張 偉

（霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司方山木瓜煤礦，山西 呂梁 033102）

現(xiàn)如今，我國(guó)的煤礦自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)步入了快速發(fā)展階段，在實(shí)際的綜采工作面進(jìn)行的過(guò)程中，各個(gè)企業(yè)都大量投入了采煤機(jī)、液壓支架以及運(yùn)輸設(shè)備等重要機(jī)械設(shè)備，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的控制與運(yùn)輸。進(jìn)入21世紀(jì)，我國(guó)的高新科技產(chǎn)業(yè)快速發(fā)展，大數(shù)據(jù)智能化與采煤技術(shù)充分融合，成為大采高智能化采煤工作面開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用的大勢(shì)所趨。大采高智能化采煤工作面開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用復(fù)雜、設(shè)備種類多，對(duì)系統(tǒng)及人員方面提出更高要求。通過(guò)各種技術(shù)的應(yīng)用能夠在很大程度上降低采煤工作所需要投入的勞動(dòng)力，但因綜采工作面的地質(zhì)條件較為復(fù)雜、煤層儲(chǔ)存變化大等特點(diǎn)[1]，在實(shí)際的智能化技術(shù)應(yīng)用的過(guò)程中，仍然需要安排技術(shù)人員進(jìn)行技術(shù)干預(yù)與操控。希望本文所研究?jī)?nèi)容能為相關(guān)公司的發(fā)展提供一些可參考的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)。

1 智能化綜采工作面的基本狀況

此次研究的采煤工作面位于采煤區(qū)域的四盤區(qū)中部，該地區(qū)的大采高工作面具有一定的代表性，并且該采煤區(qū)的東部為14021工作面采空區(qū)，南側(cè)房臨近F18斷層，西部是未計(jì)劃開(kāi)采的區(qū)域，北側(cè)有三大巷的建設(shè)項(xiàng)目。對(duì)工作面進(jìn)行統(tǒng)計(jì)得出，該工作面的上順槽長(zhǎng)度為2 110 m，下順槽長(zhǎng)度為2 300 m，切眼傾斜長(zhǎng)度為200 m。在規(guī)劃區(qū)域內(nèi)，該工作面所使用的采煤技術(shù)為走向長(zhǎng)壁后退式采煤方法以及一次采全高綜合機(jī)械化采煤工藝，沿煤層頂部進(jìn)行回采工作，采高區(qū)間為4.6～6.2 m，基巖厚度＞53 m的地區(qū)則達(dá)到了6.2 m的最大采高，一個(gè)循環(huán)推進(jìn)度為80 cm，頂板作業(yè)時(shí)采用液壓支架進(jìn)行支護(hù)。

2 智能化綜采工作面的設(shè)備應(yīng)用情況

2.1 采煤機(jī)的選擇

采煤機(jī)選擇的是西安煤礦機(jī)械有限公司所生產(chǎn)的MG900/2320-GWD型號(hào)的采煤機(jī)。該種采煤機(jī)的功能較多且穩(wěn)定性較好，在國(guó)內(nèi)擁有較為廣泛的適用范圍，自身具有位置姿態(tài)自動(dòng)定位、數(shù)據(jù)收集與長(zhǎng)傳、拓展性自動(dòng)化接口平臺(tái)、自身精準(zhǔn)定位、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、工作面設(shè)備自動(dòng)調(diào)直等功能。該采煤機(jī)能夠進(jìn)行遠(yuǎn)程遙控與調(diào)試，可實(shí)時(shí)運(yùn)行并將采集的數(shù)據(jù)及時(shí)上傳，可通過(guò)CAN總線的設(shè)計(jì)與應(yīng)用，將采煤機(jī)自身所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)向第三方設(shè)備進(jìn)行信號(hào)與數(shù)據(jù)傳輸。因此，該采煤機(jī)能夠滿足礦井智能管控平臺(tái)建設(shè)的需求。

2.2 刮板運(yùn)輸機(jī)的選擇

刮板運(yùn)輸機(jī)的選擇同樣需要滿足智能化的應(yīng)用，公司選用寧夏天地重型裝備科技有限公司所生產(chǎn)的中雙鏈刮板運(yùn)輸機(jī)。該種運(yùn)輸機(jī)能夠根據(jù)生產(chǎn)的需求進(jìn)行變速，通過(guò)遠(yuǎn)程遙控就能完成速度的調(diào)試，并且有變頻啟動(dòng)以及定頻啟動(dòng)兩種設(shè)計(jì)。在該運(yùn)輸機(jī)的內(nèi)部還設(shè)置了設(shè)備健康管理系統(tǒng)，能夠?qū)伟暹\(yùn)輸機(jī)運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的故障以及隱患及時(shí)進(jìn)行診斷，從而方便技術(shù)人員進(jìn)行故障的排查工作，提高設(shè)備維護(hù)與檢修效率。

2.3 液壓支架的選擇

在該工作面建設(shè)的過(guò)程中，因需要滿足自動(dòng)跟機(jī)的設(shè)計(jì)要求，該公司選用鄭州煤礦機(jī)械股份有限公司所生產(chǎn)的ZY18000/30/65D型液壓支架。該種支架的綜合性能較好，并且能夠與周圍其他型號(hào)支架構(gòu)成自動(dòng)控制系統(tǒng)，具備急停閉鎖、工作面壓力檢測(cè)、自動(dòng)補(bǔ)壓、跟機(jī)自動(dòng)移動(dòng)、跟機(jī)噴霧、數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳等功能。

3 智能化綜采工作面技術(shù)所具備的主要功能

3.1 液壓支架自動(dòng)跟機(jī)

在液壓支架系統(tǒng)建設(shè)時(shí)，所有支架均選用ZE0704型電液控制系統(tǒng)，各個(gè)支架都安裝了立體壓力傳感器、推移形成傳感器、4個(gè)傾角傳感器、紅外接收器和電控先導(dǎo)閥[2]。通過(guò)應(yīng)用CAN總線通訊來(lái)進(jìn)行信息傳輸系統(tǒng)的搭建，以電壓控制系統(tǒng)為核心進(jìn)行整機(jī)系統(tǒng)的建設(shè)。為保證系統(tǒng)建設(shè)的拓展性，通過(guò)采煤機(jī)自帶的紅外線位置檢測(cè)、視頻檢測(cè)以及各種檢測(cè)功能的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)液壓支架防傾倒、防片幫、防冒落，做到自動(dòng)收護(hù)幫板、跟機(jī)噴霧、自動(dòng)推溜、移架和補(bǔ)壓，從而全面實(shí)現(xiàn)液壓支柱自動(dòng)跟機(jī)作業(yè)，以及對(duì)機(jī)械狀態(tài)數(shù)據(jù)信息和產(chǎn)品信息的實(shí)時(shí)跟蹤和監(jiān)測(cè)。

3.2 采煤機(jī)自動(dòng)機(jī)記憶截割

通過(guò)應(yīng)用采煤機(jī)自動(dòng)記憶截割功能，可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化割煤。采煤機(jī)控制系統(tǒng)主要使用過(guò)移型調(diào)高油缸，油缸的高低變化能檢測(cè)出工作面的狀態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)采高面的自主定位工作。此外，通過(guò)軸編碼器的應(yīng)用可對(duì)工作面所處的位置進(jìn)行自動(dòng)化定位。在完成數(shù)據(jù)收集的基礎(chǔ)上應(yīng)用采煤機(jī)自動(dòng)跟機(jī)視頻監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控室中的技術(shù)人員就能通過(guò)采煤機(jī)所提供的數(shù)據(jù)來(lái)判斷出煤層的變化情況、滾筒截割狀況、支架狀態(tài)等。如果工作面頂板出現(xiàn)故障，也可通過(guò)采煤機(jī)的應(yīng)用進(jìn)行遠(yuǎn)程干預(yù)工作，從而及時(shí)調(diào)整工作面的工程質(zhì)量，保證整個(gè)工作面都能夠保持正常生產(chǎn)的狀態(tài)。

3.3 視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)以及語(yǔ)音通訊系統(tǒng)的應(yīng)用

通過(guò)以上兩項(xiàng)技術(shù)的應(yīng)用可以有效幫助地面技術(shù)人員了解到工作面的狀況，并且對(duì)可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行應(yīng)急處理。在實(shí)際的視頻監(jiān)測(cè)以及語(yǔ)音通訊功能建設(shè)的過(guò)程中，需要對(duì)工作面以及重要的區(qū)域進(jìn)行云臺(tái)攝像儀的搭建，并與控制室進(jìn)行傳輸線路的建設(shè)，以達(dá)到360°無(wú)死角監(jiān)測(cè)的目的，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)整個(gè)綜采作業(yè)區(qū)設(shè)備的全程實(shí)時(shí)監(jiān)控以及視頻信息共享[3]。在順槽帶式運(yùn)輸機(jī)及工作面安裝通訊系統(tǒng)，可保障全線通訊暢通，方便工作人員進(jìn)行實(shí)時(shí)交流。

4 大采高智能化綜采工作面的工程應(yīng)用

4.1 工程概況

大采高智能化綜采工程為7 m的大高采工程，系統(tǒng)復(fù)雜、所用到的設(shè)備種類多、關(guān)鍵控制技術(shù)難度大，大采高智能化綜采系統(tǒng)如圖1所示。初期每年投產(chǎn)10 Mt。礦井為斜井開(kāi)拓，通風(fēng)方式為分區(qū)法，屬低瓦斯礦井之列。試驗(yàn)中，其工作面為此礦的15205大采高綜工作面，煤層厚度為1.2～9.3 m，采高平均值約6.8 m，工作面總長(zhǎng)度是3 030 m，其傾向長(zhǎng)度為354 m，對(duì)其進(jìn)行雙向采割，機(jī)械作業(yè)速度為7 m/min，調(diào)度速度是10 m/min，執(zhí)行方式為2.5班生產(chǎn)，0.5班檢修的“三八”作業(yè)制。

圖1 大采高智能化綜采系統(tǒng)

4.2 關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用

在大采高智能化綜采工作面應(yīng)用中，關(guān)鍵技術(shù)控制有工作面總控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、圍巖支架耦合控制技術(shù)、高清可視化技術(shù)、快速移架控制技術(shù)和設(shè)備三維虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)等[4]。自系統(tǒng)運(yùn)行以來(lái)性能穩(wěn)定，大采高智能化綜采工作面控制的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 為大采高智能化綜采工作面控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

從圖2可知，利用工作面總控制網(wǎng)絡(luò)技術(shù)構(gòu)建了一個(gè)統(tǒng)一開(kāi)放的具有100 Mbps工業(yè)以太網(wǎng)的工作面控制平臺(tái)。利用工作面圍巖支架耦合控制技術(shù)完成支架姿態(tài)監(jiān)測(cè)、頂板圍巖耦合、幫部圍巖耦合及支架傾倒控制，有效控制了開(kāi)采過(guò)程中安全事故的發(fā)生?？紤]到煤礦綜采工作面的復(fù)雜性，本工程中選用了一款礦用本安型高清云臺(tái)攝像儀，鏡頭為720P高清攝像頭，該鏡頭可隨意實(shí)現(xiàn)色彩切換，旋轉(zhuǎn)精度達(dá)1°，特別是在低照度作業(yè)中，也能清晰顯示現(xiàn)場(chǎng)情況，為遠(yuǎn)程人員干預(yù)創(chuàng)造了更好的作業(yè)條件。由于大采高智能綜采工作面作業(yè)會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)地壓，因此，本工程中選用了快速移架控制技術(shù)，并利用三維動(dòng)畫(huà)技術(shù)建模，以模擬解決開(kāi)采中可能遇到的實(shí)際問(wèn)題。

5 應(yīng)用效果

經(jīng)開(kāi)采實(shí)踐證明，大采高智能化綜采會(huì)給圍巖帶來(lái)極大破壞，支撐壓力和峰值都變大，但通過(guò)大采高智能化綜采技術(shù)的應(yīng)用，煤壁在礦壓下易產(chǎn)生的片幫、冒頂?shù)葐?wèn)題得到了及時(shí)發(fā)現(xiàn)和有效解決。因此，這次工程實(shí)踐是對(duì)智能化工作面大采的有益嘗試。此外，通過(guò)深入到基層進(jìn)行考察發(fā)現(xiàn)，智能化綜采工作面的建設(shè)，原本需要30人投入工作的生產(chǎn)區(qū)域現(xiàn)如今僅僅只需8人，減少了人工成本投入，改善了工作的環(huán)境狀況，真正顯示了智能化生產(chǎn)的效果。