燕鵬達(dá)
(晉能控股煤業(yè)集團(tuán)王家?guī)X煤業(yè),山西 忻州 036600)
晉能控股煤業(yè)集團(tuán)王家?guī)X煤礦地處河?xùn)|煤田北部,屬于河保礦區(qū),井田面積34.447 1 km2,批準(zhǔn)開(kāi)采4#~9#煤層,生產(chǎn)規(guī)模5.0 Mt/a。18102 工作面回采4#煤層,地面標(biāo)高+961.9~ +1 089.7 m,工作面標(biāo)高+601~ +641 m,膠帶順槽長(zhǎng)1 602.494 m,回風(fēng)順槽長(zhǎng)1 602.499 m,工作面長(zhǎng)240 m。4#煤層平均視密度1.44 t/m3,以暗煤為主,亮煤次之,鏡煤呈線理或透鏡體,4#煤結(jié)構(gòu)復(fù)雜,一般含2~4 層夾矸,主要以炭質(zhì)泥巖、砂質(zhì)泥巖為主。煤層全煤厚2.8~7.1 m,平均5.0 m,煤層傾角4°~9°,平均6°。4#煤層采用綜采放頂煤采煤方法,工作面采用液壓支架控頂,全部垮落法管理頂板。
支架的高度主要包括最大結(jié)構(gòu)高度和最小結(jié)構(gòu)高度,它必須適應(yīng)煤層采高變化所要求的最大和最小支撐高度。支架高度由公式(1)、(2)計(jì)算:
式中:Hmax為支架最大結(jié)構(gòu)高度,m;Mmax為煤層最大采高,取4.0 m;a為偽頂冒落后支架具有初撐力的補(bǔ)償量,取0.4 m;Hmin為支架最小結(jié)構(gòu)高度,m;Mmin為煤層最小采高,取2.9 m;s為頂板最大下沉量,取0.1 m;b為立柱最小可伸縮余量,取0.1 m;c為存留煤矸厚度,取0.1 m。代入數(shù)值計(jì)算得到支架最大結(jié)構(gòu)高度Hmax為4.4 m,最小結(jié)構(gòu)高度Hmin為2.6 m。
根據(jù)18102 工作面的頂板條件,結(jié)合該礦其他工作面液壓支架的選型經(jīng)驗(yàn),確定采用高工作阻力的兩柱掩護(hù)式液壓支架,支架中心距1750 mm,計(jì)算得支架工作阻力9000 kN/架??紤]液壓支架初撐力與額定工作阻力的比值為0.8,確定選用ZY9000/25/45 型掩護(hù)式液壓支架[1-6]。
18102 工作面SAC 液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化智能化控制系統(tǒng)由北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)公司設(shè)計(jì),其結(jié)構(gòu)如圖1,主要包括紅外接收器、控制器、電磁換向閥組、角度傳感器、傳感器、行程傳感器、電源箱、耦合器、各類計(jì)算機(jī)、井下交換機(jī)、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換器、網(wǎng)絡(luò)變換器等。系統(tǒng)通過(guò)各支架控制器之間的數(shù)據(jù)通訊依靠CAN 通訊協(xié)議進(jìn)行實(shí)現(xiàn),基于支架服務(wù)器與地面集控中心的計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)命令的控制與數(shù)據(jù)傳輸功能。該系統(tǒng)通過(guò)調(diào)整工藝參數(shù)滿足18102 工作面全工藝段的自動(dòng)智能跟機(jī)功能。
圖1 控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖
在18102 工作面液壓支架自動(dòng)智能跟機(jī)的調(diào)試過(guò)程當(dāng)中問(wèn)題頻發(fā),主要問(wèn)題有:一是支架抬底動(dòng)作效果不好;二是護(hù)幫板支護(hù)效果不佳。這兩個(gè)問(wèn)題嚴(yán)重影響到液壓支架自適性智能化控制的過(guò)程,必須對(duì)相關(guān)的工藝程序進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。
18102 工作面液壓支架自動(dòng)智能跟機(jī)動(dòng)作流程如圖2,主要實(shí)現(xiàn)了推溜、移架、伸縮護(hù)幫板及噴霧等工作的自動(dòng)化和智能化操作,對(duì)影響成組移架的移架開(kāi)始時(shí)間、暫停范圍、暫停時(shí)間、到達(dá)時(shí)間、抬底開(kāi)始時(shí)間和抬底到達(dá)時(shí)間六個(gè)因素進(jìn)行反復(fù)優(yōu)化設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)移架的合理匹配。
圖2 液壓支架自動(dòng)智能跟機(jī)動(dòng)作流程示意圖
一個(gè)截煤作業(yè)循環(huán)進(jìn)程中包含工作面上、下兩端共計(jì)2 個(gè)三角區(qū),其上、下兩端的截煤工藝流程相同,主要包括4 個(gè)階段。三角區(qū)自動(dòng)跟機(jī)移架示意圖如圖3。
圖3 三角區(qū)自動(dòng)智能化跟機(jī)移架示意圖
18102 綜采工作面確定選用ZY9000/25/45 型掩護(hù)式液壓支架,同時(shí)應(yīng)用設(shè)計(jì)SAC 液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化智能化控制系統(tǒng),經(jīng)調(diào)試后進(jìn)行了38 架、為期60 d 的井下工業(yè)性試驗(yàn),效果理想。后期SAC液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化智能化控制系統(tǒng)成功應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)了全工作面136 架的全面應(yīng)用。
SAC 液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化智能化控制系統(tǒng)在應(yīng)用期間,系統(tǒng)整體運(yùn)行穩(wěn)定,操作簡(jiǎn)便,自動(dòng)化和智能化程度高,能完全滿足18102 工作面作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)的生產(chǎn)需求。該SAC 液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化智能化控制系統(tǒng)在工作中,可以實(shí)現(xiàn)與采煤機(jī)的聯(lián)動(dòng),能顯示采煤機(jī)、支架工作狀態(tài)、故障情況,具有自動(dòng)智能跟機(jī)操作和成組作業(yè)的操作功能。在液壓支架電液控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化智能化跟機(jī)的基礎(chǔ)上,依靠設(shè)置的液壓支架視頻系統(tǒng),可以在地面集控中心計(jì)算機(jī)上遠(yuǎn)程對(duì)液壓支架進(jìn)行操作,進(jìn)一步依托視頻定位追機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)可視化管理。液壓支架上安裝有壓力傳感器,可以實(shí)時(shí)地對(duì)18102 工作面的頂板壓力情況進(jìn)行監(jiān)測(cè),并根據(jù)工作阻力的變化情況及變化趨勢(shì)。
王家?guī)X煤業(yè)18102 綜采工作面基于智能化工作面的設(shè)置要求,引入了SAC 液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化智能化控制系統(tǒng),并應(yīng)用于ZY9000/25/45 型掩護(hù)式液壓支架中。該液壓支架跟機(jī)自動(dòng)智能化控制系統(tǒng)可與采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)完成自動(dòng)智能跟機(jī)拉架和成組推移刮板輸送機(jī)等動(dòng)作,液壓支架的協(xié)調(diào)控制實(shí)現(xiàn)了工作面的智能開(kāi)采。SAC 液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化智能化控制系統(tǒng)的應(yīng)用,大大提高了18102 綜采工作面的開(kāi)采效率,大幅度降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度,有效提高了巷道支護(hù)質(zhì)量,減少了開(kāi)采中的安全隱患,為實(shí)現(xiàn)18102 綜采工作面智能化開(kāi)采奠定了基礎(chǔ),安全經(jīng)濟(jì)效益顯著。