李曉剛

（山西汾西礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司雙柳煤礦，山西 柳林 033300）

引言

綜采是現(xiàn)階段中厚煤層最為常用的開采方式[1]。在回采過程中確保采煤機(jī)、液壓支架以及刮板輸送機(jī)等設(shè)備銜接、配套運行是實現(xiàn)煤炭高效、安全開采的關(guān)鍵[2-3]?，F(xiàn)階段礦井逐漸向智能化方向發(fā)展，為此，眾多的研究學(xué)者對綜采設(shè)備智能化控制展開研究，并取得豐碩研究成果[4-5]。國內(nèi)部分礦井已率先實現(xiàn)綜采設(shè)備智能化控制，達(dá)到了降低井下人員數(shù)量以及提高煤炭產(chǎn)量目的[6-7]。以山西某礦3905綜采工作面為工程實例，對該采面采用的三級智能化控制系統(tǒng)進(jìn)行闡述，以期能在一定程度上提升礦井綜合智能化水平。

1 3905綜采工作面概況

山西某礦3905綜采工作面為該礦首個智能化開采工作面，采面設(shè)計傾向、走向長度分別為200 m、1 100 m，開采的9號煤層厚度平均3.3 m、傾角5°，埋深平均360 m。9號煤層頂?shù)装鍘r性以砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為主。3905綜采工作面開采范圍內(nèi)煤層賦存較為穩(wěn)定，地質(zhì)構(gòu)造不發(fā)育。

3905綜采工作面內(nèi)主要綜采設(shè)備配備情況見表1。主要的控制系統(tǒng)包括有采煤機(jī)控制系統(tǒng)、液壓支架與刮板輸送機(jī)控制系統(tǒng)等。采煤機(jī)割煤時最大截割高度小于液壓支架支撐高度，最大牽引速度小于液壓支架移架速度，截割深度與液壓支架移架步距一致。采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)以及液壓支架間相互配合是實現(xiàn)綜采工作面高效生產(chǎn)的基礎(chǔ)。采面使用的液壓支架工作系統(tǒng)包括有驅(qū)動器、控制器、耦合器、電源以及紅外接收器等；液壓支架姿態(tài)監(jiān)控采用視頻監(jiān)控設(shè)備以及傳感器實現(xiàn)；回采巷道內(nèi)布置的控制中心可實現(xiàn)地面監(jiān)控中心控制指令執(zhí)行以及綜采工作面設(shè)備運行參數(shù)傳輸?shù)裙ぷ?。具體工作面綜采設(shè)備連接見圖1所示。

表1 采面綜采設(shè)備配備情況

圖1 采面綜采設(shè)備連接示意圖

2 工作面三機(jī)智能化控制系統(tǒng)

2.1 采煤機(jī)智能化控制系統(tǒng)

將慣性導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用到采煤機(jī)運行控制中，監(jiān)測數(shù)據(jù)經(jīng)由環(huán)網(wǎng)傳輸給集控中心，經(jīng)中央CPU處理后得到采煤機(jī)運行控制指令?；趹T性導(dǎo)航技術(shù)、傳感器監(jiān)測技術(shù)（傾角、振動以及電機(jī)運行參數(shù)傳感器等）實現(xiàn)采煤機(jī)運行姿態(tài)監(jiān)測，同時實現(xiàn)采煤機(jī)記憶截割。

采煤機(jī)割煤過程中以自動生產(chǎn)（記憶截割）為主、人工干預(yù)為輔的生產(chǎn)方式。采用此種生產(chǎn)方式可基本實現(xiàn)采煤機(jī)自動控制，取代以往采煤司機(jī)全程在采煤機(jī)旁控制方式，有助于降低作業(yè)人員勞動強度。

2.2 液壓支架智能化控制系統(tǒng)

在采面采用的液壓支架上布置有多類型傳感器，具體有頂板壓力、護(hù)幫推力、傾角傳感器等，具體如圖2所示。

圖2 液壓支架各傳感器及控制柜閥組布置示意圖

液壓支架前移采用雙速控制閥控制控制推移千斤頂實現(xiàn)，可消除液壓支架與刮板輸送機(jī)銷孔間隙，確保液壓支架移架距離統(tǒng)一，從而避免采面多次移動液壓支架后導(dǎo)致液壓支架、刮板輸送機(jī)彎曲問題?，F(xiàn)場測算發(fā)現(xiàn)，通過使用雙速控制閥控后刮板輸送機(jī)推移控制精度提高50%以上，可滿足刮板輸送機(jī)平直度要求。液壓支架上安裝的紅外傳感器可精準(zhǔn)定位采煤機(jī)位置，并將定位數(shù)據(jù)傳輸給集控中心進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，最后集控中心將控制指令發(fā)出給液壓支架控制模塊，實現(xiàn)液壓支架根機(jī)、移架、噴霧、護(hù)幫等工作自動化開展。

2.3 刮板機(jī)智能化控制系統(tǒng)

刮板機(jī)智能化控制系統(tǒng)通過與采煤機(jī)感知設(shè)備、探頭等聯(lián)動，并通過集控中心分析、判別采煤機(jī)位置、液壓支架狀態(tài)，實現(xiàn)刮板輸送機(jī)智能化推溜、拉架等控制。依據(jù)采煤機(jī)上機(jī)載高精度慣性導(dǎo)航裝置以及位置編碼器監(jiān)測數(shù)據(jù)，集控中心可自動生產(chǎn)刮板機(jī)位置曲線。液壓支架無線基站接收到慣導(dǎo)信號，并將相關(guān)信息發(fā)送至集中中心后臺進(jìn)行分析，最終確定刮板機(jī)位位置曲線以及液壓支架推移量，并計算得到下一推移行程，確保刮板機(jī)平直。

2.4 采面三機(jī)智能化聯(lián)動控制

在采面內(nèi)布置的采煤機(jī)、液壓支架以及刮板輸送智能化控制通過大系統(tǒng)整合，集成液壓支架根機(jī)移架、智能升架、采煤機(jī)智能截割、刮板機(jī)智能調(diào)直等功能，實現(xiàn)綜采工作面三機(jī)智能聯(lián)動控制。同時控制數(shù)據(jù)可通過井下集控中心傳輸給地面監(jiān)控中心。

3 結(jié)論

1）3905綜采工作面回采期間，三機(jī)智能化控制系統(tǒng)得以有效、有序運行，現(xiàn)場作業(yè)人員數(shù)量由26人減少至12人。同時工作面采煤生產(chǎn)、運輸?shù)扰涮兹藛T數(shù)量由130人減少至55人。采面回采推進(jìn)期間，采煤機(jī)、液壓支架以及刮板輸送機(jī)故障等導(dǎo)致采面停止生產(chǎn)時間大幅降低，單個生產(chǎn)班生產(chǎn)時間穩(wěn)定在7.5 h以上，開機(jī)率在93%以上。

2）隨著礦井綜合智能化建設(shè)的不斷深入，采掘、運輸、通風(fēng)等各工序智能化程度不斷提升，在進(jìn)行智能化建設(shè)同時應(yīng)強化水、瓦斯、頂板等災(zāi)害控制，并從全方面對作業(yè)人員進(jìn)行技能培訓(xùn)，以穩(wěn)固智能化礦井建設(shè)基礎(chǔ)。