王瑞鵬，張 取，張 龍

(陜西陜煤彬長礦業(yè)有限公司生產(chǎn)服務中心，陜西 咸陽 713602)

0 引言

在全國大力推進采煤智能化工作面建設的大背景下，彬長礦業(yè)公司在綜放工作面陸續(xù)進行智能化改造升級的同時，結(jié)合各礦井下環(huán)境復雜、災害繁多的實際條件，有針對性的對智能化工作面設備升級改造進行系統(tǒng)性研究。目前，山東、山西、內(nèi)蒙古等省份越來越多的煤礦已陸續(xù)建成智能化工作面并投入使用，其中液壓支架電液控技術、智能化采煤機、變頻驅(qū)動技術、煤流監(jiān)測、遠程控制等技術已較為成熟[1-4]，并且各家科研院所、科技公司在大力研究和開發(fā)機器人巡檢、透明工作面建設、快速掘進裝備等新技術和新產(chǎn)品，少人、無人將是智能化工作面的發(fā)展趨勢[5-8]。彬長礦區(qū)地質(zhì)條件復雜，災害繁多，還需要結(jié)合彬長礦區(qū)多元災害環(huán)境，通過綜放設備智能化升級改造技術應用研究，以實現(xiàn)礦井災害的有效監(jiān)控和智慧化生產(chǎn)信息系統(tǒng)的有機融合，形成多元災害環(huán)境智能化綜放工作面建設、運行、維護的企業(yè)技術標準和規(guī)范。

1 工程背景

在2020年以前，彬長礦業(yè)公司各礦井采用綜采放頂煤采煤工藝，生產(chǎn)設備技術標準均為2010—2013年的標準，采煤機、液壓支架、刮板機不具備智能化控制能力，設備的驅(qū)動系統(tǒng)效率低、聯(lián)接方式復雜、故障率高等問題制約著生產(chǎn)效率的提高[9-13]。自2020年起，彬長礦業(yè)公司積極引進先進智能化控制技術，電液控液壓支架、智能化采煤機和刮板機、高壓泵站等各類先進智能化技術在綜采工作面設備上得到應用。為了降低噸煤成本，減少新設備采購，彬長礦業(yè)公司依托其生產(chǎn)服務中心的技術和裝備優(yōu)勢，采取“維修+改造”的設備升級模式，陸續(xù)對下屬5對礦井的綜放工作面進行智能化升級改造。

針對大佛寺煤礦40111工作面和文家坡煤礦4105工作面的綜放設備智能化升級改造進行對比研究，揭示綜放工作面液壓支架升級改造不同的技術方案對生產(chǎn)過程的影響，分析不同配置的傳感器和不同流量的液壓閥在液壓支架改造后的使用情況，及其與采煤機、刮板機聯(lián)動配合的運行機制，揭示綜放工作面液壓支架智能化改造升級不同的技術方案對生產(chǎn)過程的影響，以提高綜放工作面的綜合生產(chǎn)效率，保證礦井安全生產(chǎn)。

2 液壓支架升級改造技術方案

大佛寺煤礦40111工作面和文家坡煤礦4105工作面的綜放設備均在彬長礦業(yè)公司生產(chǎn)服務中心以“維修+改造”的升級模式進行了設備升級改造，2套設備型號、配置均相同，除液壓支架外，其余設備整體改造技術方案是一致的，以下主要對液壓支架技術改造進行研究、對比。

2.1 大佛寺煤礦40111工作面改造方案

2.1.1 基本參數(shù)

大佛寺煤礦40111工作面液壓支架型號為ZF13000/21/40，為四柱雙伸縮放頂煤液壓支架。原廠配置手動400L/200L換向閥和流量為900L的反沖洗過濾器，推移行程為960 mm。

2.1.2 改造方案

主換向閥更換為電液控換向閥，功能數(shù)為18+6，并配套SAC型電液控制系統(tǒng)，能夠完成支架要求電控的各種動作。過濾器更換為流量1 000 L的自動反沖洗過濾器，流量比原過濾器增加100 L，并具有自動定時反向沖洗功能。推移千斤埋設行程傳感器，實現(xiàn)支架推移位置監(jiān)測。護幫增設壓力傳感器和接近開關，實現(xiàn)電控移架、護幫工況監(jiān)測。尾梁和底座增設傾角傳感器，頂梁增設測高傳感器，實現(xiàn)支架姿態(tài)監(jiān)測。立柱增設壓力傳感器和紅外線接收器，以實現(xiàn)支架壓力和位置監(jiān)測。支架原液壓系統(tǒng)中的輔閥規(guī)格不變。

2.2 文家坡煤礦4105工作面改造方案

文家坡煤礦4105工作面液壓支架與上述大佛寺煤礦液壓支架型號、配置一致。主換向閥更換為電液控換向閥，功能數(shù)為16+6，并配套SAC型電液控制系統(tǒng)，能夠完成支架要求電控的各種動作。過濾器更換為流量1 600 L的自動反沖洗過濾器，流量比原過濾器增加700 L，并具有自動定時反向沖洗功能。推移千斤埋設行程傳感器，實現(xiàn)支架推移位置監(jiān)測。立柱增設壓力傳感器和紅外線接收器，以實現(xiàn)支架壓力和位置監(jiān)測。支架液壓系統(tǒng)中的各類輔閥全部換新，流量增大一個等級。

3 改造方案對比

3.1 技術方法的區(qū)別

對比大佛寺煤礦與文家坡煤礦2套設備的改造技術方法，液壓支架的改造方案差異較大，見表1。2套液壓支架改造技術方案主要區(qū)別在于閥的流量和姿態(tài)監(jiān)控的傳感器配置不同。文家坡煤礦的支架閥流量普遍增大，大佛寺煤礦的支架輔閥使用原廠配置型號的閥；大佛寺煤礦的支架上除推移行程、立柱壓力監(jiān)測外，還有支架整體姿態(tài)的傳感器監(jiān)測，包括支架高度、尾梁傾角、底座傾角和護幫板收回狀態(tài)等，而文家坡煤礦的支架只有推移行程、立柱壓力監(jiān)測等基礎的傳感器監(jiān)測。

表1 2套設備技術方法對比

3.2 實際使用情況

在設備入井使用3個月后，分別入井對2套設備進行實地調(diào)研，分析不同的技術改造方案對設備實際使用的影響。

3.2.1 2個工作面設備共性

2套設備的順槽監(jiān)控中心，都可對設備進行(采煤機、液壓支架、泵站控制、運輸機、轉(zhuǎn)載機、破碎機)“一鍵”啟?？刂坪瓦h程干預操控，同時具有設備故障診斷報警、設備工況監(jiān)測、工作面視頻系統(tǒng)等。工作面生產(chǎn)以采煤機記憶截割為主，采煤機具有位置定位、姿態(tài)定位、遠程控制、數(shù)據(jù)上傳、自動截割等功能。液壓支架與采煤機配合，可實現(xiàn)成組程序自動控制，包括成組自動移架、成組自動推溜、成組自動伸收護幫、成組自動噴霧等。

3.2.2 2個工作面設備區(qū)別

大佛寺煤礦40111工作面液壓支架監(jiān)測數(shù)據(jù)齊全，在順槽監(jiān)控中心可對液壓支架的高度、尾梁和底座的角度等動作姿態(tài)進行實時監(jiān)測，并有立柱和護幫千斤頂?shù)膶崟r壓力數(shù)據(jù)，護幫板上的接近開關可為采煤機提供護幫板是否收回的狀態(tài)信號，以避免采煤機與護幫板發(fā)生碰撞，設備的安全運行得到有效保障。文家坡煤礦4105工作面缺少以上監(jiān)測數(shù)據(jù)。

相比于大佛寺煤礦40111工作面，文家坡煤礦4105工作面液壓支架采用了大流量輔閥，各類立柱千斤的控制鎖流量均普遍增大，液壓支架在跟機移架時動作快，成組動作最大可實現(xiàn)5臺支架同時動作，有效提高了工作面生產(chǎn)效率，且安全閥泄壓速度快，可有效保障支架結(jié)構(gòu)件不受損壞。

3.3 綜合分析

2套工作面設備的改造方案不同帶來了不同的使用效果，主要區(qū)別在以下2方面。一方面，支架各類傳感器配置不同，導致支架在使用過程中的各項監(jiān)測數(shù)據(jù)區(qū)別較大，傳感器配置齊全的可有效監(jiān)測到支架的姿態(tài)、護幫板動作狀態(tài)，可及時有效掌握設備運行狀況。另一方面，輔閥的流量不同影響到支架動作速度，智能化工作面要求液壓支架實現(xiàn)成組移架、降架等動作，以達到一定的跟機率，保證工作面高效生產(chǎn)。2套液壓支架均為原廠手動控制改造為電液控制，原廠的各類閥的流量按手動控制設計，難以滿足電液控液壓支架的需求。

4 結(jié)語

大佛寺煤礦40111工作面和文家坡煤礦4105工作面是彬長公司最先進行的工作面改造，針對2個工作面在實際使用中的智能化設備升級改造情況進行了分析，得出液壓支架電液控改造的技術標準框架，即液壓支架配合采煤機達到高效、安全的生產(chǎn)目標，除常規(guī)的推移行程監(jiān)測、紅外線定位、壓力監(jiān)控和支架程序化自動控制外，還要增加測高、傾角、護幫收回等姿態(tài)監(jiān)測，以全面掌握支架的工況。另外，建議更換為大流量輔閥，以提高支架跟機移架速度，提高生產(chǎn)效率。在礦井智能化工作面改造過程中，對不同礦井災害環(huán)境的特點，有針對性地將激光熔覆、缸筒內(nèi)壁熔銅等防腐技術不斷應用，并積極探索工作面慣導調(diào)偏、智能開采透明地質(zhì)信息保障系統(tǒng)、架后煤矸識別等新技術的應用方式，有助于不斷提高煤礦綜采工作面的生產(chǎn)效率，實現(xiàn)以智能化建設賦能助推企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。