煤矿无人工作面开采技术研究

　　前言

　　中国矿产资源面临的资源短缺,供应乏力的严峻形势,已经成为发展工业的瓶颈,这种状况继续发展下去,势必对国民经济的可持续发展产生深刻影响。煤炭行业的发展受到国家高度重视,“863”计划已在矿产资源高效勘查与开发利用技术领域重点提出发展地下无人采矿技术,但目前采矿行业中仍存在很多问题。

　　1)煤炭产量高,死亡率高

　　21世纪，中国成为世界上第一产煤大国，全国产煤从2000年的9.9亿t到2006年的23.3亿t,而伴随高产量的是煤炭行业的高死亡率。2006年,全国小煤矿的百万吨死亡率为5.56人,地方重点煤矿为2.81人,国有大型煤矿为0.96人。百万吨死亡率是美国的近100倍,俄罗斯的近10倍,印度的近12倍。

　　2)煤炭需求量大,资源浪费严重

　　全国煤炭需求预测为:2010年25亿～27亿t,2020年30亿～32亿t,占能源需求量的60%以上;而全国煤矿的平均资源回收率为30%～35%,资源富集地区的小型矿井资源回收率只有10%～15%,薄煤层储量占中国煤炭储量约20%,而产量仅占约8%,煤炭企业存在着严重的“采厚弃薄”、“吃肥丢瘦”现象。

　　3)重大灾害事故频繁

　　工作面瓦斯突出、瓦斯煤尘爆炸与顶板事故是矿井的重大灾害,工作面发生重大事故频率高。

　　4)开采技术发展迅速,总体水平落后

　　2005年,全国高产高效矿井有197处,采掘机械化程度达到75%,开采技术发展迅速,基本达到世界领先水平。而煤矿总体生产技术水平低、装备差、效率低,特别是乡镇煤矿,基本上是非机械化开采,非机械化采煤占60%。为解决上述问题,改善煤炭现状,维持煤矿资源的可持续发展,基于无人工作面开采技术特征,本文提出现阶段需要加大对无人工作面先进采煤技术的研究力度,提高综合开发矿产资源水平。

　　1 国内外研究现状

　　实现少人、无人的自动化采矿是当前国际采矿界研究的热点。美国和澳大利亚的煤炭企业在这方面走在前面,20世纪80年代以来,他们在工作面采用了计算机(技术)、大功率电牵引采煤机、电液控制的液压支架和具有软启动功能刮板输送机,实现了工作面三机的自动化及井下环境安全信息实时监测。90年代开始,加拿大、芬兰、瑞典分别制定了矿山自动化方案,20世纪90年代初,加拿大国际镍公司(Inco)开始研究遥控采矿技术;1992年,芬兰采矿工业宣布智能采矿技术方案;瑞典制定向矿山自动化进军的“Grountecknik 2000战略计划”。由于地质条件的复杂以及多种因素的影响,中国无人自动化采矿发展相对落后,国内科研单位也相继开展了采矿机器人(MR)、矿山地理信息系(MGIS)、三维地学模拟(3DGM)、矿山虚拟现实(MVR)、矿山GPS定位等方面的技术开发与应用研究,在煤矿中的应用取得了一定的成效。2000年9月,北京开采所与北京煤机厂、德国DBT公司等厂家合作为铁法煤业集团小青煤矿装备了国内第一个薄煤层自动化无人工作面。2004年7月,山东新汶矿业集团公司从国外引进螺旋钻机采煤新工艺,工人在工作面以外的地点操作机电设备,可完成破煤、装煤、运煤等各工序,实现了无人工作面。2005年5月,大同煤矿集团从德国DBT公司引进了一套自动化刨煤机,实现了国内首个薄煤层刨煤机综采无人工作面。2007年3月,中国首个具有自主知识产权的自动化、信息化采煤工作面在山东兖矿集团东滩煤矿正式投产,标志着中国煤炭行业高产、高效矿井建设进入新阶段。高产高效开采技术的迅速发展、综采自动化工作面安全高效综合配套技术的发展,以及大功率电牵引采煤机、液压支架和刮板输送机自动控制和工况检测与故障诊断技术的实现,使工作面自动化程度迅速提高,在地质条件较好的地方(神东地区),工作面基本实现少人、无人开采。