王 強(qiáng)

(同煤浙能麻家梁煤業(yè)有限責(zé)任公司， 山西 朔州市 036000)

0 引 言

麻家梁礦位于寧武煤田朔南礦區(qū)，是同煤集團(tuán)在朔州地區(qū)的首個(gè)千萬(wàn)噸現(xiàn)代化礦井，煤層儲(chǔ)藏深，開(kāi)采深度標(biāo)高860～260 m。全井田共劃分為14個(gè)采區(qū)，目前礦井主采一水平4號(hào)煤層，首采區(qū)為第一水平的一采區(qū)和二采區(qū)，每個(gè)采區(qū)布置一個(gè)回采工作面，采煤工藝為綜采放頂煤。

麻家梁礦首套電液控綜放工作面為14505綜放工作面，該工作面煤層厚度7.5～9.6 m，平均煤厚8.50 m，煤層厚度變化不大，煤層傾角6°～17°，夾矸1～3層，厚度0.02～0.60 m，工作面走向長(zhǎng)度1642 m，工作面寬250 m，采高3.5 m，放煤高度5.0 m，采放比約為1∶1.42。因該工作面煤層傾角較大，為了在生產(chǎn)實(shí)踐中更好地控制設(shè)備，提高設(shè)備適用性，采煤工藝采用單向割煤，單向頂拉前、后刮板機(jī)。目前電液控支架成組功能都是按下3個(gè)按鍵，可以控制5～12臺(tái)支架的動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)成組前移后推、伸縮護(hù)幫板/梁等功能，方便快捷。

1 綜采工作面主要裝備的智能化系統(tǒng)組成

在本系統(tǒng)內(nèi)，可分成3個(gè)層次，第一層次為單機(jī)設(shè)備層，第二層次為集中控制層(順槽監(jiān)控中心)，第三層次為地面層(見(jiàn)圖1)。

圖1綜合控制系統(tǒng)層次

單機(jī)設(shè)備層主要由煤機(jī)子系統(tǒng)、電氣控制子系統(tǒng)、電液控制系統(tǒng)、輸送機(jī)系統(tǒng)、集成供液系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)及信息系統(tǒng)組成并通過(guò)通信接口實(shí)現(xiàn)各系統(tǒng)間的信號(hào)采集、傳輸及反向控制。

集中控制層主要在監(jiān)控中心內(nèi)完成，在監(jiān)控中心內(nèi)將采煤機(jī)系統(tǒng)、電液控系統(tǒng)、三機(jī)集中控制系統(tǒng)、泵站智能控制系統(tǒng)、工作面視頻監(jiān)控系統(tǒng)及數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)等系統(tǒng)結(jié)合在一起，實(shí)現(xiàn)在集控中心對(duì)綜采設(shè)備的遙控。

地面層實(shí)現(xiàn)在地面公司調(diào)度指揮中心對(duì)綜采面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)遙控，實(shí)時(shí)掌握工作面裝備的運(yùn)行狀態(tài)。

2 工作面智能化控制

在地面建立綜采生產(chǎn)調(diào)度控制中心，通過(guò)光纜覆蓋，上傳語(yǔ)音、視頻、設(shè)備運(yùn)行工況參數(shù)及故障在線監(jiān)測(cè)，系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)功能數(shù)據(jù)來(lái)源均采集自各子系統(tǒng)。通過(guò)工作面監(jiān)控中心將綜采工作面各個(gè)生產(chǎn)系統(tǒng)有機(jī)結(jié)合起來(lái)，操作簡(jiǎn)單，實(shí)用性強(qiáng)；降低工作面人員作業(yè)強(qiáng)度；實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)高度集成，系統(tǒng)安全可靠。

2.1 智能化綜采工作面的系統(tǒng)主要功能

綜合應(yīng)用控制系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)功能數(shù)據(jù)來(lái)源均采集自各子系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)的核心是采煤機(jī)機(jī)身裝有紅外發(fā)射器，能準(zhǔn)確把采煤機(jī)位置上傳至集中控制中心。另外通過(guò)煤壁視頻監(jiān)控系統(tǒng)，支架視頻監(jiān)控系統(tǒng)，圖像資料可以實(shí)時(shí)傳至集中控制中心，供控制人員準(zhǔn)確掌握工作面生產(chǎn)情況，適時(shí)調(diào)整工作面設(shè)備狀態(tài)。同時(shí)智能化的數(shù)據(jù)收集便于礦壓數(shù)據(jù)分析和工作面視頻顯示回傳。

2.2 智能化綜采工作面應(yīng)用情況

系統(tǒng)的控制功能均通過(guò)通信接口向各子系統(tǒng)發(fā)出控制指令來(lái)完成。

(1) 通過(guò)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)和液控設(shè)備的遠(yuǎn)程操控；

(2) 液壓支架成組推移前部刮板機(jī)、拉移后部刮板機(jī)、成組伸/收伸縮梁、成組伸/收護(hù)幫板；

(3) 實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)化供液，并在監(jiān)控中心對(duì)三機(jī)集中進(jìn)行智能遙控。

在生產(chǎn)過(guò)程中，采煤機(jī)中部裝有紅外線發(fā)射裝置，兩端裝有采高、臥底指示儀，每臺(tái)電液控支架前立柱上裝有一個(gè)紅外線接收裝置，在采煤機(jī)牽引過(guò)程中，采煤機(jī)后滾筒割完底煤后，電液控支架收到紅外線信號(hào)后開(kāi)始成組降立柱、移架、升立柱、伸縮前、后梁、及護(hù)壁板，然后依照程序設(shè)定實(shí)現(xiàn)推前部輸送機(jī)、拉后部輸送機(jī)。

采煤機(jī)具有記憶截割遠(yuǎn)程監(jiān)控功能，記憶截割由兩大部分組成，分別為位置控制(對(duì)應(yīng)工作面上支架編號(hào))和采高控制，取樣控制過(guò)程中需要確定取樣間隔，工作面長(zhǎng)度參數(shù)，并對(duì)采煤機(jī)實(shí)時(shí)位置和俯仰采角度進(jìn)行記錄、存儲(chǔ)。隨著煤層厚度、結(jié)構(gòu)的變化，在預(yù)設(shè)煤厚范圍內(nèi)控制截割采高。

監(jiān)控主機(jī)是以AMD T56N處理器為核心的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。其利用程序數(shù)據(jù)傳輸通訊接口，從液壓支架上獲取支架工作參數(shù)，并把工作狀態(tài)信息顯示在屏幕上，同時(shí)也能把狀態(tài)信息數(shù)據(jù)通過(guò)以太網(wǎng)接口傳輸出來(lái)。

操作臺(tái)是視頻系統(tǒng)或者支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)的一個(gè)重要控制設(shè)備。在視頻系統(tǒng)中，操作臺(tái)通過(guò)RS232通訊與視頻系統(tǒng)的虛擬控制中心相連；用戶(hù)通過(guò)對(duì)操作臺(tái)的按鍵控制進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)虛擬控制中心的操作，虛擬控制中心將視頻切換指令發(fā)送給視頻監(jiān)視器，完成視頻監(jiān)視器的視頻切換功能。在支架控制系統(tǒng)中，操作臺(tái)與耦合器通過(guò)雙線CAN相連，通過(guò)操作臺(tái)和雙線CAN將控制指令發(fā)送至電液控制系統(tǒng)中，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)支架的遠(yuǎn)程控制。

2.3 智能化綜放技術(shù)優(yōu)點(diǎn)

電液控制系統(tǒng)最大的優(yōu)點(diǎn)是可以實(shí)現(xiàn)鄰架控制、隔架控制、成組控制，將原來(lái)的手柄操作方式換成按鍵操作方式，降低了操作復(fù)雜程度，也提高了工人操作的安全性；另外一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是成組操作，在成組操作過(guò)程中，只需要在一臺(tái)支架按下3個(gè)按鍵，大約2秒時(shí)間，就可以成組控制12臺(tái)支架推溜、拉后溜等，大大減輕了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

2.4 智能化綜放技術(shù)存在問(wèn)題

(1) 目前，綜放工作面在放頂煤的環(huán)節(jié)上采用程序控制不可行，主要原因是煤矸識(shí)別技術(shù)不成熟；煤矸量不容易控制，容易丟煤或者過(guò)量放入矸石，影響煤質(zhì)；在伸后插板的過(guò)程中，容易將后插板插在刮板機(jī)內(nèi)，造成機(jī)械事故。

(2) 工作面頭、尾過(guò)渡支架、端頭支架采用電液控制相較手動(dòng)操作效果較差，頭尾過(guò)渡支架?chē)嵨淮?，在移架過(guò)程中往往需要多個(gè)千斤頂同時(shí)動(dòng)作，但是電液程序化控制支架協(xié)調(diào)動(dòng)作差，不便于操作。

(3) 電液支架電磁先導(dǎo)閥對(duì)水質(zhì)要求苛刻，工作面供水、回液過(guò)濾經(jīng)三級(jí)過(guò)濾后才能達(dá)到規(guī)定精度(≤25 μm)，過(guò)濾系統(tǒng)復(fù)雜，技術(shù)要求高且不便維護(hù)。

(4) 煤礦技術(shù)人員主要專(zhuān)業(yè)以采礦專(zhuān)業(yè)和機(jī)電專(zhuān)業(yè)為主，懂程序語(yǔ)言、會(huì)開(kāi)發(fā)程序語(yǔ)言的技術(shù)人員幾乎沒(méi)有，因此智能化工作面對(duì)今后煤礦的技術(shù)人員業(yè)務(wù)素質(zhì)提出了更高的要求。

(5) 實(shí)現(xiàn)綜采記憶割煤，遠(yuǎn)程干預(yù)；液壓支架跟機(jī)作業(yè)，人工遠(yuǎn)程操控和工作面地質(zhì)條件、煤層賦存結(jié)構(gòu)、傾角等有極大的關(guān)系。記憶割煤對(duì)工作面適應(yīng)性差，目前采煤機(jī)自身設(shè)置僅實(shí)現(xiàn)了記憶割煤，離智能割煤還有很長(zhǎng)的路要走。

3 結(jié) 論

智能化綜采技術(shù)在麻家梁礦的實(shí)踐應(yīng)用，有效減少了回采工作面作業(yè)人數(shù)，提升了工作面安全保障水平和生產(chǎn)效率，對(duì)綜采工作面技術(shù)、人員、裝備的管理水平大幅提高，實(shí)現(xiàn)了安全高效回采。智能化綜采工作面是今后高產(chǎn)高效礦井的發(fā)展方向，通過(guò)集控中心掌握綜放工作面的設(shè)備運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制設(shè)備啟停，設(shè)備運(yùn)行參數(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)控上傳對(duì)于實(shí)現(xiàn)綜放工作面無(wú)人自動(dòng)化值守具有重要意義。