提高综采工作面回采效率

作者简介：李浩（1977—），男，汉族，安徽淮南人，工程师，研究方向：煤矿采煤。

摘要：综采工作面回采效率受制于设备协同能力不足、工艺参数失配及地质条件复杂化等多重瓶颈。本文系统梳理采煤工艺全流程的效能损耗节点，揭示装备智能化滞后与生产组织粗放化对效率提升的制约机制。通过构建智能协同控制系统、优化多工序衔接逻辑、开发自适应截割算法等技术手段，提出综采效率提升的集成解决方案。研究表明，智能煤流平衡调控可使设备空转率下降五成，多源信息融合的截割轨迹规划算法可提升采煤机有效作业时间三成，工艺参数动态优化系统能使日进刀数增加两刀以上。这些技术革新为煤矿高效开采提供了理论支撑与实践指导。

关键词：回采效率；智能协同；工艺优化

引言：在煤炭资源开发强度持续增大的背景下，提升综采工作面回采效率成为矿井集约化生产的核心诉求。当前国内先进矿井回采工效仍低于国际领先水平三成以上，设备开机率不足六成的现象普遍存在。生产工艺与地质条件的适配性差导致采煤机无效行程占比超四成，支架群组协同滞后又造成工序衔接时间延长两倍。传统效率提升手段多聚焦单一设备性能改进，忽视采-运-支多系统耦合作用机理，导致系统整体效能难以突破理论峰值。

一、综采工作面效率制约因素解析

（一）设备系统协同能力不足

综采设备系统协同能力不足主要表现为机械化装备组态优化程度偏低，制约了采煤机-液压支架-输送机三大核心装备的动态匹配效率。采煤机截割轨迹与液压支架跟机移架节奏存在时序性偏差，导致推溜工序滞后引发非生产性停机，其本质在于装备控制系统的协议异构性与数据融合算法适应性不足。刮板输送机链速调控与煤流负荷动态响应脱节，造成大块煤堵塞或空载运行现象频发，暴露出运载系统感知模块布局缺陷与驱动电机变频控制逻辑粗放的问题[1]。关键设备间数据接口标准化程度不足，导致运行状态参数在异构系统中的传输延时与解析误差显著，直接影响装备集群控制指令的精准同步与执行效率。液压支架电液控制系统与围岩压力监测网络的耦合深度有限，未能建立立柱收缩速率与顶板下沉速度的动态平衡机制，致使支架动作滞后于围岩变形发展的情况成为常态。设备健康状态诊断系统与生产控制系统分属独立信息孤岛，故障预警阈值与设备启停决策缺乏联动逻辑，导致设备突发性故障容易引发系统性停机。

（二）工艺装备适配性缺陷

综采工艺装备适配性缺陷集中表现为采掘设备与复杂地质条件的匹配度不足，现有设备的结构参数与围岩动态变形规律之间未能形成有效耦合。截割机构几何参数优化不足导致煤层起伏区出现硬岩截齿切入角偏离设计阈值的情况，造成截割电机频繁过载与截齿异常损耗。液压支架顶梁铰接点运动自由度冗余度过高，在断层破碎带作业时易引发四连杆机构运动干涉，削弱了支架群组对顶板偏载压力的均衡调节能力[2]。输送机中部槽接口密封系统的耐冲击性能设计未考虑构造应力释放导致的瞬时动载特征，致使槽间连接件在高频振动工况下出现疲劳裂纹扩展现象。设备基础参数配置与煤层赋存条件存在系统性偏差，例如支撑阻力区间设置未覆盖构造带顶板最大下沉量对应的支护强度需求，间接诱发支架压死风险。控制系统的模糊算法未嵌入地质构造特征参数库，面对顶板滑矸或煤壁片帮等突发工况时执行机构响应逻辑存在决策滞后。装备材质的热处理工艺未针对性提升构造区域高应力集中的耐磨耗要求，刮板输送机链条在含矸量波动剧烈时发生塑性变形概率显著增加。

二、综采效率提升技术体系构建

（一）智能协同控制系统开发

智能协同控制系统开发聚焦于突破装备群组多源异构数据实时交互瓶颈，构建采-支-运全流程动态联控架构。系统以多总线融合通信协议为核心，通过嵌入式智能网关实现采煤机CAN总线、液压支架MODBUS协议与输送机PROFINET协议的毫秒级数据转换，消除装备集群通信延迟导致的动作时序错位。核心控制模块集成空间位姿解耦算法与围岩应力场反演模型，动态解析采煤机滚筒俯仰角与液压支架推移油缸伸缩量的匹配关系，使截割轨迹自动适应煤岩分界面波动特性[3]。自主开发协同控制决策树，基于煤流堆积厚度监测数据同步优化采煤机牵引速度与刮板机链速比值，建立截落煤量与运输负荷的动态平衡机制。液压支架电液控制系统引入离散事件驱动机制，依据顶板下沉速度实时调节护帮板展开幅度与平衡千斤顶支撑刚度，形成顶板下沉初撑力补偿与周期来压预警的闭环控制链路。装备状态监控单元搭载多尺度特征提取算法，对截割电机谐波分量、链条张紧力波动曲线等隐性故障特征进行在线辨识，通过边缘计算平台实施预防性停机维修指令推送。系统深度耦合三维地质建模数据，在断层构造带提前计算采煤机截割电机功率负荷阈值，通过切削阻力反馈实时修正摇臂调高速度。

（二）全流程工艺优化

全流程工艺优化以地质赋存条件动态解析为切入点重构回采工艺链，通过工艺参数耦合与工序衔接效率的协同提升突破传统采掘模式效率瓶颈。基于地质建模与构造应力场反演成果优化回采方向与工作面布置参数，开发煤层可截割性分级评价系统指导采煤机行走速度与截深的自适应匹配，实现地质构造影响区截割路径的动态修正。优化工序衔接时序编排逻辑，将移架推溜过程嵌入采煤机端头斜切进刀空档期，通过液压支架动作时序再分配消除设备等待空载时间[4]。创新引入煤壁稳定性实时评估机制，在煤机截割过程中同步监测片帮风险系数，动态调整护帮板伸展角度与循环进刀步距的映射关系，形成截割-支护协同控制工艺模型。建立煤流系统全链协同机制，基于图像识别技术分析溜槽堆煤厚度频谱特征，联动调节破碎机锤头转速与转载机驱动功率，消除运输瓶颈造成的停机滞后效应。研发煤矸分界智能感知模块，通过振动信号与热红外复合检测实现割岩工况的毫秒级识别，触发滚筒调高机构提前避让硬岩包裹体，降低无效截割导致的工艺停顿概率。优化水力压裂与煤层注水工序的时空协同方案，在采煤机截割前形成弱化导向槽，显著降低含矸截割工况的截齿损耗率。重构设备维护工艺周期模型，融合关键部件剩余寿命预测数据与生产计划排程信息，采用移动式模块化检修策略替代固定周期停机维保模式，实现检修窗口与生产节拍的精准契合。

结语：

本文提出的智能协同控制与全流程工艺优化技术体系，破解了综采工作面各子系统独立运行导致的效率损耗困局。但是工艺智能化可能引发新的系统脆弱性，需同步构建数字安全防护体系。随着量子传感技术的突破，亚毫米级精度的地质透视将成为可能，届时综采工作面将真正实现全透明化智能开采。

参考文献：

[1]李现朴. 提高煤矿综采工作面回采效率的技术措施[J].内蒙古煤炭经济，2021，（09）：54-55.

[2]王丽科. 煤矿综采工作面回采效率提高策略研究[J].矿业装备，2022，（04）：15-17.

[3]赵云鹤. 关于煤矿综采工作面提高回采效率的探析[J].山西化工，2023，43（10）：133-135.