裂、巷道顶板补强支护以及单体柱超前支护加固技术和工艺，有效降低强矿压给回采工作面带来的安全风险，实现工作面的安全回采。

关键词 孤岛；综放；强矿压；支护中图分类号 TD353 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2021.01.025Probing into the Support Technology of Fully Mechanized Top Coal Caving Face Passing theOverlying Concentrated Coal Pillar Pressure ZoneLu Yuancheng(Tongxin Coal Mine, Datong Coal Mine Group Co., Ltd., Shanxi Datong 037003)Abstract : Taking 8102 isolated island small pillar fully mechanized top coal caving face as the research background, in view of the problem that this face is greatly affected by the overlying concentrated coal pillar pressure and the roadway deformation is serious, it is proposed to mine in two channels coal side and floor construction pressure relief drilling, ground hydraulic fracturing, roadway roof reinforcement and support, and single column advanced support and reinforcement technology. This technology can effectively reduce the safety risks brought by strong rock pressure to the mining face, realize the safe mining of the working face.Key words : isolated island; fully mechanized top coal caving; strong coal pressure; support收稿日期 2020-08-14作者简介 卢远成（1987—），男 ，重庆荣昌区人，2010年毕业于重庆大学采矿工程专业，本科，工程师，从事煤矿安全生产工作。

一、公司简介火烧铺煤矿位于贵州省盘州市火铺镇境内，始建于1966年，1971年正式投产，为平硐、斜井联合开拓，煤矿井田面积26.47km²，已探明煤炭储量50781.36万吨，可动用煤炭储量7330.04万吨，现年生产能力达到285万吨，是贵州盘江精煤股份有限公司主产煤矿之一。

近年来，随着开采深度的不断增加，地质复杂、断层多等问题给煤矿安全高效生产带来了极大挑战。

对此，火烧铺煤矿坚持创新发展，坚定不移走机械化、自动化、信息化、智能化的高质量发展道路，通过引进智能设备、优化系统，加快推进生产模式由原来的“傻、大、黑”向“高、新、尖”转变。

2022年，煤矿成功引进应用了大功率采煤机、重型掘进机、大功率钻机、单轨吊、巷修机、清仓机、永磁电动滚筒、泥煤深度分选等一系列新技术、新装备、新工艺，大大提高了生产效率和安全保障能力。

2022年全年生产原煤230.96万吨，同比增长10%，有力支持了地方经济高质量发展。

二、实施背景一直以来，三软煤层（软的顶板岩层、软的主采煤层和软的煤层底板岩层）开采都是制约煤矿安全生产、高质量发展的重大难题。

目前，火烧铺矿主采的17#煤层就是典型的三软煤层，具有煤层松软破碎，结构复杂，夹矸及煤层厚度变化大、煤层倾角大的特点，且还属于突出煤层。

17#煤层储量丰富，现有地质储量为4644万吨，占全矿井现有地质储量（41732.75万吨）的11.1%。

同时，17#煤层的煤质好，采出的原煤内在灰份15%~19%，挥发份为28%，含硫量低（0.28%），高位发热量为20.3MJ/kg，低位发热量为25.2MJ/kg，只需将灰份降低，就能达到用户要求。

然而，正是由于三软煤层特性，使得火烧铺矿17#煤层开采进展受到了严重影响。

火烧铺矿17#煤层13174工作面采用的是ZY3800/15/33型支架，回采过程中容易出现支架压架、咬架、支架移架困难等情况，导致工作面月平均推进度仅40m左右，不仅严重降低了工作面的回采速度，还存在巨大的安全隐患。

大倾角掘进工作面上山施工临时支护方式研究及应用摘要：大倾角掘进工作面上山施工过程中如遇到断层、陷落柱等地质构造时，巷道围岩比较破碎，给顶帮管理造成很大的困难，影响安全施工。

为了解决这一技术难题，军城煤矿在施工大倾角上山过程中，根据巷道围岩的完整稳定性，并结合相关文献资料，对临时支护方式进行研究。

研究结果表明：掘进工作面采用这种联合临时支护方式对破碎围岩进行了有效控制，保证了施工安全。

关键词：大倾角掘进工作面；破碎围岩；临时支护；前探梁；护帮梁；护岩网中图分类号：td-7 文献标识码：a 文章编号：1009-2374（2013）01-0110-03军城煤矿是一个新建矿井，井下地质条件复杂，断层、陷落柱等地质构造较多，这些构造附近的煤岩层由于受地质作用影响变得破碎、不稳定，给施工现场顶板管理造成很大的困难。

军城煤矿采区上山都沿煤层顶底板布置，局部巷道坡度达35°，在掘进过程中遇到这些地质构造时，顶帮及迎头围岩易发生片帮、冒顶事故，严重影响施工安全。

因此掘进工作面采用单一的临时支护方式无法对围岩进行有效控制。

经过研究论证，掘进工作面采用初喷浆、前探梁、护帮梁及护岩网等联合支护方式对围岩进行了临时控制，为工作面永久支护创造了条件，保证了安全生产。

1 初喷浆技术的应用是对破碎围岩进行控制的重要临时支护方式大倾角上山迎头放炮后，首先对迎头进行敲帮问顶，找掉顶帮活矸危岩，然后进行初喷浆，喷浆厚度控制在3～5cm。

对巷道围岩进行初喷浆后，使围岩得到及时封闭，防止了围岩风化，加固了围岩，阻止了围岩碎胀变形，增强了巷道围岩的稳定性，在顶帮围岩控制和巷道成型方面均取得了良好的效果。

初喷浆这种临时支护方式对围岩的控制主要有以下几个特点：（1）及时性，由于支护及时，降低了巷道围岩的风化，较好地保持了围岩的自持能力，并给围岩及时提供支护抗力，从而改善了围岩的应力状态。

（2）密封性，由于及时喷射混凝土，全面密封围岩，很好地阻止了风化作用，同时也阻止了潮气和地下水对围岩的侵蚀，保护围岩不受潮解和膨胀，维持了围岩强度。

总论一、项目名称、隶属关系及所在位置项目名称：山西焦煤集团有限责任公司杜儿坪煤矿1、6、7号煤层可采性论证报告。

所在位置：山西焦煤集团有限责任公司杜儿坪煤矿（以下简称“杜儿坪矿”）位于西山煤田东北部，太原市以西15km，行政区划属于太原市万柏林区西铭乡和古交市邢家社乡管辖。

隶属关系：本项目隶属于山西焦煤集团有限责任公司。

二、单位概况杜儿坪煤矿原称杜儿坪坑，1956年由地方煤矿划归为中直煤矿，成立杜儿坪煤矿，隶属西山矿务局，当时原煤产量240kt/a。

从1957年开始历经改扩建：1964年经省煤管局批准报煤炭部备案，杜儿坪矿井核定生产能力为1200kt/a；1974年新增北二盘区投产，矿井设计能力提升为1650kt/a；1977年12月煤炭部批准了增加设计能力1350kt/a 的《杜儿坪矿扩建初步设计》，于1978年3月开始建设，1982年10月南五盘区投产，增加设计能力450kt/a，1984年最高原煤产量3400kt，为矿井设计能力的170%；1986年11月30日1010水平北一盘区投产，除满足水平接替外，新增设计能力90万t/a，至此，经过多次技术、环节改造，矿井生产能力达到300万t/a，原采煤方法采用普采。

1998年7月1日，西山矿务局及其所属各矿由中直煤矿划归地方政府，2004—2006年环节能力改造结束后，矿井生产能力现已提升到500万t/a。

2016年省核定能力385万t/a（晋煤行发﹝2016）267号文）。

三、证件信息该矿井目前为正常生产矿井。

2018年8月13日，山西省自燃资源厅为该矿换发采矿许可证，证号为C1400002018081120146614，井田面积69.1135km2，生产规模300万t/a，批准开采煤，开采深度为1240m至900m标高，有效期限自2018年8月13日至2020年8月13日。

2019年12月3日，山西煤矿安全监察局换发安全生产许可证（编号（晋）MK安许证字[2019]GA001Y4B3），有效期自2019年12月14日至2020年8月13日。