郗少偉

（山西焦煤汾西礦業(yè)柳灣煤礦，山西 孝義 032300）

引言

礦井綜合機(jī)械化水平的提升顯著提升了煤炭開(kāi)采效率，但是井下采掘以及運(yùn)輸?shù)拳h(huán)節(jié)仍需要大量的工作人員，同時(shí)作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度較高[1-3]。智能化是現(xiàn)階段礦井發(fā)展的主要方向，通過(guò)構(gòu)建智能化開(kāi)采工作面不僅可將提高煤炭開(kāi)采效率，而且可顯著減少作業(yè)人員數(shù)量以及勞動(dòng)強(qiáng)度[4-5]。

1 3609 工作面工程概況

山西某礦3609 工作面設(shè)計(jì)開(kāi)采長(zhǎng)度950 m、切眼斜長(zhǎng)270m，回采的6 號(hào)煤層厚度3.7m、埋深390m、傾角5°。受到區(qū)域褶曲構(gòu)造影響，局部位置煤層傾角可達(dá)到10°。3 號(hào)煤層在現(xiàn)開(kāi)采水平無(wú)煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性，瓦斯原始含量為5.6 m3/t。3609 工作面設(shè)計(jì)采用傳統(tǒng)的U 型通風(fēng)方式，供風(fēng)量為2 058 m3/t。工作面采用綜合機(jī)械化開(kāi)采工藝開(kāi)采，具體涉及到的主要綜采設(shè)備分別為：MG300/700-WD 采煤機(jī)、SGZ-830/800 刮 板 機(jī)、ZY5600/21/46D 支 架、DSJ1200/150/2×250 皮帶機(jī)。為了提高采面煤炭開(kāi)采效果，提出應(yīng)用智能化系統(tǒng)控制綜采設(shè)備。

2 智能化控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體結(jié)構(gòu)

依據(jù)3609 工作面開(kāi)采的煤層賦存情況以及綜采設(shè)備配備情況，提出一種智能化控制系統(tǒng)，具體系統(tǒng)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1 所示[6]。該智能化控制系統(tǒng)具體子系統(tǒng)包括采煤機(jī)、液壓支架、刮板機(jī)以及皮帶機(jī)控制系統(tǒng)。構(gòu)建的智能化控制系統(tǒng)通過(guò)控制平臺(tái)實(shí)現(xiàn)可視化操控、控制指令高速傳輸。具體智能控制系統(tǒng)具備的功能為：綜采設(shè)備智能化控制、采煤機(jī)記憶（自動(dòng)）割煤、綜采設(shè)備協(xié)調(diào)運(yùn)行、刮板機(jī)運(yùn)輸量自動(dòng)監(jiān)控等。

圖1 工作面智能化控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.2 采煤機(jī)智能控制子系統(tǒng)

為了適應(yīng)智慧工作面建設(shè)需要，在滿足采煤機(jī)智能化控制功能基礎(chǔ)上，確定了采煤機(jī)控制系統(tǒng)框架，具體見(jiàn)圖2。

圖2 采煤機(jī)控制系統(tǒng)框架

具體構(gòu)建的采煤機(jī)智能控制子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)有PLC、傳感器、監(jiān)視器以及各類(lèi)傳感器。在PLC 內(nèi)嵌入有控制采煤機(jī)割煤的截割記憶程序，可實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)記憶截割，同時(shí)現(xiàn)場(chǎng)控制人員可根據(jù)回采煤層變化情況對(duì)采煤機(jī)割煤參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，以便提高采煤機(jī)割煤效率。在采煤機(jī)上隨機(jī)布置有監(jiān)測(cè)傾角、高度的紅外激光等傳感器，可實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)搖臂狀態(tài)、采煤機(jī)傾角以及回采位置的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。同時(shí)運(yùn)用智能控制子程序內(nèi)的LASC 系統(tǒng)再構(gòu)建采煤機(jī)三維姿態(tài)模型，以便操作人員能夠直觀地掌握采煤機(jī)運(yùn)行情況。

2.3 刮板機(jī)智能控制子系統(tǒng)

采面內(nèi)布置的刮板輸送機(jī)驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)構(gòu)為減速器、電動(dòng)機(jī)、聯(lián)軸器，并通過(guò)移動(dòng)電源、變頻器等提供動(dòng)力。刮板輸送機(jī)控制子系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)工作面智能化控制的重要組成單元，通過(guò)該子程序可實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)運(yùn)輸煤量、載荷的監(jiān)測(cè)以及智能控制。具體刮板機(jī)智能控制子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)單元包括有智能控制箱、煤量掃描裝置、智能調(diào)速軟件等。通過(guò)煤量掃描裝置即可對(duì)刮板機(jī)輸送煤量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、智能控制箱以及調(diào)速軟件通過(guò)調(diào)整刮板機(jī)運(yùn)輸速度，實(shí)現(xiàn)煤炭運(yùn)輸量的智能調(diào)整，具體智能調(diào)速原理見(jiàn)圖3 所示。

圖3 刮板機(jī)智能調(diào)速原理圖

2.4 液壓支架智能控制子系統(tǒng)

在采面回采巷道安全位置布置液壓支架控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)液壓支架智能控制，具體控制平臺(tái)結(jié)構(gòu)包括有防爆主機(jī)、電源箱、交換箱等。防爆主機(jī)內(nèi)部嵌入有視頻主機(jī)、操作臺(tái)、電液控制主機(jī)等，其中視頻主機(jī)用處理以及顯示液壓支架上高清攝像頭監(jiān)測(cè)畫(huà)面；操作臺(tái)與液壓支架上機(jī)在控制器通過(guò)CAN 總線連接，用以對(duì)液壓支架運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行控制，實(shí)現(xiàn)液壓支架跟機(jī)動(dòng)作；電源箱則為智能控制子系統(tǒng)提供連續(xù)電源。

3 智能控制系統(tǒng)應(yīng)用效果分析

3609 工作面完成綜采設(shè)備智能化控制改造后，為了掌握該智能控制子系統(tǒng)應(yīng)用效果，對(duì)個(gè)綜采設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)?，F(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)，該智能控制系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)運(yùn)行姿態(tài)、截割的智能化控制、液壓支架可及時(shí)隨著采煤機(jī)截割移架，刮板輸送機(jī)以及液壓支架平直度可滿足采面生產(chǎn)需要。采煤機(jī)割煤時(shí)，操作人員在回采巷道內(nèi)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，在割煤現(xiàn)場(chǎng)僅保留2～3 名巡檢人員即可。

采面在實(shí)現(xiàn)智能化改造后，刮板輸送機(jī)在滿足煤炭運(yùn)輸前提下通過(guò)智能控制系統(tǒng)對(duì)運(yùn)行速度進(jìn)行調(diào)節(jié)，預(yù)計(jì)年可降低電能消耗約360 萬(wàn)元。

對(duì)3609 工作面完成智能化改造后，現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員數(shù)量由以往的25 名減少至15 名，不僅減少了井下作業(yè)人員數(shù)量，而且顯著降低了作業(yè)人員勞動(dòng)強(qiáng)度以及礦井人力資源投入。礦井采煤工作面通過(guò)智能化建設(shè)取得了較好的應(yīng)用成果。

4 結(jié)語(yǔ)

隨著礦井開(kāi)采深度增加，煤炭開(kāi)采時(shí)面臨地質(zhì)構(gòu)造、瓦斯、水害等影響更為突出，煤炭開(kāi)采成本不斷增加。作業(yè)人員在采掘工作面現(xiàn)場(chǎng)，傳統(tǒng)的煤炭開(kāi)采方式不僅勞動(dòng)強(qiáng)度高，而且安全風(fēng)險(xiǎn)較大。對(duì)采煤工作面進(jìn)行智能化改造后，不僅可減少采煤工作面現(xiàn)場(chǎng)人員數(shù)量，而且大部分工作人員在回采巷道安全位置對(duì)采煤設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，現(xiàn)場(chǎng)僅保留少許巡檢人員即可滿足生產(chǎn)要求。