近距离高瓦斯煤层群薄煤层无人工作面开采设备及方法与流程

本发明涉及一种薄煤层无人工作面开采设备及方法，特别是一种近距离高瓦斯煤层群薄煤层无人工作面开采设备及方法。

本发明涉及一种煤矿开采方法，具体是一种难采薄煤层无人工作面开采方法，应用于煤矿地下开采中薄煤层优质煤炭资源开采、近距离高瓦斯煤层群的卸压防突及冲击地压防治领域。

背景技术：

经过多年的开采，我国不少地区矿井的中厚和厚煤层的储量已接近枯竭，而对于薄煤层(厚度≤1.3m)的开采，长期由于经济技术和安全等原因而处于缓慢发展的状态。我国煤炭储量中薄煤层的可采储量约为61.5亿t，占全国煤炭总可采储量的19％左右，然而据不完全统计，我国薄煤层的年产量只占全国煤炭总产量的10.4％左右，产量与储量的比例严重失调。近年来，随着薄煤层采煤设备制造技术和自动化控制技术的提升，以及国家对资源合理开发利用的要求的提高，薄煤层的安全高效开采日益受到重视。为充分开发和利用有限的矿产资源，解决长期困扰着薄煤层安全高效开采发展的“一大三低”问题，提高矿山企业的经济效益和社会效益，加大对薄煤层安全高效开采技术的研究和探讨显得十分必要。

我国许多矿区都存在着薄煤层优质煤炭资源、冲击地压危险、煤与瓦斯突出危险、近距离高瓦斯煤层群的开采条件，为了实现邻近高瓦斯突出性煤层群的卸压，常选择将薄煤层作为解放层进行开采，然而薄煤层工作面采高较低，对于薄煤层传统的开采方法，工人出入工作面或在工作面内作业困难，劳动强度大、生产效率低；而且受空间尺寸的限制，工作面设备布置密集，严重影响通风效果，致使粉尘和瓦斯不宜排除，对工人的身体健康造成极大的损害。

技术实现要素：

本发明的目的是要提供近距离高瓦斯煤层群薄煤层无人工作面开采设备及方法，解决对于薄煤层开采中，工人出入工作面或在工作面内作业困难，劳动强度大、生产效率低的问题。

本发明的目的是这样实现的：近距离高瓦斯煤层群薄煤层无人工作面开采包括开采设备和开采方法；

开采设备包括：矿用本质安全多功能终端、环形总线、拉线急停开关和可通话电话；每隔100米安装一台拉线急停开关，每隔200米安装一台可通话电话；

在进风平巷内布置集中控制中心、本质安全输入输出和多功能组合电话；矿用本质安全多功能终端通过环形总线与集中控制中心、本质安全输入输出和多功能组合电话连接；

在无人工作面内布置刮板输送机、矮机身滚筒采煤机、闭锁开关、红外线接收传感器和液压支架；刮板输送机连接在矮机身滚筒采煤机的一端，在刮板输送机的一侧连接有液压支架；闭锁开关和红外线接收传感器连接在环形总线上；

在运输平巷内布置，破碎机、转载机、拉线急停开关、可通话电话、胶带输送机、泵站和变电站；破碎机、转载机和胶带输送机顺序连接；、拉线急停开关、可通话电话、胶带输送机、泵站和变电站连接在环形总线上。

所述的集中控制中心包括：矿用本质安全电源箱、电液控制台、主监控台、通讯控制台；矿用本质安全电源箱、电液控制台、主监控台和通讯控制台连接在环形总线上。

本质安全输入输出的输入端上连接有采煤环境监测传感器、顶板稳定监测传感器和满仓传感器；采煤环境监测传感器、顶板稳定监测传感器和满仓传感器通过本质安全输入输出的输出端输出。

所述的电液控制台与液压支架、红外线接收传感器连接；主监控台与刮板输送机、矮机身滚筒采煤机、破碎机、转载机、胶带输送机、泵站和移动变电站连接；通讯控制台与多功能组合电话、闭锁开关、拉线急停开关和可通话电话连接；所述进风巷集中控制中心引出环形总线。

采煤机首次割煤采用手动操控方式，主监控计算机储存所需采集的截割信息、运行数据，以后的割煤循环是根据上一次截割期间储存的数据自动地修改采煤机割煤程序，以便于实现矮机身滚筒采煤机记忆自动割煤。

所述的环形总线与矿用本质安全多功能终端、本质安全输入输出、采煤环境监测传感器、顶板稳定监测传感器、煤仓仓位监测传感器连接。

在每一架液压支架上安装一个红外接收传感器，以便于实现支架跟机自动化控制；每隔15米或10架支架安装一台闭锁开关。

开采方法：主监控台利用通用监测监控分站实时监测工作面采煤环境、顶板稳定、煤仓仓位及检测设备工况；电液控制台监测液压支架工况、利用支架红外线传感器以采煤机位置为依据实现跟机自动化控制及控制参数配置；通讯控制平台利用监控主机在线监测数据处理分析的结果，完成工作面顺序启停机、跟机自动控制、自动记忆割煤控制、自动控制设备运行及控制参数配置，实现难采薄煤层工作面采煤的自动化、无人化。

具体步骤如下：

(1)、首先，将采盘或采区划分为区段，在区段内沿薄煤层走向布置回采工作面，开掘回采巷道；即在工作面上方开掘回风平巷，下方开掘运输平巷，然后按照传统方法开掘开切眼，即无人工作面，形成回采工作面；根据现场煤矿条件选定，运输平巷内布置破碎机、转载机、胶带输送机、泵站和移动变电站，无人工作面内安装液压支架、矮机身滚筒采煤机、刮板输送机；

(2)、安装无人工作面采煤系统，在进风平巷内布置集中控制中心系统；

a.在运输平巷内铺设破碎机、转载机、胶带输送机、泵站和移动变电站，在进风平巷内铺设辅助运输轨道矿车；

b.在无人工作面内安设液压支架、矮机身滚筒采煤机和刮板输送机；

c.在进风平巷内布置集中控制中心，安装主监控台、电液控制台和通讯控制台，配置矿用隔爆兼本安电源箱一台；从集中控制中心引出环形总线，用于连接工作面各设备和传感器，在进风平巷内布置一台本质安全输入输出，用于连接采煤环境监测传感器、顶板稳定监测传感器，在刮板输送机机尾布置一台多功能组合电话，便于在进风平巷内启停刮板输送机和矮机身滚筒采煤机；在无人工作面内，每隔15米或10架支架安装一台闭锁开关，用于随时启停矮机身滚筒采煤机和刮板输送机；运输平巷内，在破碎机和转载机处，分别布置一台多功能组合电话，用于控制破碎机和转载机的启停，布置两台本质安全输入输出，用于采煤环境监测传感器、顶板稳定监测传感器和工作面内各设备的连接；在泵站处布置一台多功能组合电话，用于控制泵站的启停；在运输平巷内每隔100米布置一台拉线急停开关，每隔200米布置一台可通话电话；

(3)、无人工作面实时监测系统

在无人工作面布置通用监测监控分站；在煤仓安装仓位监测传感器，在工作面和回采巷道内安装采煤环境监测、顶板稳定监测等传感器，在每一架支架上安装一个红外线接收传感器，在胶带输送机机头，配置速度传感器一台、温度继电器一个、跑偏传感器2个、堆煤传感器1个、烟雾传感器一台；通过传输网络将这些数据传输到进风巷集中控制中心监控主机，然后通过矿井的传输主干网络将数据传输到地面，实现对环境的在线监测；

(4)、回采工艺

无人工作面采用不留三角煤端部斜切进刀、双向割煤方式，往返一次进两刀；矮机身滚筒采煤机采用记忆自动割煤技术，采煤机首次割煤采用手动操控方式，主监控计算机储存所需采集的截割信息、运行数据，以后的割煤循环是根据上一次截割期间储存的数据自动地修改采煤机割煤程序；液压支架利用支架红外线传感器以矮机身采煤机位置为依据实现及时支护顶板、跟机自动移架；

其具体步骤为：矮机身滚筒采煤机记忆自动割煤、装煤→可弯曲刮板运输机运煤→液压自移式支架支护顶板→推移刮板输送机→清扫浮煤，完成一次工作循环；

(5)、电液控制台实现跟机自动化控制、监测电液控制及控制参数配置；主监控台利用通用监测监控分站实时监测工作面采煤环境、顶板稳定、煤仓仓位及检测设备工况；通讯控制平台利用监控主机在线监测数据处理分析的结果，完成工作面顺序启停机、跟机自动控制、自动记忆割煤控制、自动控制设备运行及控制参数配置，进而实现难采薄煤层工作面采煤的自动化、无人化。

有益效果，由于采用了上述方案，本发明的自动化程度高，生产效益、安全性和可靠性好，可进行难采薄煤层优质煤炭资源开采、冲击地压防治、近距离高瓦斯煤层群卸压防突的近距离高瓦斯煤层群薄煤层无人工作面开采。工人只需要在进风巷集中控制中心内控制和监测，将工人从薄煤层工作面内解放出来，降低了工人劳动强度，提高了生产效率和安全状况，充分开采了薄煤层优质煤炭资源，解决了近距离高瓦斯煤层群的卸压防突和冲击地压防治的问题。另外，由于此开采方法简单，稳定可靠，工作面内无人，人员安全，社会效益和经济效益显著。解决了对于薄煤层开采中，工人出入工作面或在工作面内作业困难，劳动强度大、生产效率低的问题，达到了本发明的目的。

优点：本发明的无人工作面开采方法，工人只需要在巷道集中控制中心内控制和监测，将工人从薄煤层工作面内解放出来，降低了工人劳动强度，提高了生产效率和安全状况。无人工作面采煤技术是解决煤炭行业安全生产和可持续发展的重要途径，特别是对于我国长期发展缓慢甚至处于停滞状态的难采薄煤层的安全高效开采，将具有重要战略意义。

附图说明：

图1是本发明的系统布置示意图。

图2是本发明的系统控制结构图。

图中：1、矿用本质安全多功能终端；2、进风巷集中控制中心；3、矿用本质安全电源箱；4、电液控制台；5、主监控台；6、通讯控制台；7、环形总线；8、进风平巷；9、本质安全输入输出；10、采煤环境监测传感器；11、顶板稳定监测传感器；12、多功能组合电话；13、刮板输送机；14、矮机身滚筒采煤机；15、闭锁开关；16、无人工作面；17、红外线接收传感器；18、液压支架；19、破碎机；20、转载机；21、运输平巷；22、拉线急停开关；23、可通话电话；24、胶带输送机；25、泵站；26、变电站；27、满仓传感器。

具体实施方式

近距离高瓦斯煤层群薄煤层无人工作面开采包括开采设备和开采方法；

开采设备包括：矿用本质安全多功能终端1、环形总线7、拉线急停开关22和可通话电话23；每隔100米安装一台拉线急停开关22，每隔200米安装一台可通话电话23；

在进风平巷8内布置集中控制中心2、本质安全输入输出9和多功能组合电话12；矿用本质安全多功能终端1通过环形总线7与集中控制中心2、本质安全输入输出9和多功能组合电话12连接；

在无人工作面16内布置刮板输送机13、矮机身滚筒采煤机14、闭锁开关15、红外线接收传感器17和液压支架18；刮板输送机13连接在矮机身滚筒采煤机14的一端，在刮板输送机13的一侧连接有液压支架18；闭锁开关15和红外线接收传感器17连接在环形总线7上；

在运输平巷(21)内布置，破碎机19、转载机20、拉线急停开关22、可通话电话23、胶带输送机24、泵站25和变电站26；破碎机19、转载机20和胶带输送机24顺序连接；、拉线急停开关22、可通话电话23、胶带输送机24、泵站25和变电站26连接在环形总线7上。

所述的集中控制中心2包括：矿用本质安全电源箱3、电液控制台4、主监控台5、通讯控制台6；矿用本质安全电源箱3、电液控制台4、主监控台5和通讯控制台6连接在环形总线7上。

本质安全输入输出9的输入端上连接有采煤环境监测传感器10、顶板稳定监测传感器11和满仓传感器27；采煤环境监测传感器10、顶板稳定监测传感器11和满仓传感器27通过本质安全输入输出9的输出端输出。

所述的电液控制台4与液压支架18、红外线接收传感器17连接；主监控台5与刮板输送机13、矮机身滚筒采煤机14、破碎机19、转载机20、胶带输送机24、泵站25和移动变电站26连接；通讯控制台6与多功能组合电话12、闭锁开关15、拉线急停开关22和可通话电话23连接；所述进风巷集中控制中心2引出环形总线7。

采煤机14首次割煤采用手动操控方式，主监控计算机5储存所需采集的截割信息、运行数据，以后的割煤循环是根据上一次截割期间储存的数据自动地修改采煤机割煤程序，以便于实现矮机身滚筒采煤机14记忆自动割煤。

所述的环形总线7与矿用本质安全多功能终端1、本质安全输入输出9、采煤环境监测传感器10、顶板稳定监测传感器11、煤仓仓位监测传感器26连接。

在每一架液压支架18上安装一个红外接收传感器17，以便于实现支架跟机自动化控制；每隔15米或10架支架安装一台闭锁开关15。

开采方法：主监控台利用通用监测监控分站实时监测工作面采煤环境、顶板稳定、煤仓仓位及检测设备工况；电液控制台监测液压支架工况、利用支架红外线传感器以采煤机位置为依据实现跟机自动化控制及控制参数配置；通讯控制平台利用监控主机在线监测数据处理分析的结果，完成工作面顺序启停机、跟机自动控制、自动记忆割煤控制、自动控制设备运行及控制参数配置，实现难采薄煤层工作面采煤的自动化、无人化。

具体步骤如下：

(1)、首先，将采盘或采区划分为区段，在区段内沿薄煤层走向布置回采工作面，开掘回采巷道；即在工作面上方开掘回风平巷，下方开掘运输平巷，然后按照传统方法开掘开切眼，即无人工作面16，形成回采工作面；根据现场煤矿条件选定，运输平巷内布置破碎机、转载机、胶带输送机、泵站和移动变电站，无人工作面内安装液压支架、矮机身滚筒采煤机、刮板输送机；

(2)、安装无人工作面采煤系统，在进风平巷内布置集中控制中心系统；

a.在运输平巷内铺设破碎机、转载机、胶带输送机、泵站和移动变电站，在进风平巷内铺设辅助运输轨道矿车；

b.在无人工作面内安设液压支架、矮机身滚筒采煤机和刮板输送机；

c.在进风平巷内布置集中控制中心，安装主监控台、电液控制台和通讯控制台，配置矿用隔爆兼本安电源箱一台；从集中控制中心引出环形总线，用于连接工作面各设备和传感器，在进风平巷内布置一台本质安全输入输出，用于连接采煤环境监测传感器、顶板稳定监测传感器，在刮板输送机机尾布置一台多功能组合电话，便于在进风平巷内启停刮板输送机和矮机身滚筒采煤机；在无人工作面内，每隔15米或10架支架安装一台闭锁开关，用于随时启停矮机身滚筒采煤机和刮板输送机；运输平巷内，在破碎机和转载机处，分别布置一台多功能组合电话，用于控制破碎机和转载机的启停，布置两台本质安全输入输出，用于采煤环境监测传感器、顶板稳定监测传感器和工作面内各设备的连接；在泵站处布置一台多功能组合电话，用于控制泵站的启停；在运输平巷内每隔100米布置一台拉线急停开关，每隔200米布置一台可通话电话；

(3)、无人工作面实时监测系统

在无人工作面布置通用监测监控分站；在煤仓安装仓位监测传感器，在工作面和回采巷道内安装采煤环境监测、顶板稳定监测等传感器，在每一架支架上安装一个红外线接收传感器，在胶带输送机机头，配置速度传感器一台、温度继电器一个、跑偏传感器2个、堆煤传感器1个、烟雾传感器一台；通过传输网络将这些数据传输到进风巷集中控制中心监控主机，然后通过矿井的传输主干网络将数据传输到地面，实现对环境的在线监测；

(4)、回采工艺

无人工作面采用不留三角煤端部斜切进刀、双向割煤方式，往返一次进两刀；矮机身滚筒采煤机采用记忆自动割煤技术，采煤机首次割煤采用手动操控方式，主监控计算机储存所需采集的截割信息、运行数据，以后的割煤循环是根据上一次截割期间储存的数据自动地修改采煤机割煤程序；液压支架利用支架红外线传感器以矮机身采煤机位置为依据实现及时支护顶板、跟机自动移架；

其具体步骤为：矮机身滚筒采煤机记忆自动割煤、装煤→可弯曲刮板运输机运煤→液压自移式支架支护顶板→推移刮板输送机→清扫浮煤，完成一次工作循环；

(5)、电液控制台实现跟机自动化控制、监测电液控制及控制参数配置；主监控台利用通用监测监控分站实时监测工作面采煤环境、顶板稳定、煤仓仓位及检测设备工况；通讯控制平台利用监控主机在线监测数据处理分析的结果，完成工作面顺序启停机、跟机自动控制、自动记忆割煤控制、自动控制设备运行及控制参数配置，进而实现难采薄煤层工作面采煤的自动化、无人化。

实施例1：结合附图1对本发明具体实施步骤进行说明：

1、在预定采区沿薄煤层走向布置回采工作面，开掘进风平巷8和运输平巷21，进风平巷内铺设轨道矿车，运输平巷内布置破碎机19、转载机20、胶带输送机24、泵站25、移动变电站26，无人工作面16内安装刮板输送机13、矮机身滚筒采煤机14、液压支架18；

2、在进风平巷内布置集中控制中心2，安装矿用本质安全电源箱3，为集中控制系统供电；安装电液控制台4、主监控台5和通讯控制台6；

3、从进风巷集中控制中心2引出环形总线7，用于连接工作面各设备和传感器，在进风平巷内布置一台本质安全输入输出9，用于连接采煤环境监测传感器10、顶板稳定监测传感器11，在刮板输送机13机尾布置一台多功能组合电话12，便于在进风平巷内启停刮板输送机13和矮机身滚筒采煤机14；在无人工作面16内，每隔15米或10架支架安装一台闭锁开关15，用于随时启停矮机身滚筒采煤机14和刮板输送机13；运输平巷21内，在破碎机19和转载机20处，分别布置一台多功能组合电话12，用于控制破碎机19和转载机20的启停，布置两台本质安全输入输出9，用于采煤环境监测传感器10、顶板稳定监测传感器11和工作面内各设备的连接；在泵站25处布置一台多功能组合电话12，用于控制泵站25的启停；在运输平巷21内每隔100米布置一台拉线急停开关22，每隔200米布置一台可通话电话23。

4、在无人工作面布置通用监测监控分站。在无人工作面16、进风平巷8和运输平巷21内安装采煤环境监测传感器10、顶板稳定监测传感器11；在煤仓安装仓位监测传感器27；在每一架液压支架18上安装红外接收传感器17；在胶带输送机24机头，配置速度传感器一台、温度继电器一个、跑偏传感器2个、堆煤传感器1个、烟雾传感器一台。通过传输网络将这些数据传输到巷道集中控制中心监控主机5，然后可通过矿井的传输主干网络将数据传输到地面，从而实现对无人工作面相关数据的实时监控。

5、无人工作面采用不留三角煤端部斜切进刀、双向割煤方式，往返一次进两刀。矮机身滚筒采煤机14采用记忆自动割煤技术，采煤机14首次割煤采用手动操控方式，主监控计算机5储存所需采集的截割信息、运行数据，以后的割煤循环是根据上一次截割期间储存的数据自动地修改采煤机割煤程序；液压支架18通过红外线传感器17以矮机身滚筒采煤机14的位置为依据实现及时支护顶板、跟机自动移架。其具体步骤为：矮机身滚筒采煤机14记忆自动割煤、装煤→可弯曲刮板运输机13运煤→液压自移式支架18支护顶板→推移刮板输送机13→清扫浮煤，完成一次工作循环。

图2中，所述的近距离煤层群薄煤层无人工作面开采方法，其所述的系统控制结构是巷道集中控制中心，包括电液控制台、主监控台、通讯控制台。主监控台利用通用监测监控分站实时监测工作面采煤环境、顶板稳定、煤仓仓位及检测设备工况；电液控制台监测液压支架工况、利用支架红外线传感器以采煤机位置为依据实现跟机自动化控制及控制参数配置；通讯控制平台利用监控主机在线监测数据处理分析的结果，完成工作面顺序启停机、跟机自动控制、自动记忆割煤控制、自动控制设备运行及控制参数配置，进而实现难采薄煤层工作面采煤的自动化、无人化。