莫拉本井工礦長壁自動化工作面安全高效開采實踐

王 兵，陳龍高，李安民，玄立明

（兗煤澳大利亞有限公司，澳大利亞 悉尼 2000）

0 引 言

煤炭開展智能化是煤炭工業技術革命和發展升級的必然要求，也是未來煤炭開采的發展方向[1-6]。

西方國家早在90年代就開始研究煤炭生產自動化，并在分布式系統自動化方面取得了一定進展，但由于設備可靠性和成本問題，這些研究成果沒有得到廣泛推廣[7]。

2001年，澳大利亞聯邦科學與工業研究組織在得到地標基金（Landmark）支持后，將慣性導航技術應用至采礦行業中，開發了LASC長壁自動化系統。至2012年，LASC自動化技術逐漸成熟并得到廣泛推廣應用[8]。

長壁工作面自動化技術之所以能得到廣泛推廣應用，是因為它解決了長期以來的三個主要問題[9-10]：①能夠實時監測采煤機的三維姿態信息；②能夠實現工作面設備自動拉直；③采用記憶割煤實現自動控制采高等。

1 莫拉本井工礦介紹

莫拉本井工礦位于澳大利亞新南威爾士馬吉鎮北部約40公里處。主采尤蘭煤層的DTP和DWS兩個分層，煤層及頂底板煤質參數見表1，設計采高3.2m。煤層埋深 50～160m，煤層傾角 1～20，屬于近水平煤層。

目前開采工作面位于1號井工礦，1號井工礦共布置5個工作面，工作面設計寬度300m，可采長度 2.7～4.6km。

表1 長壁工作面開采煤層及頂底板煤質參數

2 莫拉本井工礦長壁自動化工作面設備配備

2.1 采煤機

采用卡特彼勒EL3000型采煤機，煤機部分參數見下表。

2.2 液壓支架

采用卡特彼勒2-Leg-Shield-2100/3800-1329T型液壓支架，共148組，其中端頭架8架（機頭、機尾各4架），中間架140架。液壓支架部分參數見表3。

2.3 刮板輸送機

采用卡特彼勒PF6/1242型中雙鏈刮板輸送機，主要參數見表4。

表4 刮板輸送機主要參數列表

2.4 轉載機

采用卡特彼勒PF6-1542型轉載機，主要由過渡槽、中間槽、破碎機、除塵機及電機等組成，總長度為32m。鏈條為42×140mm Power Chain，直徑42mm。轉載機電機功率500kW，運行速度為2.26m/s，運輸能力為 4000t/h。

2.5 皮帶

長壁工作面皮帶電機功率為2×540kW，儲帶倉長度約為75m。皮帶架寬2.0m，皮帶縱梁長3.0m，皮帶寬1.6m，皮帶運輸能力為5000t/h。

2.6 單軌吊系統

工作面供電系統、液壓泵站、高壓管路、工具箱及電纜拖掛裝置等均布置在單軌吊上，隨工作面回采而不斷向前推進。單軌吊中部為電纜、管路折疊區，折疊區最短為118m，最長為424m。

井工礦長壁工作面及巷道布置示意圖見圖1。

圖1 工作面及巷道布置示意圖

3 莫拉本井工礦工作面設備自動化

3.1 采煤機三維信息定位

采煤機內部裝有慣性測量單元、位置編碼器，并在搖臂上安裝多個角度傳感器。因此，采煤機在行走過程中，可以記錄每隔0.1m的采煤機三維信息、刮板輸送機外圍輪廓線和前后滾筒高度信息等。

3.2 采高控制

為確保煤質和回收率，自動化程序必須設定好采煤機左右滾筒的截割模式，采煤機滾筒的截割模式主要有人工模式、閑置模式、當前開采模式和之前開采模式等。

1）人工模式：即采煤機司機操作采煤機遙控器控制左、右滾筒割煤。

2）閑置模式：通常應用于采煤機轉向返機清煤的情況下，一般的，采煤機閑置模式時滾筒高度定位至距離底板100mm處。

3）當前開采模式：在本刀割煤循環中，當后滾筒行至前滾筒位置時，參考該點前滾筒高度定位后滾筒高度以達到設定采高，示意圖見圖2。

（4）之前開采模式：當采煤機轉換方向后，參考轉向前同一位置滾筒的高度來定位本刀的滾筒高度以達到設定高度，可適用于前滾筒，也可適用與后滾筒。

圖2 當前開采模式示意圖

圖3 之前開采模式示意圖

3.3 工作面設備拉直

每個液壓支架推移千斤頂均有一個行程傳感器，可以實時監測推移千斤頂行程。采煤機在工作面行走一次就可以獲得刮板輸送機的外圍輪廓線。當工作面液壓支架不在一條直線上時，通過VLong-WallNavi軟件調整機頭機尾進尺，軟件會自動生成調整后的拉直效果，操作人員需要檢查無誤后點擊確認就可以實現自動拉直。圖4為VLongWallNavi軟件拉直界面。

圖4 長壁工作面拉直效果界面

3.4 自動化雙向割煤循環

實現長壁工作面設備自動化，首先需要設定自動化采煤循環步驟。即將工作面不同區段的采煤機牽引速度、液壓支架跟機移架順序、采煤機滾筒截割模式等信息輸入至自動化系統中，采煤設備在采煤時按照設定的自動化程序運行。

圖5 雙向割煤循環采煤機割煤路線圖

以雙向割煤循環為例，莫拉本將雙向割煤循環劃分為14個不同步驟，見表5。

表5 自動化雙向割煤循環步驟

4 莫拉本井工礦生產組織、人員配置及生產效率

4.1 長壁工作面生產組織、人員配置情況

長壁工作面每天安排2個班（白班和夜班），每班工作時間12h。每周4個班組循環，見表6。

表6 井工礦長壁工作面生產班組安排

每周安排12個班生產，2個班組檢修，每周的生產檢修班組安排見7表。

表7 井工礦長壁工作面生產檢修安排

生產班組用工人數見表8。

表8 井工礦長壁工作面生產班組人員配置

4.2 長壁工作面生產效率

井工礦2019年用工共計253人（包括管理人員、操作工人和合同工），2019年預算產量為584萬t，預計可采600萬t，年平均2.4萬t/人。

4.3 雙向割煤循環截割效率

目前長壁工作面最佳自動化雙向割煤循環用時約83.4min，采煤機截割效率為1.44刀每小時，并且仍有繼續提高的潛力。

5 結 論

通過介紹兗煤澳大利亞有限公司莫拉本井工礦長壁自動化工作面開采實踐，詳細介紹了LASC技術如何實現自動化采煤循環、工作面設備自動拉直、采高控制等目標，并介紹了井工礦長壁工作面雙向割煤循環及其截割效率，最后介紹了井工礦的用工模式、用工數量及生產效率等情況。

實踐表明，為控制煤質，莫拉本井工礦長壁自動化工作面實現了“自動化為主，人工干預為輔”的自動化開采模式，長壁工作面操作人員人數最低降至6人并且有效改善了操作人員的工作環境，實現了安全高效開采。