中厚煤層綜采工作面三機智能化控制系統研究

李曉剛

（山西汾西礦業（集團）有限責任公司雙柳煤礦，山西 柳林 033300）

引言

綜采是現階段中厚煤層最為常用的開采方式[1]。在回采過程中確保采煤機、液壓支架以及刮板輸送機等設備銜接、配套運行是實現煤炭高效、安全開采的關鍵[2-3]。現階段礦井逐漸向智能化方向發展，為此，眾多的研究學者對綜采設備智能化控制展開研究，并取得豐碩研究成果[4-5]。國內部分礦井已率先實現綜采設備智能化控制，達到了降低井下人員數量以及提高煤炭產量目的[6-7]。以山西某礦3905綜采工作面為工程實例，對該采面采用的三級智能化控制系統進行闡述，以期能在一定程度上提升礦井綜合智能化水平。

1 3905綜采工作面概況

山西某礦3905綜采工作面為該礦首個智能化開采工作面，采面設計傾向、走向長度分別為200 m、1 100 m，開采的9號煤層厚度平均3.3 m、傾角5°，埋深平均360 m。9號煤層頂底板巖性以砂質泥巖、粉砂巖為主。3905綜采工作面開采范圍內煤層賦存較為穩定，地質構造不發育。

3905綜采工作面內主要綜采設備配備情況見表1。主要的控制系統包括有采煤機控制系統、液壓支架與刮板輸送機控制系統等。采煤機割煤時最大截割高度小于液壓支架支撐高度，最大牽引速度小于液壓支架移架速度，截割深度與液壓支架移架步距一致。采煤機、刮板輸送機以及液壓支架間相互配合是實現綜采工作面高效生產的基礎。采面使用的液壓支架工作系統包括有驅動器、控制器、耦合器、電源以及紅外接收器等；液壓支架姿態監控采用視頻監控設備以及傳感器實現；回采巷道內布置的控制中心可實現地面監控中心控制指令執行以及綜采工作面設備運行參數傳輸等工作。具體工作面綜采設備連接見圖1所示。

表1 采面綜采設備配備情況

圖1 采面綜采設備連接示意圖

2 工作面三機智能化控制系統

2.1 采煤機智能化控制系統

將慣性導航技術應用到采煤機運行控制中，監測數據經由環網傳輸給集控中心，經中央CPU處理后得到采煤機運行控制指令。基于慣性導航技術、傳感器監測技術（傾角、振動以及電機運行參數傳感器等）實現采煤機運行姿態監測，同時實現采煤機記憶截割。

采煤機割煤過程中以自動生產（記憶截割）為主、人工干預為輔的生產方式。采用此種生產方式可基本實現采煤機自動控制，取代以往采煤司機全程在采煤機旁控制方式，有助于降低作業人員勞動強度。

2.2 液壓支架智能化控制系統

在采面采用的液壓支架上布置有多類型傳感器，具體有頂板壓力、護幫推力、傾角傳感器等，具體如圖2所示。

圖2 液壓支架各傳感器及控制柜閥組布置示意圖

液壓支架前移采用雙速控制閥控制控制推移千斤頂實現，可消除液壓支架與刮板輸送機銷孔間隙，確保液壓支架移架距離統一，從而避免采面多次移動液壓支架后導致液壓支架、刮板輸送機彎曲問題。現場測算發現，通過使用雙速控制閥控后刮板輸送機推移控制精度提高50%以上，可滿足刮板輸送機平直度要求。液壓支架上安裝的紅外傳感器可精準定位采煤機位置，并將定位數據傳輸給集控中心進行數據處理，最后集控中心將控制指令發出給液壓支架控制模塊，實現液壓支架根機、移架、噴霧、護幫等工作自動化開展。

2.3 刮板機智能化控制系統

刮板機智能化控制系統通過與采煤機感知設備、探頭等聯動，并通過集控中心分析、判別采煤機位置、液壓支架狀態，實現刮板輸送機智能化推溜、拉架等控制。依據采煤機上機載高精度慣性導航裝置以及位置編碼器監測數據，集控中心可自動生產刮板機位置曲線。液壓支架無線基站接收到慣導信號，并將相關信息發送至集中中心后臺進行分析，最終確定刮板機位位置曲線以及液壓支架推移量，并計算得到下一推移行程，確保刮板機平直。

2.4 采面三機智能化聯動控制

在采面內布置的采煤機、液壓支架以及刮板輸送智能化控制通過大系統整合，集成液壓支架根機移架、智能升架、采煤機智能截割、刮板機智能調直等功能，實現綜采工作面三機智能聯動控制。同時控制數據可通過井下集控中心傳輸給地面監控中心。

3 結論

1）3905綜采工作面回采期間，三機智能化控制系統得以有效、有序運行，現場作業人員數量由26人減少至12人。同時工作面采煤生產、運輸等配套人員數量由130人減少至55人。采面回采推進期間，采煤機、液壓支架以及刮板輸送機故障等導致采面停止生產時間大幅降低，單個生產班生產時間穩定在7.5 h以上，開機率在93%以上。

2）隨著礦井綜合智能化建設的不斷深入，采掘、運輸、通風等各工序智能化程度不斷提升，在進行智能化建設同時應強化水、瓦斯、頂板等災害控制，并從全方面對作業人員進行技能培訓，以穩固智能化礦井建設基礎。