徐東飛

(大同煤礦集團 塔山煤礦，山西 大同 037003)

煤炭的智能化開采一直是煤礦人多年的夢想，隨著《中國制造2025》的提出，國內(nèi)裝備制造技術(shù)的進步使得煤礦智能開采成為可能，智能開采勢必會成為未來煤炭開采的主流。煤礦智能開采的原理是將傳統(tǒng)的煤炭生產(chǎn)工藝通過自動化程序記錄下來，在生產(chǎn)過程中輔以多類傳感器進行生產(chǎn)信息感知反饋，再通過控制器來將反饋信息處理并生成指令，從而實現(xiàn)工作面生產(chǎn)自動化和智能化。國內(nèi)已在一次采全高綜采工作面進行了自動化開采嘗試，并取得了一定的成果[1-3]。本文在汲取前人經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，對特厚煤層綜放工作面實現(xiàn)智能開采所遇技術(shù)難題提出了五項關(guān)鍵技術(shù)，從而為特厚煤層智能化開采提供了解決思路。

1 智能開采關(guān)鍵技術(shù)

1.1 采煤機記憶截割關(guān)鍵技術(shù)

采煤機記憶割煤技術(shù)包括：采煤機精準(zhǔn)定位技術(shù)、記憶割煤技術(shù)、對環(huán)境的安全感知技術(shù)等，其中實現(xiàn)采煤機記憶割煤的基礎(chǔ)是采煤機精準(zhǔn)定位。采集工作面兩端頭坐標(biāo)參數(shù)建立三維坐標(biāo)系，其中：工作面傾向投影設(shè)為X軸，沿工作面走向設(shè)為Y軸，鉛垂方向設(shè)為Z軸?？紤]到在生產(chǎn)過程中，采煤機移動速度最快，因此要建立以采煤機為坐標(biāo)原點的載體坐標(biāo)系：第一步要確定采煤機初始位置，第二步采用傾角傳感器來采集機身偏轉(zhuǎn)角和俯仰角，第三步采用慣性導(dǎo)航推算方法計算采煤機位置和姿態(tài)，從而實現(xiàn)采煤機動態(tài)精準(zhǔn)定位。

由于綜采放頂煤工作面煤層賦存厚度大，因此煤機采高基本保持不變。通過前期煤機運行過程收集的煤層底板參數(shù)，再結(jié)合地質(zhì)資料來確定采煤機運行在不同位置的下切深度，通過采煤機自動控制系統(tǒng)實現(xiàn)采煤機采高、牽引速度的實時控制。通過紅外感知傳感器感知定位液壓支架頂梁，確保頂梁不被采煤機割到。當(dāng)工作面地質(zhì)條件變化較大，原有程序不能較好地控制生產(chǎn)時，通過啟用人工干預(yù)的方法，來確保工作面正常推進，如圖1所示。

圖1 采煤機記憶截割技術(shù)

1.2 液壓支架自動追機移架關(guān)鍵技術(shù)

液壓支架自動追機移架技術(shù)使液壓支架、采煤機、刮板輸送機聯(lián)動配合，協(xié)同運行，從而實現(xiàn)采煤工作面智能化。該程序的實現(xiàn)基于對放頂煤開采工藝流程、支架電液控制系統(tǒng)、采煤機實施精準(zhǔn)定位等多項技術(shù)的整合，并用編程語言表述。液壓支架通過電液控制系統(tǒng)實現(xiàn)升降支架、推移刮板輸送機、伸縮護幫板等動作。通過安設(shè)在支架上的紅外位置檢測裝置，實時將采煤機的位置信息傳送至支架控制器，當(dāng)采煤機運行時，超前采煤機三架開始收支架護幫板，對應(yīng)采煤機支架實現(xiàn)自動噴霧降塵，滯后采煤機三架位置進行即時移架與護幫操作，隨后再推移刮板輸送機。液壓支架自動追機移架工藝流程如圖2所示。

圖2 液壓支架自動追機移架流程

1.3 智能放頂煤關(guān)鍵技術(shù)

利用“煤矸自動識別系統(tǒng)”的煤巖識別技術(shù)可以改變單純依靠人工放煤的現(xiàn)狀，使得割煤、放煤、支護、運輸?shù)日麄€循環(huán)自動完成。之前煤巖識別技術(shù)主要借助于紅外線、超聲波、無線電波或射線等實現(xiàn)，但因工作面煤矸實際賦存條件復(fù)雜，上述技術(shù)現(xiàn)場適應(yīng)性較差，下面介紹兩種具有工業(yè)實用性的煤矸識別放煤方法。

1) 振動法自動放煤。振動法是依據(jù)不同硬度物體相互撞擊產(chǎn)生的振動信號的差異，通過分析和感知振動信號來識別撞擊物，該方法特別適應(yīng)于開采過程中煤矸硬度差異大的實際情況。依靠振動傳感器，識別煤炭和巖石撞擊液壓支架尾梁發(fā)出的不同振動信號，并對傳感器所采集數(shù)據(jù)進行處理，具體過程為：前端濾波處理與平滑處理；電信號去噪處理；功率譜分析處理；最終依據(jù)功率譜值的差別對放煤過程中的煤炭和巖石進行識別。由于現(xiàn)場安設(shè)多傳感器，需采用信息融合算法對采集信號數(shù)據(jù)綜合解析處理，然后將處理后的數(shù)據(jù)生成信號指令發(fā)送至液壓支架控制器，從而使放煤口適時關(guān)閉，實現(xiàn)支架智能放煤?，F(xiàn)場具體操作為：將煤矸識別傳感器安裝在綜放工作面液壓支架的尾梁下，通過連接器與支架控制器進行連接，進行數(shù)據(jù)交換。在放煤過程中，煤矸識別傳感器開始采集煤矸放落過程中煤矸撞擊尾梁的振動信號，并將振動信號進行煤矸放落自動識別，識別完成后將識別結(jié)果實時傳輸給支架控制器。當(dāng)矸石放落滿足系統(tǒng)設(shè)置的煤矸放落閾值時，由支架控制器執(zhí)行關(guān)閉放煤口的動作，實現(xiàn)自動放煤。

2) 記憶模式自動放煤?；诂F(xiàn)實工作面地質(zhì)條件較穩(wěn)定，每刀煤生產(chǎn)工藝變化不大，放頂煤是個單調(diào)重復(fù)工作，利用記憶功能將放煤操作人員對支架的控制過程記憶下來，在后續(xù)的放煤過程中，可以實現(xiàn)記憶放煤?，F(xiàn)場具體操作為：支架安設(shè)自動放煤控制器，控制器具備采集人工操作信息功能，通過先行人工示范，控制器將現(xiàn)場操作人員操作支架的工序和時序進行記憶存儲，然后經(jīng)數(shù)據(jù)處理后形成一套自動放煤程序，從而實現(xiàn)自動放煤。

1.4 工作面防片幫控制技術(shù)

將壓力傳感器安裝在支架護幫板處，當(dāng)工作面液壓支架打開護幫板支護煤壁時，壓力傳感器可實時將采集到的液壓支架護幫板對煤壁的支護壓力發(fā)送給液壓支架控制器，若壓力數(shù)值沒有達到規(guī)定值，支架則按照預(yù)先設(shè)定壓力自動升緊護幫板，確保護幫板支護煤壁達標(biāo)，有效防止片幫危害。

1.5 液壓支架的姿態(tài)控制技術(shù)

在支架上安裝傾角傳感器，可進行支架姿態(tài)檢測，并通過控制系統(tǒng)對支架在運動過程中的姿態(tài)進行控制，當(dāng)支架的相關(guān)部件角度大于規(guī)定值或相鄰支架之間的角度大于限定值時，對支架動作實施閉鎖控制，避免咬架和倒架等事故發(fā)生。

2 結(jié) 語

本文詳細介紹了實現(xiàn)特厚煤層綜放工作面智能化開采關(guān)鍵技術(shù)，以液壓支架電液控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，形成了以采煤機記憶割煤技術(shù)、液壓支架自動追機移架技術(shù)、自動放頂煤技術(shù)、工作面防片幫控制技術(shù)、液壓支架姿態(tài)控制技術(shù)為核心的五大綜放工作面智能化開采技術(shù)。該技術(shù)的實現(xiàn)，必將對促進礦井減人、提效、安全生產(chǎn)，以及智慧礦山建設(shè)產(chǎn)生重要影響。