王雁峰

(內(nèi)蒙古滿世永智煤炭有限公司， 內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017000)

煤礦智能化開(kāi)采是我國(guó)煤炭資源開(kāi)發(fā)的重要發(fā)展趨勢(shì)[1-2].為深入貫徹落實(shí)國(guó)家發(fā)展改革委等《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見(jiàn)》以及內(nèi)蒙古自治區(qū)能源局等廳局下發(fā)的《關(guān)于加快內(nèi)蒙古自治區(qū)煤礦智能化建設(shè)的實(shí)施意見(jiàn)》等相關(guān)政策，加快智能化礦井技術(shù)的改革與發(fā)展[3]，永智煤礦于2021年10月進(jìn)行了井下運(yùn)輸系統(tǒng)智能化改造，本著“智能化、少人化、無(wú)人化”改造原則，根據(jù)井下煤層條件與開(kāi)采現(xiàn)狀，對(duì)該礦運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行智能化改造，從而減少井下人員配置、降低事故發(fā)生概率及改善井下作業(yè)環(huán)境，實(shí)現(xiàn)礦山智能化開(kāi)采目標(biāo)[4-6].

1 礦井概況

永智煤礦目前主采5101工作面，傾角小于3°，為近水平煤層，工作面設(shè)計(jì)長(zhǎng)度為225 m，推進(jìn)長(zhǎng)度約為2 500 m，設(shè)計(jì)采高4.2 m，運(yùn)輸順槽凈斷面(矩形)4.8 m×3.5 m，工作面輔運(yùn)順槽凈斷面(矩形)5.0 m×3.5 m.礦井采用無(wú)軌膠輪車(chē)作為輔助運(yùn)輸，現(xiàn)有WC20R型防爆無(wú)軌膠輪人車(chē)2臺(tái)、WC5J型防爆無(wú)軌膠輪材料車(chē)1臺(tái)。

2 主運(yùn)系統(tǒng)智能化改造

2.1 現(xiàn)用主運(yùn)系統(tǒng)分析

永智煤礦現(xiàn)開(kāi)采的4-2中煤層采用膠帶輸送機(jī)運(yùn)煤，4-2中煤層順槽配備DSJ100/80/250型膠帶輸送機(jī)，4-2中煤層大巷配備DTL100/100/2×250型膠帶輸送機(jī)，主斜井配備DTL100/40/132型膠帶輸送機(jī)，掘進(jìn)工作面配備DSJ80型膠帶輸送機(jī)。

該礦擬將5-1煤層5101工作面建成智能化工作面，5-1煤運(yùn)輸順槽帶式輸送機(jī)和5-1煤運(yùn)輸大巷及主暗斜井帶式輸送機(jī)作為該次智能化改造的主要對(duì)象。因此，該礦主運(yùn)輸系統(tǒng)智能化建設(shè)采用購(gòu)置新設(shè)備和對(duì)現(xiàn)有控制系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)該系統(tǒng)的智能化控制要求。

2.2 主運(yùn)系統(tǒng)改造方法

1) 膠帶運(yùn)輸機(jī)改造。

5-1煤運(yùn)輸順槽選擇DSJ120/120/2×200型可伸縮帶式輸送機(jī)，5-1煤運(yùn)輸大巷選擇DSJ120/150/2×315型可伸縮帶式輸送機(jī)，主暗斜井選擇DSJ120/100/2×75型可伸縮帶式輸送機(jī)。DSJ120系列可伸縮帶式輸送機(jī)的機(jī)頭、傳動(dòng)及儲(chǔ)帶倉(cāng)采用模塊化集成設(shè)計(jì)，無(wú)需整體做基礎(chǔ)，便于拆卸，減小回采時(shí)停采線留煤柱距離，增加煤柱回收開(kāi)采量。本機(jī)采用無(wú)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，機(jī)頭卸載處采用剪力梁形式固定。采用機(jī)頭集中變頻起動(dòng)方式，驅(qū)動(dòng)功率及功率平衡符合設(shè)計(jì)要求，滿足5 Hz額定頻率的任意轉(zhuǎn)速下長(zhǎng)時(shí)運(yùn)行。變頻器顯示具有電機(jī)電流、電壓、頻率、故障報(bào)警、記憶的功能，可保存最近6個(gè)月的故障信息及運(yùn)行參數(shù)，可通過(guò)USB接口下載數(shù)據(jù)，并進(jìn)入集控系統(tǒng)予以監(jiān)測(cè)。帶式輸送機(jī)設(shè)置具有煤安標(biāo)志的纜式線型感溫探測(cè)器(CTI-190X)，對(duì)帶式輸送機(jī)全線進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，并能夠準(zhǔn)確顯示報(bào)警點(diǎn)溫度及報(bào)警距離，高溫報(bào)警響應(yīng)規(guī)模<1 cm.

2) 控制系統(tǒng)功能改造。

改造后的運(yùn)輸機(jī)控制系統(tǒng)選用KJ1083礦用工作面及皮帶運(yùn)輸通信控制系統(tǒng)，PLC通過(guò)通訊接口或模擬量接口與變頻驅(qū)動(dòng)裝置之間進(jìn)行信號(hào)傳遞和數(shù)據(jù)交換，可協(xié)調(diào)控制電機(jī)的頻率達(dá)到速度控制，對(duì)驅(qū)動(dòng)裝置故障進(jìn)行檢測(cè)。在皮帶機(jī)頭、機(jī)尾、煤倉(cāng)下給煤機(jī)、犁煤器處選用KBA129(A)礦用隔爆兼本安型攝像儀用于視頻監(jiān)控。

對(duì)于系統(tǒng)保護(hù)功能方面，選用KHP352礦用帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置，該裝置可用于煤礦井下單條或多條帶式輸送機(jī)的操作、控制、監(jiān)測(cè)、保護(hù)、狀態(tài)顯示、打點(diǎn)聯(lián)絡(luò)、通話及語(yǔ)音報(bào)警等，也可用于地面生產(chǎn)系統(tǒng)的控制、監(jiān)測(cè)和綜合保護(hù)，見(jiàn)圖1.

整個(gè)控制系統(tǒng)由地面計(jì)算機(jī)、打印機(jī)、環(huán)形網(wǎng)絡(luò)通訊接口、KHP352礦用帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置、KTC186礦用工作面通信控制裝置、KXJ660(B)型礦用隔爆兼本安型PLC控制箱、礦用隔爆型網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、隔爆兼本安型計(jì)算機(jī)、礦用本安型操作臺(tái)、隔爆兼本安型攝像儀、電纜、光纜和其它必要設(shè)備組成。

圖1 KHP352礦用帶式輸送機(jī)保護(hù)裝置單機(jī)配圖

3 輔運(yùn)系統(tǒng)智能化改造

3.1 現(xiàn)用輔運(yùn)系統(tǒng)分析

永智煤礦現(xiàn)開(kāi)采的4-2中煤層采用無(wú)軌膠輪車(chē)作為輔助運(yùn)輸，現(xiàn)有WC20R型防爆無(wú)軌膠輪人車(chē)2臺(tái)、WC5J型防爆無(wú)軌膠輪材料車(chē)1臺(tái)。

該礦擬將5-1煤層5101工作面建成智能化工作面，仍采用無(wú)軌膠輪車(chē)作為輔助運(yùn)輸，現(xiàn)有的1臺(tái)無(wú)軌膠輪材料車(chē)無(wú)法滿足兩水平生產(chǎn)需求。因此設(shè)計(jì)新增2臺(tái)WC5J型防爆無(wú)軌膠輪材料車(chē)。輔助運(yùn)輸設(shè)備規(guī)格特征及數(shù)量見(jiàn)表1.

表1 防爆無(wú)軌膠輪車(chē)規(guī)格特征及數(shù)量表

上述設(shè)備不具備智能化，因此該礦掘進(jìn)系統(tǒng)智能化建設(shè)主要對(duì)現(xiàn)有輔助運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行改造，實(shí)現(xiàn)輔助運(yùn)輸系統(tǒng)的智能化要求。

3.2 輔運(yùn)系統(tǒng)智能化改造方法

系統(tǒng)改造后采用KJ915礦用機(jī)車(chē)運(yùn)輸管理系統(tǒng)，利用UWB定位技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)車(chē)輛的實(shí)時(shí)定位、區(qū)域控制、安全警示、報(bào)警監(jiān)測(cè)和應(yīng)急快速搜尋等功能，能夠迅速了解井下車(chē)輛的位置分布情況，實(shí)時(shí)監(jiān)控行走路徑，并在GIS地圖上實(shí)時(shí)展現(xiàn)，提高了對(duì)井下車(chē)輛的監(jiān)測(cè)和調(diào)度，增強(qiáng)發(fā)生事故時(shí)井下車(chē)輛的快速反應(yīng)能力。在減人提效方面：減少了現(xiàn)場(chǎng)人員的配置，改造前對(duì)于礦用機(jī)車(chē)運(yùn)輸?shù)墓芾?，現(xiàn)場(chǎng)需配備6名人員，智能化改造后現(xiàn)場(chǎng)只需配備2名人員;通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)有效監(jiān)控，能夠快速準(zhǔn)確識(shí)別出事故發(fā)生的潛在風(fēng)險(xiǎn)，做到“早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早處理”，降低了事故發(fā)生率，提高了工作面生產(chǎn)效率。

1) 車(chē)輛管理系統(tǒng)。

該系統(tǒng)能在GIS圖上實(shí)時(shí)顯示井下車(chē)輛的精確位置信息，靜態(tài)狀態(tài)下定位精度30 cm，動(dòng)態(tài)精度5.3 m(36 km/h均速狀態(tài)下)，為車(chē)輛調(diào)度管理提供依據(jù)，提高車(chē)輛利用效率。系統(tǒng)通過(guò)GIS圖可動(dòng)態(tài)顯示車(chē)輛運(yùn)行情況，顯示井下車(chē)輛的位置、行進(jìn)方向，顯示信號(hào)燈指示狀態(tài)等設(shè)備的相關(guān)信息，為車(chē)輛調(diào)度管理提供依據(jù)。

2) 失速攔截系統(tǒng)。

智慧化柔性膠輪車(chē)失速保護(hù)系統(tǒng)由機(jī)械部分、電氣部分、軟件部分組成。該系統(tǒng)集監(jiān)測(cè)監(jiān)控、智能預(yù)警、智能聯(lián)動(dòng)、融合共享及數(shù)據(jù)可視化于一體，具有設(shè)備自診斷、通信雙保障、攔截雙觸發(fā)、車(chē)輛準(zhǔn)攔截、攔截柔性化、控制智能化等優(yōu)點(diǎn)，智慧化柔性跑車(chē)防護(hù)裝置控制系統(tǒng)架構(gòu)示意圖見(jiàn)圖2.

圖2 智慧化柔性跑車(chē)防護(hù)裝置控制系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

無(wú)軌膠輪車(chē)失速攔截系統(tǒng)的機(jī)械部分采用六級(jí)柔性緩沖，利用進(jìn)口彈性材料與壓板吸能器配合，利用柔性阻攔網(wǎng)，攔截失速車(chē)輛，無(wú)需對(duì)車(chē)輛進(jìn)行改裝，阻攔動(dòng)作不會(huì)損害車(chē)輛及駕駛員人身安全，阻攔網(wǎng)的破斷拉力為300 kN，每個(gè)吸能器的攔截能量可以按需調(diào)節(jié)，對(duì)不同的車(chē)型分類(lèi)攔截，攔截的距離也可以按需控制，無(wú)軌膠輪車(chē)失速攔截系統(tǒng)示意圖見(jiàn)圖3.

3) 智能監(jiān)控系統(tǒng)。

該系統(tǒng)依托雷達(dá)測(cè)速、阻攔裝置、視頻監(jiān)控等硬件設(shè)備為基礎(chǔ)，利用大數(shù)據(jù)進(jìn)行提取、比對(duì)、加工處理，采集終端結(jié)構(gòu)化及非結(jié)構(gòu)化數(shù)據(jù)，通過(guò)存儲(chǔ)、加載、計(jì)算、渲染等方式，以實(shí)現(xiàn)車(chē)輛速度、阻攔裝置的準(zhǔn)確性及巷道內(nèi)視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性、可視性，從而為智能預(yù)警提供有利數(shù)據(jù)支撐。

圖3 無(wú)軌膠輪車(chē)失速攔截系統(tǒng)示意圖

結(jié)合數(shù)據(jù)融合共享技術(shù)，對(duì)終端采集數(shù)據(jù)、常規(guī)運(yùn)行數(shù)據(jù)及定制化數(shù)據(jù)進(jìn)行動(dòng)態(tài)分析展示，如對(duì)車(chē)速監(jiān)測(cè)分析、失速攔截統(tǒng)計(jì)分析、阻攔裝置監(jiān)測(cè)分析、預(yù)警分析、設(shè)備量統(tǒng)計(jì)等，能夠及時(shí)了解車(chē)輛安全運(yùn)行狀況，為安全生產(chǎn)提供數(shù)據(jù)支撐。

4 預(yù)期改造效果分析

通過(guò)對(duì)永智煤礦運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行智能化改造，產(chǎn)生的預(yù)期效果體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1) 減少井下人員配置。系統(tǒng)改造前，井下整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)操控人員約為12人，智能化改造后，現(xiàn)場(chǎng)僅需4名人員進(jìn)行系統(tǒng)巡檢，人員數(shù)量降低2/3，人力資源支出可減少80～100萬(wàn)元/年。

2) 降低事故發(fā)生率。采取智能化運(yùn)輸系統(tǒng)，可以及時(shí)找出故障發(fā)生根源，做到故障早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早處理，有效提高運(yùn)輸系統(tǒng)的可靠性，降低故障及事故發(fā)生概率。

3) 改善井下作業(yè)環(huán)境。運(yùn)輸通過(guò)智能化控制，減少了人員勞動(dòng)強(qiáng)度，使作業(yè)人員進(jìn)入工作面的時(shí)間明顯減少，避免了人員長(zhǎng)期處于工作面中，作業(yè)環(huán)境顯著改善。

5 結(jié) 語(yǔ)

煤礦采用的常規(guī)井下運(yùn)輸系統(tǒng)，往往存在智能化程度較低，井下人員需求量大，作業(yè)環(huán)境差等問(wèn)題，通過(guò)對(duì)井下運(yùn)輸系統(tǒng)進(jìn)行智能化改造，將現(xiàn)代化智能技術(shù)融入到井下運(yùn)輸系統(tǒng)，為礦井智能化建設(shè)起到推動(dòng)作用。