魏東望

[摘? ? 要]煤炭開采施工環(huán)境惡劣，風(fēng)險隱患多，在生產(chǎn)的過程中兼顧安全和效益是煤炭企業(yè)研究的重要內(nèi)容。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展，越來越多的煤炭企業(yè)采用新技術(shù)實現(xiàn)了智能化生產(chǎn)管理模式，實現(xiàn)了煤炭生產(chǎn)安全，保障了生產(chǎn)效益。本文圍繞中厚煤層智能化工作面無人開采系統(tǒng)及關(guān)鍵技術(shù)進行論述，旨在加快推動煤礦生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)型升級，實現(xiàn)綜采工作面無人則安、少人則安的目標(biāo)。

[關(guān)鍵詞]綜采工作面;智能化系統(tǒng);自動化設(shè)備;監(jiān)控

[中圖分類號]TD822.1 [文獻標(biāo)志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）12–00–03

[Abstract]The coal mining construction environment is bad， and there are many hidden risks. It is an important content of coal enterprise research to give consideration to safety and benefit in the process of production. With the development of modern technology， more and more coal enterprises adopt new technology to realize the intelligent production management mode， realize the safety of coal production and ensure the production efficiency. This paper discusses the unmanned mining system and key technologies of intelligent working face in medium thick coal seam， aiming to accelerate the transformation and upgrading of coal mine production mode， and realize the goal of safety in fully mechanized working face with no one and less people.

[Keywords]fully mechanized working face; intelligent system; automatic equipment; monitoring

陜西雙龍煤業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司中厚煤層開采過程中采用了智能化工作面開采系統(tǒng)。系統(tǒng)主要包括單機設(shè)備層、集中控制層、地面層3個層次。單機設(shè)備層由各個子系統(tǒng)完成設(shè)備的獨立控制，同時各個子系統(tǒng)提供通信接口，向綜采自動化系統(tǒng)開放通信協(xié)議，實現(xiàn)系統(tǒng)對子系統(tǒng)在數(shù)據(jù)采集以及在方向控制方面的啟停功能。集中控制層位于監(jiān)控中心，能夠?qū)γ旱V開采工作面的所有設(shè)備進行遠程集中控制。地面層可以通過遠程數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)實時了解和掌握煤礦井下開采工作面設(shè)備的運行狀況。

1 中厚煤層工作面開采智能化系統(tǒng)設(shè)計

工作面開采智能化系統(tǒng)包括以下組成部分：順槽監(jiān)控中心、采煤機控制系統(tǒng)、液壓支架電液控制系統(tǒng)、三機設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)測子系統(tǒng)、轉(zhuǎn)載與皮帶自移控制系統(tǒng)、運順與回風(fēng)巷超前支架控制系統(tǒng)、語音通訊控制系統(tǒng)、組合開關(guān)監(jiān)測系統(tǒng)、工作面智能集成供液控制系統(tǒng)、膠帶輸送機控制系統(tǒng)、工作面視頻系統(tǒng)、工作面1 000 Mbps以太網(wǎng)系統(tǒng)、地面分控中心。

系統(tǒng)具備以下特點：①綜采工作面監(jiān)控中心能夠?qū)⒉擅簷C、支架電液控制系統(tǒng)、泵站控制系統(tǒng)、工作面運輸機控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)多個系統(tǒng)有機結(jié)合起來，實現(xiàn)多個系統(tǒng)同時運作，并能夠?qū)崿F(xiàn)對單一或多個系統(tǒng)的集中自動化控制目的。②通過監(jiān)控中心能夠?qū)Σ擅簷C和液壓支架進行遠程操控，減少人工，降低操作誤差。③不同于普通的一機多系統(tǒng)模式，而是采用了三機集成模式，將控制、通信、監(jiān)視集成為一體，提高了開采智能化系統(tǒng)的運作效率。④采用主干線的方式，將工作面設(shè)備運行數(shù)據(jù)、控制、通訊、食品監(jiān)控等進行集成，有效簡化了工作面布置，節(jié)省工作面空間，降低投入成本。⑤開采智能化系統(tǒng)采用本安化設(shè)計，防護等級為IP67，確保了智能化系統(tǒng)運行可靠性。⑥系統(tǒng)設(shè)備模塊之間采用快速插接方式，簡化了安裝施工流程，便于設(shè)備維護。⑦各個子系統(tǒng)之間能夠無縫銜接，提升了系統(tǒng)運行可靠性。⑧采煤機和液壓支架采用了遠程控制方式，控制延時在500 ms以內(nèi)，提高了信息傳輸效率，使工作面開采智能化系統(tǒng)時效性得到保障。

2 智能化控制系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)

2.1 支架電液控制技術(shù)

工作面長度：235.5m（巷道中心距）;走向長度1 450m;運輸順槽尺寸：矩形斷面5 000 mm（寬）×2 900 mm（高）;回風(fēng)順槽尺寸：矩形斷面5 000 mm（寬）×2 900 mm（高）;工作面傾角：小于5°;監(jiān)控中心尺寸：4 500 mm×1 400 mm ×1 800 mm刮板運輸機：SGZ764/800刮板運輸機，每節(jié)1750 mm;采煤機：MG300/730-AWD2型電牽引采煤機;液壓支架：ZY7600/14/33D;超前支架：回風(fēng)順槽ZQL2×4000/18/35;運輸順槽ZQH2×3400/24/34;配套支架：ZY7600/14/33D，139架。

支架電液控制技術(shù)主要通過功能出口電液控換向閥來實現(xiàn)，系統(tǒng)中具有中文菜單操作功能，工作人員很容易掌握使用方法;液壓支架帶有自動操作功能，可以對鄰架進行電動控制，也可以通過電磁閥按組來進行手動操作;系統(tǒng)具備紅外線發(fā)射和接受功能，通過紅外線發(fā)射和接受可以對工作面采煤機進行聯(lián)動自動控制;支架電液控制系統(tǒng)能夠監(jiān)測立柱的工作壓力、監(jiān)測千斤頂行動進程、監(jiān)測采煤機的位置和運動方向，監(jiān)測到的信息顯示在控制主機顯示屏上，可進行存儲或傳輸，當(dāng)?shù)孛嬲{(diào)度中心接收到監(jiān)控信息后可以根據(jù)工作面工況發(fā)出指令;支架電液系統(tǒng)具有故障診斷功能、緊急狀況警報功能，在突發(fā)狀況下可進行急?；虮炯荛]鎖，同時將故障或緊急信息顯示在顯示屏上，便于工作人員進行手動操作，及時根據(jù)工況調(diào)整設(shè)備參數(shù);支架設(shè)置有自動噴霧裝置，噴霧裝置啟閉和調(diào)節(jié)由電液獨立控制;系統(tǒng)對初撐力能夠自動保持，同時還可以根據(jù)實際情況調(diào)節(jié)補償初撐力大小和補壓次數(shù);支架電液控制系統(tǒng)中含有數(shù)據(jù)傳輸單元，能夠?qū)⒕C采設(shè)備的信息上傳到地面并在井下和井上計算機上顯示，數(shù)據(jù)接入到煤礦自動化系統(tǒng);支架電液控制系統(tǒng)每臺設(shè)備的頂梁配備兩個傾角傳感器，對支架頂梁姿態(tài)進行控制，保證放煤支架姿態(tài)良好，能夠?qū)ぷ髅孀呦騼A角和方向傾角進行測量;電液控制系統(tǒng)具有防碰撞功能，避免了采煤機和支架相互碰撞。

2.2 工作面運輸控制技術(shù)

智能化系統(tǒng)能夠?qū)ぷ髅孓D(zhuǎn)載機、刮板運輸機、破碎機進行起停狀態(tài)控制，系統(tǒng)中設(shè)有控制器，工作人員可以通過顯示屏觀察到上述設(shè)備啟停狀態(tài)的信息;系統(tǒng)能夠顯示工作面運輸設(shè)備的運行狀態(tài)、沿線電話狀態(tài)、沿線電纜狀態(tài)、傳感器狀態(tài)、控制器的自檢信息、各監(jiān)測點的輸入數(shù)值、其他連鎖設(shè)備運行狀態(tài)等信息;系統(tǒng)采用了強制閉鎖技術(shù)，當(dāng)按下閉鎖后能夠強制切斷控制輸出，由于采用非軟件控制的方式，同時設(shè)置人工閉鎖裝置，因此可以最大限度地保證信息安全;閉鎖位置采用漢字和動態(tài)圖形的方式進行顯示，工作人員可以很方便直觀地看到信息;沿線電話采用擴音式，聲強超過105 dB，同時電話帶有電池，停電后仍可進行至少4 h的正常通話，確保工作面通訊可靠、順暢;系統(tǒng)設(shè)置有報警裝置和揚聲器，能夠?qū)ぷ髅孢\輸設(shè)備的起停、設(shè)備運行狀態(tài)、沿線閉鎖故障等情況進行語言報警;工作面運輸控制系統(tǒng)可以進行參數(shù)調(diào)整設(shè)置，同時可以選擇集控、就地、檢修、點動等控制方式，滿足工作面運輸作業(yè)需求;控制器具有遠程控制接口，提供一路電纜接入接口，通過RS485接口連接，工作人員可根據(jù)實際情況對數(shù)據(jù)位進行選擇，可以選擇校驗、停止，可對站地址進行設(shè)置，有效接收上位機發(fā)出的控制指令，實現(xiàn)對運輸、破損設(shè)備的遠程啟?？刂?。

2.3 順槽皮帶控制技術(shù)

系統(tǒng)中的綜合保護模塊中含有防止縱向撕帶監(jiān)測裝置、膠帶防跑偏裝置、堆煤保護裝置;還含有溫度監(jiān)測保護裝置，能夠?qū)ζЮ@組和其他主要運轉(zhuǎn)部件的溫度進行監(jiān)測;含有煙霧檢測裝置、煙霧警報裝置、皮帶打滑監(jiān)測裝置、膠帶沿線急停保護裝置、超溫自動灑水裝置，沿線急停開關(guān)具有通話功能，工作人員可以通過沿線拉力電纜使急停開關(guān)動作實現(xiàn)膠帶機的急停閉鎖。系統(tǒng)中的通訊控制模塊具有中文顯示功能，通過控制系統(tǒng)可以對順槽皮帶等運輸設(shè)備進行集控、單控、閉鎖、手動控制功能的切換。此外，皮帶控制系統(tǒng)能夠通過電纜與工作面通信控制系統(tǒng)進行通信，將皮帶控制系統(tǒng)相關(guān)信息，包括沿線保護狀態(tài)、故障狀態(tài)、溫度參數(shù)等信息通過通信接口傳輸至工作面運輸設(shè)備控制系統(tǒng)，然后工作面運輸設(shè)備控制系統(tǒng)再將皮帶控制信息傳輸至綜采自動化系統(tǒng)?？刂破骶哂羞h程控制接口，提供一路電纜接入接口，工作人員可根據(jù)實際情況對數(shù)據(jù)位進行選擇，可以選擇校驗、停止，可對站地址進行設(shè)置。

2.4 智能集成供液技術(shù)

泵站控制系統(tǒng)可以通過遠程控制接口與綜采自動化控制系統(tǒng)進行通信，工作人員可根據(jù)實際情況對數(shù)據(jù)位進行選擇，可以選擇校驗、停止，可對站地址進行設(shè)置。通過綜采自動化控制系統(tǒng)傳輸給泵站控制系統(tǒng)的指令，可以對單臺泵站運行狀況進行控制，還可以對泵站實現(xiàn)閉鎖;對多臺泵站的聯(lián)動運行狀況進行遠程控制，對多臺泵站實現(xiàn)閉鎖;系統(tǒng)能夠?qū)Ρ谜驹O(shè)備系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)采集，具體包括乳化液泵站及噴霧泵站的油位、壓力、缺陷故障保護情況、配液情況、泵組油溫、泵組油壓、泵組液位等參數(shù)信息，并能夠?qū)⑸鲜霾杉降男畔鬏斀o綜采自動化系統(tǒng)。

2.5 采煤機跟機自動化技術(shù)

工作人員可以在地面調(diào)度中心或者順槽監(jiān)控中心對井下設(shè)備進行啟?；蚱渌深A(yù)操作;可以在地面調(diào)度中心或順槽監(jiān)控中心對井下設(shè)備的運行工況進行監(jiān)測和遠程自動控制;能夠?qū)C采工作面設(shè)備數(shù)據(jù)進行集成和處理，同時具有對設(shè)備的自動故障診斷功能，當(dāng)發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在缺陷或異常時，系統(tǒng)通過顯示屏或者語音播報裝置進行提示，便于工作人員及時處理解決;能夠?qū)ζё砸葡到y(tǒng)以及對兩順槽超前支架電控、就地遙控及遠程控制;連接工業(yè)以太網(wǎng)，在運行過程中實現(xiàn)視頻信息與文字?jǐn)?shù)據(jù)信息的高速傳輸;具有采煤機與支架的防碰撞功能、支架頂梁姿態(tài)監(jiān)測功能;各個子系統(tǒng)與綜采工作面自動化控制系統(tǒng)之間可獨立運行，當(dāng)綜采工作面自動化控制系統(tǒng)出現(xiàn)異常時，子系統(tǒng)不受影響，可以單獨開車，保障生產(chǎn)效率。

2.6 采煤機記憶截割技術(shù)

采煤機記憶割煤技術(shù)可以對采煤機實施自動啟閉。當(dāng)刮板輸運機實際負荷超出限定值時，自動化控制系統(tǒng)能夠?qū)Σ擅簷C實施自動閉鎖控制，實現(xiàn)采煤機急停閉鎖。

3 智能化開采產(chǎn)量保障措施

3.1 從管理方面進行保障

智能化開采系統(tǒng)的操作和維護應(yīng)配備專業(yè)技術(shù)人員，并由專業(yè)技術(shù)人員向所有操作使用人員進行操作技術(shù)培訓(xùn)指導(dǎo)，并告知操作使用的注意事項。系統(tǒng)設(shè)置密碼授權(quán)模式，由專門制定的專業(yè)操作人員掌握，并不得泄露給其他人員。非專業(yè)人員不得擅自修改系統(tǒng)原有的參數(shù)。

3.2 從操作方面進行保障

系統(tǒng)運行時，所有操作人員必須保持精力集中，對系統(tǒng)監(jiān)控畫面保持密切監(jiān)控，不能疏忽大意。為了防治工作面設(shè)備誤動作從而造成人身安全威脅或者造成設(shè)備故障，應(yīng)密切注意工作面狀況。如果發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)發(fā)出警報，應(yīng)立即根據(jù)系統(tǒng)提示了解故障原因，采取措施直到警報解除，認(rèn)真做好報警處理信息記錄。

3.3 從維護維修方面進行保障

智能化系統(tǒng)的維護維修采用專人維護，結(jié)合系統(tǒng)運行狀況制定合理的檢查和維護計劃，定期開展專業(yè)檢查，及時對發(fā)現(xiàn)的異常問題處理和解決。對一些重要的電氣元部件，應(yīng)嚴(yán)格按照《煤礦安全規(guī)程》中的相關(guān)管理規(guī)定中的內(nèi)容進行管理和維護。如果需要對系統(tǒng)的零部件進行更換，只允許更換原供貨商提供的零部件。

3.4 從人才培養(yǎng)方面進行保障

隨著綜采工藝技術(shù)的升級，現(xiàn)有人員的知識結(jié)構(gòu)無法滿足新工藝新技術(shù)的要求。為此，加強對人員隊伍的知識技術(shù)培訓(xùn)，采取理論知識教授和事件操作指導(dǎo)相結(jié)合的方式，培訓(xùn)后進行考核，通過考核方能上崗，確保人員隊伍素質(zhì)水平與綜采智能化工藝需求相匹配。

4 結(jié)束語

綜上所述，中厚煤層工作面開采智能化系統(tǒng)的應(yīng)用集合了綜合應(yīng)用控制技術(shù)、無線技術(shù)、視頻音頻技術(shù)、以太網(wǎng)技術(shù)、通信技術(shù)、液壓技術(shù)等多種技術(shù)。因多種技術(shù)的集成使煤礦井下生產(chǎn)過程進入到了記憶割煤為主，人工遠程干預(yù)為輔的現(xiàn)代化高效開采模式。借助液壓支架自動化技術(shù)實現(xiàn)了采煤機自動控制，減少人工勞動量，提高了采煤效率。通過對綜采設(shè)備智能化感知，借助現(xiàn)場視頻監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了對綜采工作面設(shè)備現(xiàn)場控制和遠程干預(yù)相結(jié)合的生產(chǎn)模式，實現(xiàn)了綜采工作面無人則安、少人則安的目標(biāo)，大大提升生產(chǎn)安全和開采效益。

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