翟文

(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán) 梅花井煤礦,寧夏靈武 751400)

對(duì)于國(guó)內(nèi)煤礦推行綜采自動(dòng)化的技術(shù)探究

翟文

(神華寧夏煤業(yè)集團(tuán) 梅花井煤礦,寧夏靈武 751400)

煤礦綜采自動(dòng)化水平的高低成為體現(xiàn)煤礦現(xiàn)代化管理水平和煤機(jī)裝備是否先進(jìn)的重要指標(biāo),對(duì)確保綜采工作面各設(shè)備協(xié)調(diào)、連續(xù)、高效、安全運(yùn)行,實(shí)現(xiàn)煤炭高效、安全開(kāi)采至關(guān)重要。本文分析了我國(guó)綜采自動(dòng)化的發(fā)展現(xiàn)狀,結(jié)合神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)梅花井煤礦自動(dòng)化項(xiàng)目運(yùn)行情況,深入探討了煤礦在推行綜采自動(dòng)化過(guò)程中存在的瓶頸約束,并詳細(xì)闡述了這些問(wèn)題產(chǎn)生的原因,提出了相應(yīng)的解決措施。

綜采工作面 自動(dòng)化 安全 高效

綜采工作面是礦井生產(chǎn)的核心，對(duì)綜采工作面推行自動(dòng)化控制是增強(qiáng)煤礦企業(yè)核心競(jìng)爭(zhēng)力的有效手段。近年來(lái)，隨著自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展以及國(guó)家對(duì)資源的重視，煤炭企業(yè)為了打造“集約化、智能化、人性化、本質(zhì)安全、綠色和諧”礦區(qū)，實(shí)現(xiàn)煤炭安全、高效開(kāi)采，提高資源采出率和安全保障能力，對(duì)綜采自動(dòng)化的需求越來(lái)越迫切。許多煤礦企業(yè)開(kāi)始積極探索研究綜采工作面自動(dòng)化開(kāi)采。然而，實(shí)踐證明，在綜采自動(dòng)化實(shí)際應(yīng)用中仍然存在著一些不足和需要改進(jìn)的地方，主要表現(xiàn)在：現(xiàn)有的綜采自動(dòng)化控制技術(shù)不成熟，核心元部件的可靠性不足；采煤機(jī)隨機(jī)攝像系統(tǒng)不能滿(mǎn)足實(shí)際需要；采煤作業(yè)的實(shí)時(shí)監(jiān)控與遠(yuǎn)程干預(yù)能力不足等，這一系列問(wèn)題嚴(yán)重制約了自動(dòng)化程度的進(jìn)一步提高和綜采自動(dòng)化技術(shù)的推廣。因此，本文將結(jié)合神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)梅花井煤礦自動(dòng)化的應(yīng)用實(shí)際，試圖探討綜采自動(dòng)化推進(jìn)過(guò)程中的瓶頸約束問(wèn)題，旨在提高這一關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用效果。

1 我國(guó)綜采自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀

在煤礦領(lǐng)域，我國(guó)綜采自動(dòng)化技術(shù)的歷史落后于德國(guó)、澳大利亞等西方國(guó)家。二十世紀(jì)初，綜采自動(dòng)化應(yīng)用前期，刨煤機(jī)綜采機(jī)組在中國(guó)推廣較熱，我國(guó)煤礦在用的刨煤機(jī)綜采機(jī)組全部采用進(jìn)口刨煤機(jī)配套其液壓支架和運(yùn)輸系統(tǒng)。但受其對(duì)煤礦開(kāi)采條件局限性的限制，刨煤機(jī)沒(méi)有得到普遍推廣。二十世紀(jì)60年代以后，滾筒采煤機(jī)的研究越來(lái)越深入，滾筒采煤機(jī)由于具有截割效率高、破煤巖能力強(qiáng)、適應(yīng)性好等優(yōu)點(diǎn)，適應(yīng)于我國(guó)薄煤層賦存多樣性的特點(diǎn)，被推廣應(yīng)用，因此，在我國(guó)發(fā)展較快。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，我國(guó)在滾筒采煤機(jī)的研制與開(kāi)發(fā)方面積累了大量經(jīng)驗(yàn)，其應(yīng)用范圍已由薄煤層拓展到中厚煤層甚至厚煤層，其功率也呈現(xiàn)增大的趨勢(shì)。特別是近十來(lái)以來(lái)，國(guó)內(nèi)在綜采自動(dòng)化方面做了積極的探索和大量的實(shí)踐工作，突破了一批綜采自動(dòng)化關(guān)鍵技術(shù)，形成了一批具有我國(guó)自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的產(chǎn)品和專(zhuān)利，尤其在單機(jī)設(shè)備自動(dòng)化上取得了很大進(jìn)展[1-3]。伴隨著我國(guó)綜采自動(dòng)化技術(shù)的革新，我國(guó)的綜采自動(dòng)化技術(shù)走過(guò)了一條由引進(jìn)國(guó)外設(shè)備、消化、吸收到結(jié)合煤炭企業(yè)自身實(shí)際，整體規(guī)劃、分階段選擇適當(dāng)目標(biāo)、持續(xù)改進(jìn)、循序漸進(jìn)、逐步發(fā)展的自主創(chuàng)新道路，極大的提高了煤炭開(kāi)采技術(shù)和裝備技術(shù)水平。雖然我國(guó)的煤炭開(kāi)采技術(shù)和裝備水平邁上了一個(gè)新臺(tái)階，但仍需看到我國(guó)綜采自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用和推廣畢竟只是局部現(xiàn)象，還沒(méi)有大范圍推廣使用，其整體技術(shù)水平的提升依舊還有很長(zhǎng)的路要走。

2 煤礦企業(yè)推行綜采自動(dòng)化的瓶頸約束

目前，致使綜采自動(dòng)化系統(tǒng)不能作為普遍適用性來(lái)大范圍推廣的因素是多方面的。為了今后更有成效的推行綜采自動(dòng)化，筆者結(jié)合神華寧夏煤業(yè)集團(tuán)梅花井煤礦1102206綜采工作面自動(dòng)化項(xiàng)目的實(shí)施經(jīng)驗(yàn)，對(duì)推行綜采自動(dòng)化的瓶頸約束進(jìn)行總結(jié)與反思。

眾所周知，綜采自動(dòng)化技術(shù)集檢測(cè)、通訊、控制、視頻、以太網(wǎng)和液壓等多種技術(shù)的綜合應(yīng)用(如圖1所示)，既需要完成設(shè)備自身的感知與控制，又要完成設(shè)備之間的互聯(lián)互鎖，統(tǒng)一綜合決策與控制[4-5]。這是一項(xiàng)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，目前在實(shí)現(xiàn)煤礦井下綜采設(shè)備自動(dòng)化控制技術(shù)過(guò)程中主要存在以下瓶頸約束：

2.1 傳感器性能和功能的可用性不足

綜采工作面設(shè)備姿態(tài)感知控制主要是通過(guò)安裝在裝備上的傾角傳感器、行程傳感器、接近傳感器、水平位移傳感器、光纖陀螺儀等儀器，實(shí)時(shí)感知液壓支架的三維姿態(tài)、高度測(cè)量、采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)的傾斜、俯仰二維姿態(tài)等，為自動(dòng)化控制系統(tǒng)的決策提供依據(jù)。實(shí)踐證明，現(xiàn)場(chǎng)所使用控制器在進(jìn)行相應(yīng)動(dòng)作時(shí)，一般不參考各類(lèi)傳感器檢測(cè)值和數(shù)據(jù)分析，只依據(jù)動(dòng)作時(shí)間進(jìn)行控制。因此，傳感器在整個(gè)自動(dòng)化系統(tǒng)中的功效不大，往往成了“聾子的耳朵就是個(gè)擺設(shè)”，傳感器沒(méi)有達(dá)到自動(dòng)化預(yù)期的可用性目標(biāo)。

2.2 主要產(chǎn)品的核心技術(shù)沒(méi)有完全掌握,產(chǎn)品可靠性較低[6]

目前，綜采自動(dòng)化主要產(chǎn)品的核心元部件一般選用國(guó)內(nèi)公司產(chǎn)品，如傳感器、變頻器、輸送機(jī)用軟啟動(dòng)裝備等。特別是，受開(kāi)發(fā)能力限制，主要產(chǎn)品的核心元部件可靠性差、性能不穩(wěn)定，配套軟件缺陷多、采煤工藝與采場(chǎng)實(shí)際情況不符。因此，國(guó)內(nèi)企業(yè)開(kāi)發(fā)的產(chǎn)品無(wú)論是在性能上還是在質(zhì)量上都與國(guó)外產(chǎn)品相差較大。如液壓支架行程傳感器損壞較多；全程跟隨采煤機(jī)行走的無(wú)縫視頻監(jiān)控系統(tǒng)采集到順槽復(fù)現(xiàn)的視頻圖像絕對(duì)時(shí)間延遲，并且在低照度、無(wú)光源、有煤塵或有霧氣的情況下視頻效果的晰度不夠，一定程度上影響了遠(yuǎn)程控制功能的實(shí)現(xiàn)。

2.3 自動(dòng)化工作面跟機(jī)功能的使用受限

筆者經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)觀察發(fā)現(xiàn)，在工作面頂板條件允許的情況下，自動(dòng)跟機(jī)的基本功能均可實(shí)現(xiàn)。但在跟機(jī)過(guò)程中，還存在以下問(wèn)題：

(1)煤機(jī)速度過(guò)快時(shí)支架動(dòng)作跟不上，出現(xiàn)拉架不齊或丟架現(xiàn)象；在跟機(jī)功能使用過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)當(dāng)煤機(jī)下行時(shí)速度超過(guò)12m/min時(shí)，由于采煤機(jī)行進(jìn)速度較快，跟機(jī)時(shí)都會(huì)出現(xiàn)煤機(jī)機(jī)身后方支架雖已被觸發(fā)跟機(jī)移架并預(yù)警，但由于移架速度跟不上采煤機(jī)行進(jìn)速度，導(dǎo)致預(yù)警之后沒(méi)有進(jìn)行跟機(jī)移架而發(fā)生拉架不齊或丟架的狀況，這時(shí)就需要支架工在煤機(jī)行進(jìn)前方進(jìn)行人為干預(yù)。(2)工作面調(diào)整時(shí)跟機(jī)功能受限制；當(dāng)工作面存在坡度或每刀割煤后各個(gè)支架拉架量、推移量難以完全一致時(shí)，在連續(xù)生產(chǎn)中累計(jì)的差值會(huì)造成工作面不能沿直線推進(jìn)。(3)頂板不好時(shí)跟機(jī)功能受限制；在工作面頂板條件不好時(shí)，頂板破碎的區(qū)段為了加強(qiáng)支護(hù)，經(jīng)常進(jìn)行及時(shí)支護(hù)的操作。在這種情況下跟機(jī)功能就不能正常使用。(4)缺乏應(yīng)用基礎(chǔ)；綜采自動(dòng)化技術(shù)是多種跨學(xué)科技術(shù)的集成，需要煤礦企業(yè)在人員素質(zhì)和配套裝備水平方面具備一定的基礎(chǔ)。但煤礦企業(yè)屬于高危行業(yè)，高素質(zhì)和專(zhuān)業(yè)性技術(shù)人才比較匱乏，缺乏應(yīng)用基礎(chǔ)和經(jīng)驗(yàn)。(5)思想認(rèn)識(shí)不足；煤礦企業(yè)投入綜采自動(dòng)化項(xiàng)目，其目的是通過(guò)技術(shù)革新，提高綜采生產(chǎn)效率。面對(duì)這樣一個(gè)新技術(shù)，上到領(lǐng)導(dǎo)下到員工，大家對(duì)其的思想認(rèn)識(shí)不足，不能正真做到在現(xiàn)有裝備技術(shù)水平的基礎(chǔ)上，將綜采自動(dòng)化工作深入、細(xì)致、系統(tǒng)、扎實(shí)、有效地推進(jìn)下去。

圖1 綜采自動(dòng)化系統(tǒng)體系架構(gòu)圖

3 解決上述問(wèn)題的關(guān)鍵舉措

3.1 認(rèn)真學(xué)習(xí)借鑒,加大科技投入,增強(qiáng)綜采裝備技術(shù)水平

我國(guó)應(yīng)認(rèn)真學(xué)習(xí)借鑒國(guó)外綜采自動(dòng)化的關(guān)鍵技術(shù)和使用經(jīng)驗(yàn)，融合提煉，結(jié)合我國(guó)自身實(shí)際情況，自主創(chuàng)新，形成自己的技術(shù)水平。尤其是在核心元部件的研發(fā)上，必須滿(mǎn)足高可靠性和壽命的產(chǎn)品特征。因此，必需通過(guò)科技投入改善這一現(xiàn)狀?？萍纪度胧亲詣?dòng)化裝備技術(shù)水平革新的“源頭活水”，有利于提高企業(yè)自主開(kāi)發(fā)和創(chuàng)新能力，沒(méi)有科技投入，更好的推行綜采自動(dòng)化就無(wú)從談起。

3.2 強(qiáng)化關(guān)鍵元部件的真實(shí)性能測(cè)試與分析,提高元部件可靠性和壽命

我國(guó)綜采自動(dòng)化技術(shù)攻關(guān)“重型輕質(zhì)”，側(cè)重設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)模仿與開(kāi)發(fā)，很少進(jìn)行關(guān)鍵元部件工程分析、理論和試驗(yàn)研究。因此，關(guān)鍵的元部件一定要開(kāi)展其使用中的真實(shí)性能測(cè)試與分析，并應(yīng)用到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中；同時(shí)，要注意收集和分析目前各元部件的故障情況，建立對(duì)應(yīng)元部件的故障數(shù)據(jù)庫(kù)，開(kāi)展故障率評(píng)估和可靠性預(yù)計(jì)，提出一套適合我國(guó)綜采自動(dòng)化配套裝備機(jī)械制造業(yè)現(xiàn)狀的總體方案和各主要部件的可靠性考核指標(biāo)，并編制相關(guān)部件可靠性設(shè)計(jì)規(guī)范；強(qiáng)化裝備系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)、產(chǎn)品性能的工程分析計(jì)算和性能驗(yàn)證分析，提高設(shè)備的可靠性和壽命；最終保障自動(dòng)化成套系統(tǒng)的使用性能。

3.3 轉(zhuǎn)變思想觀念,完善創(chuàng)新機(jī)制

對(duì)綜采工作面應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，是實(shí)現(xiàn)煤礦管理模式從粗放型向生產(chǎn)管理現(xiàn)代化轉(zhuǎn)變，提高效率，增加效益的關(guān)鍵舉措。在自動(dòng)化應(yīng)用過(guò)程中，應(yīng)積極組織礦各所屬單位學(xué)習(xí)自動(dòng)化相關(guān)理論，使礦領(lǐng)導(dǎo)和員工從思想上對(duì)自動(dòng)化技術(shù)有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)和理解；并通過(guò)講座等形式做好礦自動(dòng)化技術(shù)的培訓(xùn)工作。將自動(dòng)化技術(shù)和先進(jìn)的現(xiàn)代管理理念融入到礦的實(shí)際工作中，以理論指導(dǎo)實(shí)踐，以實(shí)踐驗(yàn)證理論，不斷優(yōu)化生產(chǎn)作業(yè)流程，不斷優(yōu)化管理體系，不斷完善管理制度，為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的平穩(wěn)運(yùn)行提供保障。

3.4 夯實(shí)基礎(chǔ),提高自動(dòng)化運(yùn)行質(zhì)量

夯實(shí)基礎(chǔ)是推廣綜采自動(dòng)化技術(shù)，提高其運(yùn)行質(zhì)量的重要保障。因此，在實(shí)踐中必須堅(jiān)持三個(gè)保證，即組織保證、人力保證和經(jīng)費(fèi)保證。組織保證，就是要加強(qiáng)自動(dòng)化管理工作的組織和領(lǐng)導(dǎo)，綜采自動(dòng)化應(yīng)用的關(guān)鍵是領(lǐng)導(dǎo)，樹(shù)立一把手負(fù)責(zé)制，確保各項(xiàng)工作政令的暢通；人力保證，在實(shí)際應(yīng)用中培養(yǎng)一批懂技術(shù)會(huì)管理，富有創(chuàng)新意識(shí)和進(jìn)取精神的高素質(zhì)專(zhuān)業(yè)人才，積累應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)和基礎(chǔ)，為自動(dòng)化技術(shù)的深層次應(yīng)用發(fā)展打下堅(jiān)持的基礎(chǔ)；經(jīng)費(fèi)保證，自動(dòng)化的推廣應(yīng)用上，要力圖達(dá)到更佳的效果，必須在組織和人才保證的基礎(chǔ)上提供必要的經(jīng)費(fèi)保證。

3.5 綜采自動(dòng)化的推行需堅(jiān)持應(yīng)用為本,循序漸進(jìn),融合礦井實(shí)際

煤礦企業(yè)具體情況各有差異，在推行綜采自動(dòng)化時(shí)要堅(jiān)持應(yīng)用為本，循序漸進(jìn)的原則，選擇合適的設(shè)備和軟件，依靠先進(jìn)的技術(shù)、高素質(zhì)的人才，逐步推進(jìn)，逐步深入，充分吸收借鑒實(shí)施過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的好的做法和經(jīng)驗(yàn)，建立相關(guān)制度和運(yùn)營(yíng)機(jī)制，扎實(shí)推進(jìn)，持續(xù)改進(jìn)，不斷提升應(yīng)用效果形成綜采自動(dòng)化應(yīng)用的長(zhǎng)效機(jī)制。

4 結(jié)語(yǔ)

綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)對(duì)于推動(dòng)我國(guó)煤礦綜采工作面自動(dòng)化的整體技術(shù)進(jìn)步，提升行業(yè)技術(shù)水平和國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力具有重要作用。雖然在自動(dòng)化技術(shù)的推廣應(yīng)用中存在一些問(wèn)題，但煤礦企業(yè)不能因噎廢食。而改變當(dāng)前局面的關(guān)鍵是煤礦企業(yè)必須依靠自動(dòng)化技術(shù)的進(jìn)步致力于煤礦自動(dòng)化工作面的建設(shè)，積極建設(shè)技術(shù)水平先進(jìn)、安全高效的工作面，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)量和管理的雙提升。綜采自動(dòng)化技術(shù)將極大的促進(jìn)煤礦開(kāi)采技術(shù)進(jìn)步，改變工人的操作習(xí)慣，改善工人的勞動(dòng)環(huán)境，達(dá)到“無(wú)人則安”，安全高效。不久的將來(lái)，綜采自動(dòng)化技術(shù)將成為綜采工作面成套裝備自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用典范，后期的推廣前景很廣泛。

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Fully mechanized coal mining level of automation become modern coal mine management level and is one of the important indices for advanced machine equipment, to ensure fully mechanized coal face each device coordination, continuous, high efficient and safe operation, realizing efficient and safe mining of coal is essential. This paper analyzes the current development of mechanized mining automation situation, combining with the Shenhua Ningxia Coal Industry Group, Meihuajing mine automation project operation, discussed bottleneck constraints that exist in theimplementation of fully mechanized coal mine automation, and expounds the causes of these problems in detail, puts forward the corresponding solutions.

fully mechanized coal face automation; safe efficient

翟文(1976.5-),男,碩士研究生,高級(jí)工程師,注冊(cè)安全工程師,1997年8月參加工作,一直從事采礦技術(shù)管理工作,現(xiàn)任神寧集團(tuán)梅花井煤礦生產(chǎn)副礦長(zhǎng)。