【摘 要】無(wú)人工作面的實(shí)現(xiàn)需要液壓支架電液控制系統(tǒng)具備自動(dòng)完成收護(hù)幫板、移架、推溜等各種自動(dòng)成組動(dòng)作；采煤機(jī)應(yīng)具備滾筒自動(dòng)調(diào)高功能和紅外線發(fā)射系統(tǒng)；刮板機(jī)、皮帶機(jī)等應(yīng)具有相應(yīng)的數(shù)據(jù)接口。自動(dòng)化技術(shù)在綜采工作面的應(yīng)用可以大大降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率，提升安全管理水平。

【關(guān)鍵詞】無(wú)人工作面 電液控制 自動(dòng)跟機(jī)

近年來(lái)，在采礦設(shè)備方面機(jī)械化程度得到了很大的提升，但是，隨著礦井生產(chǎn)年限和采深的不斷增加，工作面條件惡化，自然災(zāi)害加劇等因素，對(duì)于現(xiàn)有使用以人工操作為主的綜采設(shè)備的工作面，產(chǎn)生了以下不利的因素：工作面人員多、工作勞動(dòng)強(qiáng)度高、安全保障低。因此，為了提升安全管理水平、設(shè)備效能和煤炭產(chǎn)能，需要提高綜采設(shè)備的自動(dòng)化水平，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化工作面。通常，無(wú)人工作面的實(shí)現(xiàn)需要采煤機(jī)、液壓支架、刮板機(jī)等設(shè)備控制系統(tǒng)配合使用。液壓支架需要配備電液控制系統(tǒng)，通過(guò)該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)，液壓支架的鄰架控制、成組自動(dòng)控制和跟機(jī)自動(dòng)控制功能。采煤機(jī)應(yīng)具有完好的電控保護(hù)系統(tǒng)，滾筒自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)和紅外線發(fā)射系統(tǒng)。刮板機(jī)、皮帶機(jī)工況檢測(cè)系統(tǒng)及數(shù)據(jù)交互和上傳系統(tǒng)。其中，智能化電牽引采煤機(jī)和電液控制系統(tǒng)在液壓支架的使用為綜采自動(dòng)化的實(shí)現(xiàn)提供了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

一、液壓支架的自動(dòng)化控制系統(tǒng)

液壓支架控制系統(tǒng)由電子計(jì)算機(jī)、傳感器和液壓回路控制部件等裝置組成，是能根據(jù)井下生產(chǎn)需要而控制液壓支架自動(dòng)動(dòng)作的系統(tǒng)。其核心是通過(guò)計(jì)算機(jī)程序控制的電子信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)電磁閥動(dòng)作，將手動(dòng)操作變?yōu)橛?jì)算機(jī)控制的電子信號(hào)操作。它主要由監(jiān)控中心、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸控制單頁(yè)和電液控制單元組成。監(jiān)控中心一般布置在順槽中，操作人員可以在監(jiān)控中心中控制工作面的支架，降低惡劣的工作面環(huán)境對(duì)操作人員的影響，同時(shí)，也可以根據(jù)情況不設(shè)監(jiān)控中心，只設(shè)支架控制器。電液控制單元主要包括支架人機(jī)操作界面、支架控制器、電液主閥、電源箱和模擬信號(hào)采集元件等部件。

工作面支架配備電液控制系統(tǒng)后，可實(shí)現(xiàn)的控制有：成組自動(dòng)控制、鄰架或隔架控制、跟機(jī)自動(dòng)控制等。支架采用電液控制后，可以大大的降低支架操作工的數(shù)量和操作工的工作量。跟機(jī)自動(dòng)控制是以采煤機(jī)位置為依據(jù)的支架自動(dòng)控制。電液控制系統(tǒng)通過(guò)紅外線傳感器檢測(cè)到采煤機(jī)位置信息，此信息傳到主機(jī)，主機(jī)經(jīng)過(guò)內(nèi)部程序處理，自動(dòng)發(fā)出相應(yīng)的控制命令，使相應(yīng)的支架控制器自動(dòng)完成相應(yīng)的操作。

二、采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)

自20世紀(jì)40年代以來(lái)，采煤機(jī)在結(jié)構(gòu)、性能參數(shù)、可靠性上都不斷的進(jìn)行著優(yōu)化和改進(jìn)?？v觀現(xiàn)有采掘設(shè)備，滾筒式無(wú)鏈電牽引采煤機(jī)已經(jīng)成為采煤機(jī)發(fā)展的主流。同時(shí)，通過(guò)電子技術(shù)的應(yīng)用，現(xiàn)代采煤機(jī)均配備有功能完善的用微處理器控制的數(shù)據(jù)采集、工況監(jiān)測(cè)、故障診斷和自動(dòng)控制系統(tǒng)。對(duì)于高端采煤機(jī)的控制系統(tǒng)，除了具有工況檢測(cè)，還可以對(duì)其采集信息進(jìn)行分析處理，自動(dòng)調(diào)高，再輸出顯示、存儲(chǔ)、控制和傳輸?shù)裙ぷ?，以?shí)現(xiàn)檢測(cè)、預(yù)警、保護(hù)、診斷、維修指導(dǎo)和調(diào)度分析等多種功能。

為了實(shí)現(xiàn)綜采工作面的無(wú)人化，高端采煤機(jī)的自動(dòng)調(diào)高功能是不可缺少的。根據(jù)現(xiàn)有的自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)，可以將自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)的原理分為以下幾種：

（一）自然γ射線探測(cè)法

自然γ射線探測(cè)法是基于通過(guò)探測(cè)煤層頂板巖石中一些天然放射性物質(zhì)所發(fā)出的γ射線來(lái)確定頂煤厚度的。在頂巖和煤層中都存在這種含放射性元素的腐爛物質(zhì)，但頂巖中天然γ射線量閉煤層高的多。頁(yè)巖和砂巖頂板的放射量分別是煤層的20倍和10倍。根據(jù)放射量的不同，通過(guò)安裝在采煤機(jī)上的自然γ射線探測(cè)器，可以將煤巖界面識(shí)別出來(lái)。

（二）被動(dòng)式紅外探測(cè)法

被動(dòng)式紅外探測(cè)法是采用高靈敏的紅外測(cè)溫儀定向測(cè)量切割截齒附近煤巖體的溫度，由于巖石物理特性不同，切割時(shí)產(chǎn)色和溫度也不同，根據(jù)此項(xiàng)特作來(lái)判斷滾筒是否切割煤巖界面。由于紅外輻射對(duì)粉塵的穿透力強(qiáng)，高靈敏度的紅外測(cè)溫儀可測(cè)出0.1℃的變化，因此有較高的應(yīng)用價(jià)值，特別是在頂板較堅(jiān)硬的情況下。

（三）記憶截割法

記憶截割的工作方法是有采煤機(jī)司機(jī)操縱采煤機(jī)沿工作面煤層高低起伏條件先割一刀，控制系統(tǒng)將行程位置存入計(jì)算機(jī)，以后的截割高度均由計(jì)算機(jī)根據(jù)存儲(chǔ)器記憶的工作參數(shù)自動(dòng)控制滾筒調(diào)高，如煤層條件發(fā)生變化，則由實(shí)際手動(dòng)操作割煤，并自動(dòng)記憶調(diào)整過(guò)的工作參數(shù)，作為下一刀滾筒調(diào)高的工作程序。

當(dāng)前國(guó)內(nèi)進(jìn)口的德國(guó)SL系列和美國(guó)LS系列大采高采煤機(jī)上裝備的自動(dòng)調(diào)高系統(tǒng)就是使用記憶截割法實(shí)現(xiàn)的。通過(guò)此種方法實(shí)現(xiàn)截割部的自動(dòng)調(diào)高，采煤機(jī)需要配備機(jī)身位置檢測(cè)裝置。采煤機(jī)位置檢測(cè)裝置是在行走部上安裝一個(gè)旋轉(zhuǎn)編碼器，一般為1024脈沖/轉(zhuǎn)，工作面兩端各放一個(gè)起始位置裝置，當(dāng)采煤機(jī)從起始端A開(kāi)始行走到終止端B時(shí)，旋轉(zhuǎn)編碼器輸出的脈沖個(gè)數(shù)為N，當(dāng)采煤機(jī)從A點(diǎn)出發(fā)到達(dá)C點(diǎn)時(shí)，旋轉(zhuǎn)編碼器輸出脈沖個(gè)數(shù)n，已知從A到B的距離為L(zhǎng)，則A到C的距離為L(zhǎng)n/N。同時(shí)，根據(jù)安裝在搖臂和牽引部的傾角傳感器，來(lái)記錄在某一脈沖時(shí)，搖臂的高度，從而實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的記憶截割。

三、無(wú)人工作面設(shè)備配套

無(wú)人化工作面的設(shè)備主要包括電液控制系統(tǒng)、液壓支架及高端采煤機(jī)。某礦井千萬(wàn)噸工作面采用的設(shè)備型號(hào)如下：液壓支架是山東塔高礦業(yè)機(jī)械裝備制造有限公司生產(chǎn)的ZF15000/23/43D型四柱放頂煤液壓支架（141架），支架電液控制系統(tǒng)采用了山東能源機(jī)械集團(tuán)天瑪電液控制裝備工程有限公司生產(chǎn)的SAC電液控制系統(tǒng)（141套），采煤機(jī)是波蘭ZZM公司生產(chǎn)的KSW-1500EU型雙滾筒電牽引采煤機(jī)（1臺(tái)），最大截割高度達(dá)4.68米，具有完善的電控保護(hù)系統(tǒng)和記憶截割功能。通過(guò)采煤機(jī)的記憶截割、紅外線發(fā)射系統(tǒng)和先進(jìn)的電液控制系統(tǒng)配套使用，可以實(shí)現(xiàn)支架的各種成組動(dòng)作和自動(dòng)跟機(jī)。從而減少人力投入，提高安全管理水平，實(shí)現(xiàn)煤礦的集約化生產(chǎn)。

四、無(wú)人工作面設(shè)備使用情況分析

無(wú)人化工作面在該礦應(yīng)用后，取得了很大的成果。全套設(shè)備正式運(yùn)行后，實(shí)現(xiàn)了成組推溜、拉架、伸收護(hù)板、移架等功能。采煤機(jī)的記憶截割功能和電液控系統(tǒng)的跟機(jī)功能配合使用，基本實(shí)現(xiàn)了工作的少人和無(wú)人化。但是，無(wú)人工作設(shè)備的一次性投入較大，對(duì)工人技能水平要求高等因素制約其推廣和發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫志剛.液壓支架驅(qū)動(dòng)控制研究[D].太原理工大學(xué).2012