綜采工作面自動化無人化開采實現(xiàn)策略分析

＊

（霍州煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司辛置煤礦 山西 031400）

前言

由于煤炭是我國不可再生的第一大能源，同時由于我國經(jīng)濟(jì)對煤炭的需求量急劇增加，可是煤炭行業(yè)的綜采工作面回采效率比較低、人員投入比較大以及經(jīng)濟(jì)性相對較差，從而不利于煤炭行業(yè)的發(fā)展。由此而可以看出必須對煤礦井下綜采作業(yè)的效率進(jìn)行優(yōu)化。當(dāng)前由于機(jī)械自動化以及智能化的不斷發(fā)展，從而能夠為井下無人作業(yè)奠定基礎(chǔ)。筆者基于煤礦井下綜采無人作業(yè)問題，對采煤機(jī)片幫、液壓支架支護(hù)不穩(wěn)定以及相應(yīng)的噴霧降塵效果不理想，也對無人作業(yè)構(gòu)成了威脅。維系需要從上述三個方面入手落實智能化作業(yè)系統(tǒng)。

1.防片幫自動控制策略

在對煤層綜采的過程中，由于采煤機(jī)受到來自煤層應(yīng)力的作用，導(dǎo)致煤壁滑移失穩(wěn)以及相應(yīng)的拉裂破壞現(xiàn)象，從而導(dǎo)致片幫異常。通過分析“拉裂-滑移”機(jī)理可以發(fā)現(xiàn)，假如想要能夠防止出現(xiàn)片幫異常的現(xiàn)象，必須在出現(xiàn)煤層拉裂或者失穩(wěn)的瞬間對其進(jìn)行有效地控制。簡而言之，實時監(jiān)測液壓支架的初支撐力，進(jìn)而能夠時刻觀察綜采工時支護(hù)所受的壓力變化情況，及時對頂板下沉的情況進(jìn)行分析。此外，對支架護(hù)幫板自行壓力監(jiān)測，進(jìn)而可以保證互幫板具有足夠的支護(hù)面積，從而可以防止出現(xiàn)空幫的情況。

要想能夠有效地應(yīng)對綜采作業(yè)面的片幫控制問題，必須充分使用采煤機(jī)與液壓支架聯(lián)動控制，為此需要對液壓支架的位置進(jìn)行監(jiān)測，鑒于存在不同的液壓支架以及相應(yīng)的采煤機(jī)，因此需要設(shè)置相應(yīng)的編號，從而能夠有針對性的監(jiān)測，實現(xiàn)精確控制液壓支架的狀態(tài)以及監(jiān)測采煤機(jī)周圍片板收放狀態(tài)，如圖1所示為液壓支架跟機(jī)狀態(tài)的調(diào)整流程圖。

圖1 防片幫液壓支架跟機(jī)自動控制流程

為了能夠有效地提高片板控制精度，通常選擇使用一級互幫板以及二級護(hù)幫板分開控制的模式，其控制類型為行程以及相應(yīng)的壓力控制，進(jìn)而能夠有效地為綜采作業(yè)提供支護(hù)，防止出現(xiàn)異常片幫的現(xiàn)象。

2.綜采面底軟自動控制

由于綜采面底板硬度相對較差，因此當(dāng)綜采過程的不斷深入，導(dǎo)致液壓支架支護(hù)發(fā)生變化，因此需要人工進(jìn)行調(diào)整，該形式往往極易導(dǎo)致出現(xiàn)支護(hù)失穩(wěn)的現(xiàn)象。從而對綜采作業(yè)帶來極大的安全隱患。為此可以在綜采作業(yè)面硬度檢查的位置采用模擬人工智能方案，進(jìn)而找到人工智能控制的最佳參數(shù)。首先需要實施頂板硬度支護(hù)調(diào)節(jié)控制參數(shù)，進(jìn)而可以形成人工支護(hù)的邏輯控制參數(shù)，接著分析支護(hù)頂板位置的硬度，從而可以依據(jù)模擬獲得的參數(shù)與不同的地面的硬度來實時調(diào)整支護(hù)的情況。依據(jù)對此實驗發(fā)現(xiàn)，在支架實施移架時，可以借助增加移架的時間以及相應(yīng)的步距等參數(shù)，進(jìn)而提高液壓支架的穩(wěn)定性，圖2表示相應(yīng)的自適應(yīng)調(diào)整流程圖。

圖2 軟底面情況下的自適應(yīng)支護(hù)

通過分析圖2可以發(fā)現(xiàn)，對于軟底工作面而言，在使用自適應(yīng)支護(hù)之后，相應(yīng)的液壓支架會表現(xiàn)出降柱和抬底動作，其中降柱距離為70mm，同時拉架320mm之后，暫停了2s，等到支架穩(wěn)定之后開始出現(xiàn)持續(xù)降柱，其數(shù)值可以達(dá)到50mm，同時開始拉架320mm以及暫停2s之后，以及出現(xiàn)持續(xù)拉架320mm，最終出現(xiàn)液壓支架達(dá)到合適的位置以及開始升柱動作，一直達(dá)到支架回到正常狀態(tài)位置，由此可以看出其可以有效地根據(jù)工作情況調(diào)節(jié)支架的穩(wěn)定性，進(jìn)而能夠有效地解決支護(hù)不穩(wěn)的問題。

3.煤礦井下自動化噴霧降塵

為了解決井下作業(yè)噴霧降塵問題，開發(fā)了一套新型的高壓降塵裝置，其選用高壓控制技術(shù)，能夠根據(jù)采煤機(jī)綜采工作面的情況以及綜采速度來控制高壓噴霧的效果，其不僅可以有效地起到降塵的效果，而且能夠節(jié)約用水，傳輸管路選用逐級遞減的變管徑結(jié)構(gòu)，從起始位置的25mm降到噴嘴位置的16mm，這樣能夠使得噴出去的水霧直徑呈現(xiàn)為30μm。通常可以依據(jù)截割轉(zhuǎn)速以及相應(yīng)的工作壓力情況的不同，進(jìn)而確定噴霧降塵的效果。經(jīng)過大量的工程實踐發(fā)現(xiàn)，采用新型的自適應(yīng)噴霧降塵控制系統(tǒng)，能夠把井下噴霧率提升效率可以達(dá)到67.4%，與此同時在相同作業(yè)情況下水量的消耗可以降低9.2%，圖3表示相應(yīng)的自適應(yīng)噴霧降塵結(jié)構(gòu)圖。

圖3 自適應(yīng)噴霧降塵裝置結(jié)構(gòu)示意圖

在井下綜采工作面使用防片幫自動控制、綜采面底軟自動控制以及相應(yīng)的自動化噴霧降塵之后發(fā)現(xiàn)，該系統(tǒng)不僅可以實現(xiàn)自動控制支架支護(hù)情況，而且可以有效地實現(xiàn)噴霧，因此為井下支護(hù)與噴霧降塵奠定了基礎(chǔ)。

4.保障采煤量的措施

（1）可選用交流變頻調(diào)速技術(shù)與銷軌牽引技術(shù)來控制采煤機(jī)，這樣可使采煤機(jī)的重載最大牽引速度提升至12m/min，普通的正常截煤牽引速度也可達(dá)到8m/min左右，總裝機(jī)功率達(dá)到1660kW左右，這樣采煤機(jī)便可保持高速割煤，以更好的保障綜采工作面高產(chǎn)，高效。

（2）能夠科學(xué)，合理的協(xié)同工作面的采煤與運煤作業(yè)，讓它們實現(xiàn)協(xié)調(diào)控制，可采用無障礙聯(lián)鎖自動集控技術(shù)來控制皮帶機(jī)，刮板輸送機(jī)以及轉(zhuǎn)載機(jī)。可依據(jù)煤炭實際運量大小，來自動調(diào)整工作面煤流運輸系統(tǒng)實際運行速度以及采煤機(jī)具體截煤速度，讓工作面的采煤作業(yè)與運煤作業(yè)實現(xiàn)自動控制，以確保生產(chǎn)作業(yè)的連續(xù)穩(wěn)定進(jìn)行。

（3）做好生產(chǎn)工藝以及工序的后勤組織保障工作。經(jīng)仔細(xì)研究工作面作業(yè)過程中，采煤機(jī)割煤用時，刮板輸送機(jī)運煤耗，進(jìn)行工作面端頭支護(hù)作業(yè)以及皮帶機(jī)運輸作業(yè)耗時情況，可進(jìn)一步優(yōu)化皮帶機(jī)機(jī)尾自動推移距離與時間，盡量縮短工作面生產(chǎn)作業(yè)中輔助作業(yè)耗時，盡量把時間集中在工作面主采煤運輸工序上，以進(jìn)一步提高采煤效率。

5.結(jié)語

經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)我國煤礦行業(yè)在綜采作業(yè)面采用的設(shè)備自動化程度較低，同時綜采效率以及支護(hù)的穩(wěn)定性等都不理想，為此提出綜采工作面無人化的作業(yè)模式。因此對防片幫自動控制、底軟自動控制以及相應(yīng)的自動化噴霧降塵實施分析，從而為井下無人作業(yè)奠定了基礎(chǔ)，具體如下：

其一，為了有效地防止片幫脫落，可以選用一級互幫板以及二級護(hù)幫板進(jìn)行控制模式，同時選用對應(yīng)的形成以及壓力控制單元，這樣可以使得綜采作業(yè)過程中煤壁獲得有效地支護(hù)，同時可以根據(jù)工況的需要及時調(diào)整進(jìn)而防止出現(xiàn)片幫脫落的現(xiàn)象。

其二，對于綜采面出現(xiàn)軟底的自動控制方法，其通常依據(jù)地面的硬度情況來自動調(diào)整支護(hù)的狀態(tài)以及移動支架的狀態(tài)，從而可以根據(jù)地形的變化情況來調(diào)整設(shè)備的動作。

其三，對于自動噴霧降塵裝置而言，通常可以依據(jù)采煤機(jī)運行的情況，進(jìn)而通過自動化控制系統(tǒng)實現(xiàn)自適應(yīng)的噴霧，依據(jù)工況的不同選擇最佳的噴霧形式，從而可以把噴霧降塵效率提高到67.4%，與此同時在相同作業(yè)情況下水量的消耗可以降低9.2%。