中厚煤層智能化綜采工作面無人開采關鍵技術探究

魏東望

[摘? ? 要]煤炭開采施工環境惡劣，風險隱患多，在生產的過程中兼顧安全和效益是煤炭企業研究的重要內容。隨著現代技術的發展，越來越多的煤炭企業采用新技術實現了智能化生產管理模式，實現了煤炭生產安全，保障了生產效益。本文圍繞中厚煤層智能化工作面無人開采系統及關鍵技術進行論述，旨在加快推動煤礦生產模式轉型升級，實現綜采工作面無人則安、少人則安的目標。

[關鍵詞]綜采工作面;智能化系統;自動化設備;監控

[中圖分類號]TD822.1 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2020）12–00–03

[Abstract]The coal mining construction environment is bad， and there are many hidden risks. It is an important content of coal enterprise research to give consideration to safety and benefit in the process of production. With the development of modern technology， more and more coal enterprises adopt new technology to realize the intelligent production management mode， realize the safety of coal production and ensure the production efficiency. This paper discusses the unmanned mining system and key technologies of intelligent working face in medium thick coal seam， aiming to accelerate the transformation and upgrading of coal mine production mode， and realize the goal of safety in fully mechanized working face with no one and less people.

[Keywords]fully mechanized working face; intelligent system; automatic equipment; monitoring

陜西雙龍煤業開發有限責任公司中厚煤層開采過程中采用了智能化工作面開采系統。系統主要包括單機設備層、集中控制層、地面層3個層次。單機設備層由各個子系統完成設備的獨立控制，同時各個子系統提供通信接口，向綜采自動化系統開放通信協議，實現系統對子系統在數據采集以及在方向控制方面的啟停功能。集中控制層位于監控中心，能夠對煤礦開采工作面的所有設備進行遠程集中控制。地面層可以通過遠程數據監控系統實時了解和掌握煤礦井下開采工作面設備的運行狀況。

1 中厚煤層工作面開采智能化系統設計

工作面開采智能化系統包括以下組成部分：順槽監控中心、采煤機控制系統、液壓支架電液控制系統、三機設備數據監測子系統、轉載與皮帶自移控制系統、運順與回風巷超前支架控制系統、語音通訊控制系統、組合開關監測系統、工作面智能集成供液控制系統、膠帶輸送機控制系統、工作面視頻系統、工作面1 000 Mbps以太網系統、地面分控中心。

系統具備以下特點：①綜采工作面監控中心能夠將采煤機、支架電液控制系統、泵站控制系統、工作面運輸機控制系統、供電系統多個系統有機結合起來，實現多個系統同時運作，并能夠實現對單一或多個系統的集中自動化控制目的。②通過監控中心能夠對采煤機和液壓支架進行遠程操控，減少人工，降低操作誤差。③不同于普通的一機多系統模式，而是采用了三機集成模式，將控制、通信、監視集成為一體，提高了開采智能化系統的運作效率。④采用主干線的方式，將工作面設備運行數據、控制、通訊、食品監控等進行集成，有效簡化了工作面布置，節省工作面空間，降低投入成本。⑤開采智能化系統采用本安化設計，防護等級為IP67，確保了智能化系統運行可靠性。⑥系統設備模塊之間采用快速插接方式，簡化了安裝施工流程，便于設備維護。⑦各個子系統之間能夠無縫銜接，提升了系統運行可靠性。⑧采煤機和液壓支架采用了遠程控制方式，控制延時在500 ms以內，提高了信息傳輸效率，使工作面開采智能化系統時效性得到保障。

2 智能化控制系統關鍵技術

2.1 支架電液控制技術

工作面長度：235.5m（巷道中心距）;走向長度1 450m;運輸順槽尺寸：矩形斷面5 000 mm（寬）×2 900 mm（高）;回風順槽尺寸：矩形斷面5 000 mm（寬）×2 900 mm（高）;工作面傾角：小于5°;監控中心尺寸：4 500 mm×1 400 mm ×1 800 mm刮板運輸機：SGZ764/800刮板運輸機，每節1750 mm;采煤機：MG300/730-AWD2型電牽引采煤機;液壓支架：ZY7600/14/33D;超前支架：回風順槽ZQL2×4000/18/35;運輸順槽ZQH2×3400/24/34;配套支架：ZY7600/14/33D，139架。

支架電液控制技術主要通過功能出口電液控換向閥來實現，系統中具有中文菜單操作功能，工作人員很容易掌握使用方法;液壓支架帶有自動操作功能，可以對鄰架進行電動控制，也可以通過電磁閥按組來進行手動操作;系統具備紅外線發射和接受功能，通過紅外線發射和接受可以對工作面采煤機進行聯動自動控制;支架電液控制系統能夠監測立柱的工作壓力、監測千斤頂行動進程、監測采煤機的位置和運動方向，監測到的信息顯示在控制主機顯示屏上，可進行存儲或傳輸，當地面調度中心接收到監控信息后可以根據工作面工況發出指令;支架電液系統具有故障診斷功能、緊急狀況警報功能，在突發狀況下可進行急停或本架閉鎖，同時將故障或緊急信息顯示在顯示屏上，便于工作人員進行手動操作，及時根據工況調整設備參數;支架設置有自動噴霧裝置，噴霧裝置啟閉和調節由電液獨立控制;系統對初撐力能夠自動保持，同時還可以根據實際情況調節補償初撐力大小和補壓次數;支架電液控制系統中含有數據傳輸單元，能夠將綜采設備的信息上傳到地面并在井下和井上計算機上顯示，數據接入到煤礦自動化系統;支架電液控制系統每臺設備的頂梁配備兩個傾角傳感器，對支架頂梁姿態進行控制，保證放煤支架姿態良好，能夠對工作面走向傾角和方向傾角進行測量;電液控制系統具有防碰撞功能，避免了采煤機和支架相互碰撞。

2.2 工作面運輸控制技術

智能化系統能夠對工作面轉載機、刮板運輸機、破碎機進行起停狀態控制，系統中設有控制器，工作人員可以通過顯示屏觀察到上述設備啟停狀態的信息;系統能夠顯示工作面運輸設備的運行狀態、沿線電話狀態、沿線電纜狀態、傳感器狀態、控制器的自檢信息、各監測點的輸入數值、其他連鎖設備運行狀態等信息;系統采用了強制閉鎖技術，當按下閉鎖后能夠強制切斷控制輸出，由于采用非軟件控制的方式，同時設置人工閉鎖裝置，因此可以最大限度地保證信息安全;閉鎖位置采用漢字和動態圖形的方式進行顯示，工作人員可以很方便直觀地看到信息;沿線電話采用擴音式，聲強超過105 dB，同時電話帶有電池，停電后仍可進行至少4 h的正常通話，確保工作面通訊可靠、順暢;系統設置有報警裝置和揚聲器，能夠對工作面運輸設備的起停、設備運行狀態、沿線閉鎖故障等情況進行語言報警;工作面運輸控制系統可以進行參數調整設置，同時可以選擇集控、就地、檢修、點動等控制方式，滿足工作面運輸作業需求;控制器具有遠程控制接口，提供一路電纜接入接口，通過RS485接口連接，工作人員可根據實際情況對數據位進行選擇，可以選擇校驗、停止，可對站地址進行設置，有效接收上位機發出的控制指令，實現對運輸、破損設備的遠程啟停控制。

2.3 順槽皮帶控制技術

系統中的綜合保護模塊中含有防止縱向撕帶監測裝置、膠帶防跑偏裝置、堆煤保護裝置;還含有溫度監測保護裝置，能夠對皮帶繞組和其他主要運轉部件的溫度進行監測;含有煙霧檢測裝置、煙霧警報裝置、皮帶打滑監測裝置、膠帶沿線急停保護裝置、超溫自動灑水裝置，沿線急停開關具有通話功能，工作人員可以通過沿線拉力電纜使急停開關動作實現膠帶機的急停閉鎖。系統中的通訊控制模塊具有中文顯示功能，通過控制系統可以對順槽皮帶等運輸設備進行集控、單控、閉鎖、手動控制功能的切換。此外，皮帶控制系統能夠通過電纜與工作面通信控制系統進行通信，將皮帶控制系統相關信息，包括沿線保護狀態、故障狀態、溫度參數等信息通過通信接口傳輸至工作面運輸設備控制系統，然后工作面運輸設備控制系統再將皮帶控制信息傳輸至綜采自動化系統。控制器具有遠程控制接口，提供一路電纜接入接口，工作人員可根據實際情況對數據位進行選擇，可以選擇校驗、停止，可對站地址進行設置。

2.4 智能集成供液技術

泵站控制系統可以通過遠程控制接口與綜采自動化控制系統進行通信，工作人員可根據實際情況對數據位進行選擇，可以選擇校驗、停止，可對站地址進行設置。通過綜采自動化控制系統傳輸給泵站控制系統的指令，可以對單臺泵站運行狀況進行控制，還可以對泵站實現閉鎖;對多臺泵站的聯動運行狀況進行遠程控制，對多臺泵站實現閉鎖;系統能夠對泵站設備系統進行數據采集，具體包括乳化液泵站及噴霧泵站的油位、壓力、缺陷故障保護情況、配液情況、泵組油溫、泵組油壓、泵組液位等參數信息，并能夠將上述采集到的信息傳輸給綜采自動化系統。

2.5 采煤機跟機自動化技術

工作人員可以在地面調度中心或者順槽監控中心對井下設備進行啟?；蚱渌深A操作;可以在地面調度中心或順槽監控中心對井下設備的運行工況進行監測和遠程自動控制;能夠對綜采工作面設備數據進行集成和處理，同時具有對設備的自動故障診斷功能，當發現設備存在缺陷或異常時，系統通過顯示屏或者語音播報裝置進行提示，便于工作人員及時處理解決;能夠對皮帶自移系統以及對兩順槽超前支架電控、就地遙控及遠程控制;連接工業以太網，在運行過程中實現視頻信息與文字數據信息的高速傳輸;具有采煤機與支架的防碰撞功能、支架頂梁姿態監測功能;各個子系統與綜采工作面自動化控制系統之間可獨立運行，當綜采工作面自動化控制系統出現異常時，子系統不受影響，可以單獨開車，保障生產效率。

2.6 采煤機記憶截割技術

采煤機記憶割煤技術可以對采煤機實施自動啟閉。當刮板輸運機實際負荷超出限定值時，自動化控制系統能夠對采煤機實施自動閉鎖控制，實現采煤機急停閉鎖。

3 智能化開采產量保障措施

3.1 從管理方面進行保障

智能化開采系統的操作和維護應配備專業技術人員，并由專業技術人員向所有操作使用人員進行操作技術培訓指導，并告知操作使用的注意事項。系統設置密碼授權模式，由專門制定的專業操作人員掌握，并不得泄露給其他人員。非專業人員不得擅自修改系統原有的參數。

3.2 從操作方面進行保障

系統運行時，所有操作人員必須保持精力集中，對系統監控畫面保持密切監控，不能疏忽大意。為了防治工作面設備誤動作從而造成人身安全威脅或者造成設備故障，應密切注意工作面狀況。如果發現系統發出警報，應立即根據系統提示了解故障原因，采取措施直到警報解除，認真做好報警處理信息記錄。

3.3 從維護維修方面進行保障

智能化系統的維護維修采用專人維護，結合系統運行狀況制定合理的檢查和維護計劃，定期開展專業檢查，及時對發現的異常問題處理和解決。對一些重要的電氣元部件，應嚴格按照《煤礦安全規程》中的相關管理規定中的內容進行管理和維護。如果需要對系統的零部件進行更換，只允許更換原供貨商提供的零部件。

3.4 從人才培養方面進行保障

隨著綜采工藝技術的升級，現有人員的知識結構無法滿足新工藝新技術的要求。為此，加強對人員隊伍的知識技術培訓，采取理論知識教授和事件操作指導相結合的方式，培訓后進行考核，通過考核方能上崗，確保人員隊伍素質水平與綜采智能化工藝需求相匹配。

4 結束語

綜上所述，中厚煤層工作面開采智能化系統的應用集合了綜合應用控制技術、無線技術、視頻音頻技術、以太網技術、通信技術、液壓技術等多種技術。因多種技術的集成使煤礦井下生產過程進入到了記憶割煤為主，人工遠程干預為輔的現代化高效開采模式。借助液壓支架自動化技術實現了采煤機自動控制，減少人工勞動量，提高了采煤效率。通過對綜采設備智能化感知，借助現場視頻監控系統，實現了對綜采工作面設備現場控制和遠程干預相結合的生產模式，實現了綜采工作面無人則安、少人則安的目標，大大提升生產安全和開采效益。

參考文獻

[1] 韓偉.無人自動化開采技術在8101工作面的設計探討[J].煤礦現代化，2016（6）：92-95.

[2] 牛劍峰.無人工作面智能本安型攝像儀研究[J].煤炭科學技術，2015（1）：77-80，85.

[3] 張良，李首濱，黃曾華，等.煤礦綜采工作面無人化開采的內涵與實現[J].煤炭科學技術，2014（9）：26-29，51.

[4] 馬洪禮，司凱文，呂東躍.無人工作面智能化采煤機監控系統的研發[J].煤炭科學技術，2014（9）：67-71.

[5] 路占元，王常鵬，陳剛.無人作業工作面長孔爆破落煤回采工藝[J].煤炭科學技術，2009（11）：5-7.