遠(yuǎn)程智能操控綜掘工藝在煤巷掘進(jìn)中的應(yīng)用

衛(wèi) 鵬

(山西焦煤汾西礦業(yè)安全監(jiān)察中心，山西 介休 032000)

綜掘是現(xiàn)階段礦井巷道掘進(jìn)的主要方式之一，綜掘工作面存在的高噪音、高粉塵等問(wèn)題，影響著現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員的身體健康，同時(shí)掘進(jìn)迎頭發(fā)生片幫、冒頂、瓦斯異常涌出、突水等事故還會(huì)直接威脅作業(yè)人員的生命安全[1-3]。巷道施工涉及到掘進(jìn)、運(yùn)輸、支護(hù)等多個(gè)環(huán)節(jié)，各環(huán)節(jié)雖然基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化操作，但是自動(dòng)化水平較低，難以滿足巷道快速掘進(jìn)的需要[4-5]。隨著礦井綜合開采技術(shù)水平的不斷提升，采掘接替緊張的局面更為突出，在一定程度上制約了礦井的高效生產(chǎn)[6-7]。自動(dòng)化、智能化、無(wú)人化操作是提高巷道掘進(jìn)效率的重要途徑。文中以山西某礦11206運(yùn)輸巷掘進(jìn)為工程背景，對(duì)遠(yuǎn)程智能化掘進(jìn)工藝在現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用進(jìn)行了分析，以期能更好地促進(jìn)礦井巷道掘進(jìn)工作開展。

1 工程概況

山西某礦主采的11號(hào)煤層平均埋深460 m，二采區(qū)11206綜采工作面為礦井備用開采工作面，現(xiàn)處于回采巷道掘進(jìn)階段。11號(hào)煤層厚度3.6 m、傾角3～5°，煤層原始瓦斯含量較低，頂?shù)装鍘r層以細(xì)砂巖、泥巖為主。

11206運(yùn)輸巷設(shè)計(jì)斷面為矩形，掘進(jìn)長(zhǎng)度1 605 m，圍巖采用錨網(wǎng)索梁支護(hù)工藝。為提高巷道掘進(jìn)效率，降低掘進(jìn)迎頭惡劣的環(huán)境給作業(yè)人員造成影響，礦井于2021年2月份采用遠(yuǎn)程智能操作綜掘工藝進(jìn)行運(yùn)輸巷掘進(jìn)，現(xiàn)場(chǎng)取得了較好的應(yīng)用成果，月掘進(jìn)進(jìn)尺穩(wěn)定在300 m以上，為采面快速投產(chǎn)創(chuàng)造了良好條件。

2 遠(yuǎn)程智能操控綜掘工藝應(yīng)用分析

2.1 掘進(jìn)、運(yùn)輸以及支護(hù)設(shè)備

11206運(yùn)輸巷采用EBZ-200綜掘機(jī)破煤巖，配合40T刮板輸送機(jī)、SDJ-80帶式輸送機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)載、運(yùn)輸，采用MQT-130/3.6錨桿機(jī)、AQS-90/10.5J錨桿安裝機(jī)進(jìn)行錨桿的鉆孔施工及安裝。具體采用的綜掘機(jī)結(jié)構(gòu)見圖1。通過(guò)采用遠(yuǎn)程智能操作工藝實(shí)現(xiàn)了綜掘機(jī)遠(yuǎn)程操控。

圖1 綜掘機(jī)結(jié)構(gòu)示意

2.2 遠(yuǎn)程智能操作工藝

遠(yuǎn)程智能操作工藝包括遠(yuǎn)程智能控制、軌跡監(jiān)測(cè)以及遠(yuǎn)程監(jiān)控等關(guān)鍵系統(tǒng)。

2.2.1 智能操控系統(tǒng)

EBZ-200綜掘機(jī)智能控制采用ESK遠(yuǎn)程智能操控系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)包括慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、光纖通信網(wǎng)絡(luò)、中央控制單元、遠(yuǎn)程監(jiān)控分站等。在綜掘機(jī)上通過(guò)ESK遠(yuǎn)程智能操控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)綜掘機(jī)截割狀態(tài)、裝機(jī)工作狀態(tài)以及后續(xù)轉(zhuǎn)載、運(yùn)輸設(shè)備狀態(tài)采集，并可依據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況增加各類傳感器用以采集環(huán)境、設(shè)備工作狀態(tài)的參數(shù)。設(shè)備工作狀態(tài)采集系統(tǒng)用以采集綜掘機(jī)運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)，可實(shí)現(xiàn)電壓、截割電機(jī)、油泵電機(jī)等狀態(tài)的監(jiān)測(cè)。

為確保綜掘機(jī)靈活工作，前端監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)傳輸采用無(wú)線方式。綜掘機(jī)狀態(tài)參數(shù)、控制參數(shù)以及視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)等均采用無(wú)線方式傳輸給巷道壁上布置的中繼站，中繼站隨著掘進(jìn)機(jī)不斷前移，中繼站與后方控制中心采用線纜進(jìn)行信號(hào)傳輸。

2.2.2 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控

在掘進(jìn)機(jī)四周均安裝有無(wú)線攝像頭、傳輸站等設(shè)備，將掘進(jìn)機(jī)的工作狀態(tài)、作業(yè)點(diǎn)環(huán)境等信息通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸給掘進(jìn)機(jī)后方的控制中心。控制中心再通過(guò)井下工業(yè)以太網(wǎng)傳輸給地面監(jiān)控中心，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)掘進(jìn)機(jī)工作狀態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2.2.3 智能操控系統(tǒng)技術(shù)特點(diǎn)

1) 智能操控系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)三維空間定位定向，采用的慣性導(dǎo)航技術(shù)具有準(zhǔn)備時(shí)間短、抗干擾能力強(qiáng)、反應(yīng)速度快等優(yōu)點(diǎn)。

2) 可實(shí)現(xiàn)最遠(yuǎn)1 500 m的遠(yuǎn)程智能截割控制，控制反應(yīng)速度快，同時(shí)具備掘進(jìn)迎頭邊界報(bào)警功能。

3) 截割軌跡實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，提高巷道成型效果。掘進(jìn)巷道斷面成型誤差控制在150 mm以內(nèi)，可有效避免淺挖、超挖等情況出現(xiàn)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程精準(zhǔn)智能截割控制。網(wǎng)絡(luò)傳輸及慣性導(dǎo)航相結(jié)合，可實(shí)現(xiàn)截割頭軌跡模擬監(jiān)控，并將結(jié)果傳輸給操作臺(tái)及地面監(jiān)控中心。

4) 遠(yuǎn)程可視化。在掘進(jìn)機(jī)上布置有無(wú)線監(jiān)控?cái)z像頭，巷道壁上布置有傳輸站，可全方位對(duì)掘進(jìn)機(jī)工作狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控。同時(shí)采用了廣角攝像頭，可實(shí)現(xiàn)LED補(bǔ)光、紅外監(jiān)控等功能。攝像頭現(xiàn)場(chǎng)布置情況見圖2。

圖2 監(jiān)控?cái)z像頭布置示意

3 現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用分析

礦井巷道以往采用綜掘方式時(shí)，每個(gè)班組一般需要安排3～4名作業(yè)人員，存在作業(yè)效率低、安全隱患多、、地面監(jiān)控中心無(wú)法實(shí)時(shí)獲取掘進(jìn)迎頭現(xiàn)場(chǎng)情況等問(wèn)題。遠(yuǎn)程智能操控綜掘工藝在11206運(yùn)輸巷掘進(jìn)中應(yīng)用后，掘進(jìn)機(jī)控制取消了雙人操作模式，可實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)工作期間人機(jī)分離操控。地面監(jiān)控中心可通過(guò)傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)時(shí)獲取綜掘機(jī)操作參數(shù)以及掘進(jìn)迎頭現(xiàn)場(chǎng)情況。監(jiān)控中心顯示屏可實(shí)時(shí)顯示掘進(jìn)迎頭的現(xiàn)場(chǎng)情況，并可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)干預(yù)。

11206運(yùn)輸巷采用遠(yuǎn)程智能操控綜掘工藝后，在距離掘進(jìn)迎頭30～50 m范圍內(nèi)無(wú)作業(yè)人員，有效避免了掘進(jìn)迎頭高粉塵、高噪音等對(duì)工作人員身體健康的影響；現(xiàn)場(chǎng)掘進(jìn)時(shí)每班僅需2～3名作業(yè)人員，達(dá)到了減人增效的目的，提升了綜掘設(shè)備的智能化控制水平。

4 結(jié) 語(yǔ)

遠(yuǎn)程智能操控綜掘工藝集成了無(wú)線通信、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控及智能控制等先進(jìn)技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程智能截割控制。

提高了巷道的掘進(jìn)效率，使巷道掘進(jìn)速度超過(guò)了300 m/月，掘進(jìn)迎頭30～50 m范圍內(nèi)基本無(wú)工作人員，實(shí)現(xiàn)了巷道安全高效掘進(jìn)和減人增效的目標(biāo)。