大傾角智能化工作面防飛矸與自動跟機(jī)技術(shù)研究

章濤，李強(qiáng)

(四川華鎣山廣能集團(tuán) 嘉華機(jī)械有限責(zé)任公司， 四川 廣安 638600)

0 引言

我國煤礦智能化綜采技術(shù)近十年來取得了長足進(jìn)步，地面遠(yuǎn)程集中控制，智能化工作面多網(wǎng)合一、透明工作面技術(shù)、智能圖像識別、工作面三維可視化技術(shù)、智能化工作面+互聯(lián)網(wǎng)等最新技術(shù)已取得初步成效。但是，目前國內(nèi)外對綜采智能化技術(shù)的推廣應(yīng)用主要集中在近水平工作面，鮮見在復(fù)雜地質(zhì)條件下(如大傾角)實現(xiàn)智能化開采的先例。研究復(fù)雜地質(zhì)條件下大傾角智能化綜采技術(shù)，是實現(xiàn)大傾角綜采工作面安全高效生產(chǎn)的現(xiàn)實需要，對采煤工作面減人、降低工人勞動強(qiáng)度，實現(xiàn)煤礦本質(zhì)安全具有重要意義[1]。

本文結(jié)合川煤集團(tuán)大寶頂煤礦大傾角智能化綜采實踐，分析大傾角支架架前防飛矸裝置與本質(zhì)安全型攝像儀及紅外線接收器配套關(guān)系中存在的問題，實現(xiàn)大傾角工作面防飛矸控制與智能化綜采自動跟機(jī)技術(shù)的協(xié)調(diào)統(tǒng)一，解決大傾角智能化綜采中存在的問題，為大傾角煤層應(yīng)用智能化綜采控制技術(shù)奠定了基礎(chǔ)。

1 礦井基本概況

川煤華榮能源股份有限公司大寶頂煤礦核定礦井年生產(chǎn)能力135萬t，礦井為高瓦斯礦井，采用平硐加暗斜井開拓，集中壓入分區(qū)通風(fēng)。煤層自燃發(fā)火傾向性均為Ⅲ級不易自燃煤層，煤塵具有爆炸危險性，礦井水文地質(zhì)類型為中等。礦井“六大系統(tǒng)”完善并正常使用。2124-15工作面煤層厚度1.6～2.2 m，平均厚度1.9 m。煤層傾角35°～40°，平均傾角35°。

大寶頂煤礦應(yīng)用SAC電液控制系統(tǒng)、SAM自動化控制系統(tǒng)，實施大傾角智能化綜采。主要配套設(shè)備有：ZY4000/13/28QD型液壓支架、SGZ730/2×200型刮板輸送機(jī)、MG2×200/870-WD型采煤機(jī)。實施大傾角智能化綜采需要攻關(guān)的技術(shù)難題有：大傾角液壓支架防倒、防滑、防飛矸及自動跟機(jī)技術(shù)[1]；端頭支架及超前支護(hù)工藝；記憶截割技術(shù)與人工干預(yù)的有效結(jié)合；采煤機(jī)行走部編碼與支架紅外線的掃描定位；智能化系統(tǒng)元件的保護(hù)等關(guān)鍵技術(shù)。本文重點(diǎn)對防飛矸與自動跟機(jī)技術(shù)進(jìn)行分析探討。

2 大傾角智能化控制設(shè)備與防飛矸裝置的配套關(guān)系

大寶頂煤礦大傾角智能化綜采項目采用SAM型綜采自動化控制系統(tǒng)。SAM型綜采自動化控制系統(tǒng)以工作面視頻、音頻、以太網(wǎng)、紅外定位及遠(yuǎn)程控制技術(shù)為基礎(chǔ)，其中工作面視頻系統(tǒng)和采煤機(jī)紅外定位是實現(xiàn)智能化的關(guān)鍵。

2.1 工作面視頻系統(tǒng)

工作面視頻系統(tǒng)作為綜采自動化控制系統(tǒng)的“眼睛”，通過在工作面安裝礦用本安型攝像儀(KBA12-2)，實時觀察采煤機(jī)，自動完成視頻跟機(jī)推送、視頻拼接等功能，為工作面可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控提供“身臨其境”的視覺感受，便于遠(yuǎn)程指導(dǎo)生產(chǎn),如圖1所示。

圖1 工作面視頻系統(tǒng)

2.2 采煤機(jī)紅外線定位系統(tǒng)

大寶頂煤礦大傾角智能化綜采采用采煤機(jī)紅外線定位和采煤機(jī)行走部編碼雙定位方式。采煤機(jī)紅外線位置傳感器包括紅外線發(fā)送器(GUH5-F)和紅外線接收器(GUH5-S)兩部分。紅外線發(fā)送器安裝在采煤機(jī)身上，紅外線接收器安裝在液壓支架上。紅外線發(fā)送器不停地發(fā)送一定頻率的有固定編碼的紅外線信號，當(dāng)采煤機(jī)運(yùn)行時，安裝在不同支架上的紅外線接收器會收到信號，將此信號通過通信方式傳送至支架控制器，支架控制器通過判斷即可確定采煤機(jī)的當(dāng)前位置[2]。

2.3 防飛矸裝置

大傾角綜采工作面中煤和矸石的滾落、飛濺非常嚴(yán)重，其滾落方向具有很強(qiáng)的隨機(jī)性，極有可能從支架前面滾落竄進(jìn)支架內(nèi)傷害工作人員。另外,在采煤機(jī)工作時，其截割下來的煤矸四處飛濺，也會落入支架內(nèi)傷人。所以，要保障工作人員的人身安全，必須采取防飛矸措施[3]。目前，大傾角防飛矸技術(shù)已趨于成熟，支架前面設(shè)置防飛矸裝置，支架間設(shè)置架間擋矸裝置[4]。架間擋矸裝置只有在“人員巡視”時才使用，架前防飛矸裝置需要在無人采煤時進(jìn)行協(xié)調(diào)動作，因此本文重點(diǎn)對架前防飛矸裝置進(jìn)行研究。

架前防飛矸裝置安裝在刮板輸送機(jī)上，位于支架前部，活動擋矸板隨著千斤頂?shù)纳斐龊褪湛s而上升或下降,如圖2所示。根據(jù)采煤工作面需要，升到合適高度，防止采煤過程中煤矸滾入或竄入液壓支架內(nèi)，確保液壓支架內(nèi)的人員安全和支架內(nèi)的設(shè)備安全[4]。

2.4 架前防飛矸裝置與工作面視頻及紅外線定位系統(tǒng)的配套關(guān)系

SAM型綜采自動化控制系統(tǒng)中，每6個支架配備1臺拍攝方向與工作面平行的礦用本安型攝像儀(KBA12-2)，用于觀察工作面支架平直狀態(tài)；每3個支架配備1臺拍攝方向垂直于工作面的礦用本安型攝像儀，朝向煤壁，用于觀察采煤機(jī)割煤時狀態(tài)[1]。紅外線接收器安裝在液壓支架上，通過接收采煤機(jī)上紅外線的發(fā)射器信號，判斷采煤機(jī)的當(dāng)前位置[2],見圖3。

圖3 本安攝像儀實物安裝圖

通過分析，本安型攝像儀及紅外線應(yīng)在拉架狀態(tài)時,布置在架前防飛矸裝置后，避免在割煤時飛矸對設(shè)備的損壞，造成系統(tǒng)失效,見圖4。綜合三者位置關(guān)系，在實施防飛矸和自動跟機(jī)技術(shù)時，需要重點(diǎn)解決以下問題：

圖4 架前防飛矸裝置與智能化設(shè)備配套關(guān)系

1) 正常升降時，需要解決架前擋矸板在遠(yuǎn)程控制時，不與支架頂梁等發(fā)生干涉。

2) 割煤狀態(tài)時，架前擋矸板遮擋攝像儀視野，集控中心無法查看割煤情況。

3) 拉架狀態(tài)時，架前擋矸板需要自動下降一定高度避免與設(shè)備發(fā)生干涉。

4) 采煤機(jī)自動巡機(jī)或自動采煤時，架前擋矸板遮擋紅外線接收器，無法進(jìn)行采煤機(jī)紅外定位。

3 防飛矸與自動跟機(jī)技術(shù)

跟機(jī)自動化技術(shù)是以采煤機(jī)位置信息為依據(jù)，根據(jù)工作面的回采工藝和作業(yè)規(guī)程，在采煤機(jī)定位位置的前后設(shè)定距離上自動執(zhí)行相應(yīng)動作[5]。實現(xiàn)防飛矸與自動跟機(jī)技術(shù)的關(guān)鍵是要實現(xiàn)架前防飛矸裝置自動控制,從而解決遮擋視野的問題。基于紅外線定位機(jī)理，可采用鏤空鋼板網(wǎng)制作架前擋矸板，解決紅外定位遮擋問題；在架前擋矸板上方安裝卸載閥，實現(xiàn)卸載閥帽與頂梁結(jié)構(gòu)件接觸時自動卸壓，避免對支架或設(shè)備造成傷害；通過電液控制系統(tǒng)對架前擋矸千斤頂進(jìn)行時間控制，實現(xiàn)自動化控制。防飛矸自動跟機(jī)控制工藝如圖5所示。

圖5 防飛矸自動跟機(jī)控制工藝

防飛矸裝置自動控制根據(jù)采煤工藝進(jìn)行程序設(shè)定。當(dāng)自動“巡檢”或采煤時，當(dāng)采煤機(jī)在運(yùn)行方向其前滾筒接近某編號支架時,執(zhí)行下鄰架架前擋矸板自動下降程序，采煤機(jī)后滾筒離開后執(zhí)行架前擋矸板升柱程序；移架過程時，提前立柱降柱指令2～5 s執(zhí)行架前擋矸板下降程序，拉架完成后，執(zhí)行架前擋矸板升柱程序。

4 結(jié)論

實現(xiàn)大傾角綜采工作面智能化開采，解決大傾角防倒防滑、防飛矸與自動跟機(jī)技術(shù)是關(guān)鍵。本文提出的大傾角綜采工作面防飛矸裝置和智能化綜采技術(shù)協(xié)調(diào)運(yùn)行方案，根據(jù)采煤工藝進(jìn)行程序設(shè)定，實現(xiàn)防飛矸裝置的自動跟機(jī)控制，為解決大傾角綜采智能化成套技術(shù)的安全可靠運(yùn)行提供了解決方案。