[发明专利]基于采煤工作面的自动采煤方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于采煤工作面的自动采煤方法。

背景技术

我国煤矿开采以井工煤矿开采为主，在煤矿工作面十分容易发生事故，造成停工停产，造成很大的损失。为了提高采煤工作面的自动化水平，减少井下作业人员，提高煤矿安全生产水平，减少煤矿矸石出矸量，节约能源，就必须要实现采煤工作面的无人或少人化开采，实现采煤设备的远程操作，就必须要实现采煤工作面的煤岩识别，实现采煤机的自动或远程控制割煤。

采煤机在工作过程中，滚筒的高度调节目前主要由人工完成。一方面，是由于采煤工作面的煤岩工作面不清楚，不知道何时割到岩石。另一方面，地质数据和其它位置、设备数据信息没有进行融合，人们对于信息的利用还不够，不能够也不敢做出判断。在实际工作中，采煤机在工作过程中产生大量煤灰粉尘，使人工凭视觉难以观察滚筒是否切割岩石。同时，机器本身的噪音很强，通过声音状态也难以判断是否切割岩石。而且，人工在近距离操作控制采煤机，具有极大的危险性，高粉尘的环境，容易引起瓦斯爆炸。而且，对于人工调节滚筒高度，具有极大滞后性，采煤机滚筒截割带来大量岩石，混入原煤，降低了原煤的质量，也给选煤工作带来极大的不便，而且，切割岩石也磨损采煤机设备，减少了寿命，增加了维护维修的成本。同时，持续切割岩石也会造成采煤界面的顶岩坍塌，造成重大伤亡事故。采煤机的工作环境是高危险，高粉尘，强噪音，阴暗的空间，对于人工获得采煤机的工作状态是难以完成的。实现采煤机滚筒自动调高不仅是实现采煤工作面生产过程自动化的重要环节，而且对延长机器寿命、提高了采煤机的作业效率，提高设备可靠性、减轻截齿的磨损、减少采煤机的维修，保障工人安全、使作业人员远离危险工作面、提高采煤作业的安全性，提高煤炭质量具有重要意义，而自动调高的前提是首先要对煤岩界面进行识别。

煤岩界面识别可以使采煤机具有自动追踪煤岩截割面的能力，不仅有助于引导煤矿井下采煤作业的自动化，提高煤炭生产效益；而且减少在选煤过程中必须除去的矸石和其它矿物含量。煤岩界面识别技术可用于人工操作的采煤机以及计算机控制的采煤机。可靠的煤岩界面识别系统在经济效益和安全作业两方面都具有突出的优点，它可以提高煤层的回采率，降低煤中的矸石、灰份和硫的含量；提高采煤作业效率；减轻设备磨损；减少设备维修量和停机时间；由于机器磨损，降低了空气中的岩尘含量，并可使作业人员远离危险工作面。作为实现采煤自动化的关键设备之一，煤岩界面识别系统需要深入研究。因此开展煤岩识别技术的研究，将进一步提髙煤巷自动化掘进工作面的作业效率。煤岩识别技术是实现采掘自动化的关键技术之一，可靠的煤岩识别技术不但能够使掘进机在作业过程中能够实现对顶板或底板的自动识别，而且还能够实现对巷道两帮的煤层与岩层的识别，并能够实现对煤层夹矸的识别且判断其存在的位置。

外国对煤岩识别的研究始于60年代初。国内外近年研究所采取的方法主要有γ射线探测法、雷达探测法、红外探测法、有功功率监测法、振动分析法、光学检测法等方法。

尽管国内外学者提出了多种煤岩界面探测方法，但大多数仍处于理论和实验研究阶段，还不具备实用价值，同时由于地质条件的复杂性等种种原因，一些实用的煤岩界面识别系统的使用范围受到严重限制，使用效果不佳。

γ背散射法的缺点是人工γ射线的穿透能力不足，难以保证与顶煤良好接触。另外，煤中夹杂物也对探测精度存在着影响。

自然γ射线法的技术比较成熟，其优点在于非接触测量，信号分析简单，但是该方法有下列缺点：（1）要求留一定厚度的顶煤；（2）该方法不能适用于顶板不含放射性元素或放射性元素含量较低的工作面，例如该方法对于砂岩顶板适应性较差，对于中国煤矿只有20%左右的矿井可以应用；（3）受煤层中夹矸量影响，由于煤矸混合物中矸石的含量与γ射线辐射强度有直接关系，而γ射线辐射强度对探头与煤矸混合物之间距离很敏感，因此距离的微小变化可能会引起γ射线辐射强度较大的变化，使得探测精度降低，因此对于煤层中夹矸严重的情况，该方法也难以实现煤岩分界；（4）难以商业化，由于每个综放工作面有上百个液压支架，每一台液压支架的煤炭放落程度都需要检测，因此一个综放工作面就需要安装上百个自然γ射线煤矸传感器，基于自然γ射线的煤矸界面识别传感器的成本很高。（5）探测仪安装维护不便，放煤工作面环境复杂，探测仪探头位置不易固定，煤矸混合物对尾梁的冲击可能会阻塞钢板上的小孔，致使γ射线无法顺利到达探头。