綜放工作面智能化開采技術(shù)的研究

王昌紅

（汾西礦業(yè)集團(tuán)高陽煤礦，山西 孝義 032300）

1 高陽煤礦21106工作面工程概況

高陽煤礦21106 綜放工作面（見圖1）地面位置位于高陽煤礦東風(fēng)井西南方向560 m 處，地面標(biāo)高+845m～+945m。21106 工作面為二采區(qū)第六個工作面，其北為二采軌道巷保安煤柱，東為21107 工作面，南為F3 斷層，西為二采軌道巷保安煤柱，井下工作面標(biāo)高在+494 m～+532 m。21106 工作面采長165 m，推進(jìn)長度1 444 m。煤層平均厚度8.69 m，傾角0～9°，平均3°，屬近水平厚煤層，密度1.35 m3/t。工作面采用綜采放頂煤采煤法，采高為2.7 m，工作面放頂煤高度為5.99 m，采放比為1∶2.2。

圖1 21106 工作面巷道布置圖

2 21106 智能化工作面控制系統(tǒng)

21106 智能化工作面系統(tǒng)由液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、膠帶輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、乳化液泵、反沖洗過濾裝置、智能化控制系統(tǒng)（包含順槽及地面集控中心、電液控系統(tǒng)）、通信網(wǎng)關(guān)設(shè)備、地面設(shè)備以及饋電開關(guān)組成。自動化集中控制系統(tǒng)分三種模式進(jìn)行控制，分別是自動控制模式、遠(yuǎn)控模式及檢修控制模式，這三種模式轉(zhuǎn)換是通過集控中心總控區(qū)三功能旋鈕開關(guān)進(jìn)行。采煤機(jī)、支架、刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、皮帶運輸機(jī)、破碎機(jī)和反沖洗過濾器系統(tǒng)可在集控中心分別進(jìn)行自動控制、遠(yuǎn)程控制及本地控制[1-2]。

3 21106 智能化工作面配套設(shè)備（見表1）

表1 21106 智能化工作面設(shè)備配備

4 智能化工作面采煤技術(shù)

采煤機(jī)系統(tǒng)配置有線通信和無線雙鏈路通信，通過采煤機(jī)控制電纜將數(shù)據(jù)傳輸?shù)焦ぷ髅婕刂行?。無線通信采用動力載波或無線AP 進(jìn)行通信。

自動化平臺可以通過人為按鍵方式或者通過系統(tǒng)內(nèi)部程序方式向采煤機(jī)發(fā)送控制指令進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。控制功能包括截割控制、牽引控制、搖臂升降控制等，為保證控制指令及時有效，系統(tǒng)控制延時時間不超過200 ms。

集控中心需要對采煤機(jī)的運行狀態(tài)、姿態(tài)等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集監(jiān)測、分析，對異常信息進(jìn)行提示預(yù)警、保護(hù)。采煤機(jī)運行狀態(tài)包括：各電機(jī)電流、溫度，牽引速度，瓦斯?jié)舛取⒂拖溆蜏?、油位、左右搖臂軸承溫度、冷卻水溫度、壓力、調(diào)高泵油壓等；采煤機(jī)姿態(tài)信息包括：機(jī)頭機(jī)尾高差、采高、臥底、工作面位置，機(jī)身傾角、仰俯角、左右滾筒高度等。

集控中心監(jiān)測到“三機(jī)”設(shè)備、泵站設(shè)備、供電設(shè)備、支架設(shè)備、采煤機(jī)設(shè)備一切正常后，通過集控中心可以進(jìn)行“一鍵”啟動自動化采煤，這時采煤機(jī)將進(jìn)入記憶割煤模式。記憶截割功能應(yīng)可以實現(xiàn)牽引速度與采高控制自適應(yīng)調(diào)節(jié)，實現(xiàn)高精度自動記憶截割。

自動化割煤采用中部進(jìn)刀割煤工藝，采煤機(jī)進(jìn)刀采取中部斜切進(jìn)刀的方式，斜切進(jìn)刀段長度為15 m，進(jìn)刀深度0.8 m。割煤采用MG500/1170-WD 型采煤機(jī)雙向機(jī)采割煤，往返一次割一刀，沿運行方向前滾筒割頂煤，后滾筒割底煤，以3.0～4.0 m/min 的速度向上（下）割煤，直至割透上（下）端頭煤壁。

1）自動化記憶割煤工藝共分16 個工藝流程（見圖2）。

圖2 自動化記憶割煤工藝流程

自動化割煤工藝中加入了煤流煤量實時監(jiān)測控制系統(tǒng)，當(dāng)轉(zhuǎn)載機(jī)處煤量超過設(shè)定值（目前為三擋）10 s 后，系統(tǒng)開始檢測前、后刮板運輸機(jī)和煤機(jī)負(fù)荷，當(dāng)前運輸機(jī)超過設(shè)定值（200 A）或采煤機(jī)超過設(shè)定值（130 A）10 s 時采煤機(jī)牽引速度以-0.5 m/s2的加速度減少；同時當(dāng)后刮板運輸機(jī)達(dá)到規(guī)定值（400 A）10 s 時，停止自動放煤程序。

2）移架、推移刮板輸送機(jī)方式。集控中心操作人員通過“自動化”模式“一鍵”啟動液壓支架跟機(jī)順序移架支護(hù)頂板。

移架方式：通過集控中心支架操作臺設(shè)置初始跟機(jī)動作，超前煤機(jī)前滾筒3 架拉后刮板輸送機(jī)、收前梁、收護(hù)幫板→采煤機(jī)自動割煤→滯后煤機(jī)后滾筒3 架自動拉架（拉移步距為0.8 m）→滯后煤機(jī)后滾筒5 架伸前梁、護(hù)幫板→采煤機(jī)割通端頭→超前煤機(jī)前滾筒3 架收護(hù)幫板→采煤機(jī)掃底返刀（清掃浮煤）→滯后煤機(jī)后滾筒10 架推前刮板運輸機(jī)。

在回刀過程中，距采煤機(jī)后滾筒“推溜間隔數(shù)”+“梯度推溜數(shù)”+2 支架后開始精準(zhǔn)推溜，此時參考采煤機(jī)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)進(jìn)行算法調(diào)直前運輸機(jī)，直至到達(dá)采煤機(jī)進(jìn)刀位置，刮板輸送機(jī)成一條直線，停止推溜。此過程應(yīng)與采煤機(jī)保持12～15 m 的距離，前、后部刮板輸送機(jī)的彎曲段長度均不得小于15 m。

待工作面刮板輸送機(jī)機(jī)頭推移到位后，將轉(zhuǎn)載機(jī)向前推移一個循環(huán)，保證移動后轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)尾與刮板輸送機(jī)機(jī)頭搭接合理，流煤順暢。

3）移排頭支架和移工作面刮板輸送機(jī)機(jī)頭機(jī)尾。采煤機(jī)割通端部返刀后，先移端部支架，后移前部運輸機(jī)機(jī)頭（機(jī)尾），后部刮板輸送機(jī)機(jī)頭（機(jī)尾）隨排頭支架的前移而拉回，移動步距均為0.8 m。排頭支架要與基本支架拉齊，前后部機(jī)頭（機(jī)尾）與移動后的工作面前（后）運輸機(jī)相應(yīng)成一直線。

4）通過對尾梁和插板的控制，完成放煤頂?shù)淖詣踊刂啤Ｗ詣踊琶汗δ苤饕鉀Q以下幾個層面的問題：改手動放煤為自動化放煤為主，巡視人員干預(yù)為輔。減少放煤工數(shù)量，只留1 人巡視；解決手動放煤結(jié)束后尾梁姿態(tài)不一帶來的移架過程丟煤問題；解決放煤過程中的漏斗問題，減少放矸量；解決放、運平衡問題，提升整體效率；系統(tǒng)具備和第三方煤巖識別系統(tǒng)對接能力，以進(jìn)一步提升自動化放煤效果。

5 智能化工作面優(yōu)勢

5.1 實現(xiàn)減人提效

21106 智能化工作面與綜采工作面相比，生產(chǎn)班作業(yè)人數(shù)由19 人降到10 人,大大減少日常生產(chǎn)作業(yè)人數(shù),減少不安全因素對人體的危害，同時每班割煤循環(huán)由2 刀增加至3 刀，加快了工作面的推進(jìn)速度，降低了工人勞動強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。

5.2 實現(xiàn)自動記憶割煤

21106 智能化綜采工作面實現(xiàn)采煤機(jī)自動記憶割煤,在日常生產(chǎn)作業(yè)第一刀煤需采煤機(jī)司機(jī)進(jìn)行操作,由系統(tǒng)進(jìn)行記憶，以后生產(chǎn)按照采煤機(jī)的記憶截割曲線進(jìn)行割煤,工作面巡視員只需進(jìn)行干預(yù)即可。同時在液壓支架電液控系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)置，采煤機(jī)運行至設(shè)置的各個點后,液壓支架按照設(shè)計好的模式進(jìn)行移架、推溜，保證采煤機(jī)的正常回采作業(yè),實現(xiàn)工作面的自動截割[3-5]。

6 結(jié)語

高陽煤礦積極推進(jìn)21106 智能化工作面建設(shè)，實現(xiàn)綜采設(shè)備的一鍵啟停；實現(xiàn)采煤機(jī)全工藝段記憶割煤（含三角煤、中部斜切進(jìn)刀）；支架隨采煤機(jī)自動跟機(jī)，通過煤流煤量系統(tǒng)實現(xiàn)采煤機(jī)、刮板機(jī)、皮帶機(jī)的智能調(diào)速；實現(xiàn)設(shè)備列車、電纜單軌吊、轉(zhuǎn)載機(jī)自移和皮帶機(jī)尾自移的遠(yuǎn)程遙控操作；切實改善勞動環(huán)境，降低勞動強(qiáng)度，減員增效，在增強(qiáng)安全性的前提下提升生產(chǎn)效率。