薄煤層工作面智能化開(kāi)采設(shè)備選型及控制系統(tǒng)的研究

楊龍杰王培強(qiáng)石彥磊

（1.平頂山天安煤業(yè)股份有限公司六礦，河南 平頂山 467000；2.平頂山工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，河南 平頂山 467000；3.平頂山天安煤業(yè)股份有限公司四礦，河南 平頂山 467000）

隨著煤礦自動(dòng)化、智能化技術(shù)的快速發(fā)展，智能化設(shè)備在薄煤層采面得到了推廣，液壓支架能夠自動(dòng)完成跟機(jī)、移架、升降等工序操作，采煤機(jī)可以記憶進(jìn)刀割煤，刮板輸送機(jī)等設(shè)備可以根據(jù)煤流方向?qū)崿F(xiàn)“啟、停”聯(lián)鎖控制，實(shí)現(xiàn)了薄煤層條件下的智能化開(kāi)采[1-4]。

1 薄煤層智能開(kāi)采制約因素分析

平煤集團(tuán)在較薄煤層開(kāi)采上，由于地質(zhì)條件、三機(jī)配套、智能化水平等因素的制約，單產(chǎn)水平有待進(jìn)一步提高。制約薄煤層智能開(kāi)采的因素有以下幾個(gè)方面：

（1）采煤機(jī)搖臂和運(yùn)輸機(jī)之間的過(guò)煤空間小，采煤機(jī)拾煤效果差，因裝煤效果差和溜子飄始終未得到有效控制，溜子下留煤多。為保證溜子不過(guò)度上漂影響過(guò)采煤機(jī)，需大量破底臥底，底部矸石和煤破碎后又進(jìn)入底槽下進(jìn)入采煤區(qū)，進(jìn)一步造成支架扎腳嚴(yán)重。采煤機(jī)割煤后留有大概0.2～0.4 m 的浮煤拾不凈。

（2）己15 煤層底板較軟，加上采煤機(jī)拾煤效果差留浮煤，回采時(shí)支架鉆底現(xiàn)象明顯，扎腳嚴(yán)重，每班職工抬架腳工作量大，增加了職工勞動(dòng)強(qiáng)度。

（3）由于裝備配套上存在的問(wèn)題，滾筒窩底量不足，溜子上漂始終未得到有效控制。

（4）采面采高較低，采煤機(jī)到上下端頭割不透，需要人工放炮做超前缺口，用人多，勞動(dòng)強(qiáng)度大，制約進(jìn)度。

（5）己15 底板軟，巷道遇水膨脹嚴(yán)重，以前使用的不封底轉(zhuǎn)載機(jī)，回采過(guò)程中拉底落轉(zhuǎn)載機(jī)輔助工作量大，人工投入量大，并且嚴(yán)重制約采面推進(jìn)。

針對(duì)以上問(wèn)題，可以看出薄煤層條件下智能開(kāi)采的核心要素是智能綜采設(shè)備的型號(hào)選擇設(shè)計(jì)。在工作面設(shè)備配套上采取措施，確保其滿足高產(chǎn)高效的需要。

2 薄煤層工作面智能化開(kāi)采設(shè)備選型設(shè)計(jì)

為保證機(jī)頭尾拾煤效果、臥底量、最小采高及最小過(guò)機(jī)高度，對(duì)設(shè)備配套進(jìn)行調(diào)整和優(yōu)化，提出三種設(shè)計(jì)方案。方案一、二在保證機(jī)頭尾臥底量的前提下將運(yùn)輸機(jī)擋板側(cè)高度抬高、變線槽調(diào)整，方案三為原設(shè)備參數(shù)。對(duì)三種方案進(jìn)行對(duì)比選出最優(yōu)配套，對(duì)比表見(jiàn)表1。

表1 薄煤層采面智能化開(kāi)采設(shè)備選型設(shè)計(jì)方案對(duì)比

（1）方案一。① 配套參數(shù)：機(jī)身高度1006 mm，過(guò)煤高度386 mm，鏟間距244 mm，滾筒Φ1500 mm，機(jī)頭臥底164 mm，煤機(jī)滾筒向機(jī)頭移動(dòng)200 mm 后臥底64 mm，中部臥底260 mm，最小過(guò)機(jī)空間258 mm，梁端距403 mm。② 刮板機(jī)特點(diǎn)：刮板機(jī)擋板側(cè)抬高40 mm。

（2）方案二。① 配套參數(shù)：機(jī)身高度996 mm，過(guò)煤高度376 mm，鏟間距244 mm，滾筒Φ1500 mm，機(jī)頭臥底153 mm，煤機(jī)滾筒向機(jī)頭移動(dòng)200 mm 后臥底52 mm，中部臥底270 mm，最小過(guò)機(jī)空間263 mm，梁端距403 mm。② 刮板機(jī)特點(diǎn)：刮板機(jī)擋板側(cè)抬高30 mm。

（3）方案三。① 配套參數(shù)：機(jī)身高度966 mm，過(guò)煤高度346 mm，鏟間距244 mm，滾筒Φ1500 mm，機(jī)頭臥底115 mm，煤機(jī)滾筒向機(jī)頭移動(dòng)200 mm 后臥底14 mm，中部臥底300 mm，最小過(guò)機(jī)空間307 mm，梁端距403 mm。② 刮板機(jī)特點(diǎn)：刮板機(jī)正常布置。

結(jié)合分析和研究，對(duì)成套設(shè)備進(jìn)行了充分的論證、設(shè)備配套和優(yōu)化，最終選定工作面采用的電液控支架型號(hào)為ZY6800-10/20D，1.0～2.0 m，滿足薄煤層的開(kāi)采厚度要求；采用的采煤機(jī)型號(hào)為MG2×250/1200-WD，重量43 t，采高1.3～3.0 m，功率比較大，機(jī)身高度比較低，對(duì)于賦存條件比較差的四礦己15-23090 薄煤層采面比較適合；采用的刮板運(yùn)輸機(jī)型號(hào)為SGZ900/800，機(jī)頭機(jī)尾不高，適用于該薄煤層采面。

3 智能化工作面控制系統(tǒng)的組成及功能改進(jìn)

3.1 智能化工作面控制系統(tǒng)的組成

（1）液壓支架具備單鍵單動(dòng)作，遠(yuǎn)程操控，無(wú)線遙控，自行加補(bǔ)壓，緊急停車閉鎖，跟機(jī)作業(yè)，支架姿態(tài)自動(dòng)調(diào)整，自動(dòng)斜切進(jìn)刀，通過(guò)人員識(shí)別確定工作面保護(hù)區(qū)，預(yù)測(cè)預(yù)警采面動(dòng)壓并分析頂板礦壓規(guī)律。

（2）實(shí)現(xiàn)采面運(yùn)輸設(shè)備的自動(dòng)控制，一鍵起停和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)工作面“三機(jī)”（刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)），具備“三機(jī)”運(yùn)行參數(shù)監(jiān)控及通訊和閉鎖等性能。

（3）集控中心控制采煤機(jī)自動(dòng)割煤，監(jiān)測(cè)采煤機(jī)方向、油溫、姿態(tài)等參數(shù)及相關(guān)故障信息，實(shí)現(xiàn)精確定位，利用慣導(dǎo)系統(tǒng)校直刮板運(yùn)輸機(jī)曲線。

（4）采面監(jiān)控系統(tǒng)具備實(shí)時(shí)監(jiān)控功能，實(shí)現(xiàn)對(duì)采面割煤工藝、設(shè)備運(yùn)行和工人勞動(dòng)狀況的全方位監(jiān)測(cè)。

（5）采面人員定位識(shí)別功能強(qiáng)大，可識(shí)別采面操作人員的位置、身份/權(quán)限，可以劃定區(qū)域進(jìn)行安全警示。

（6）采面集控中心可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程綜采設(shè)備一鍵啟停、監(jiān)測(cè)采面參數(shù)、監(jiān)控采面設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)、判斷操作人員狀況、劃定安全區(qū)域等功能；可以實(shí)現(xiàn)顯示采面供電供液系統(tǒng)圖及采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、泵等采面設(shè)備的運(yùn)維管理；可以實(shí)現(xiàn)采面安全生產(chǎn)相關(guān)參數(shù)的監(jiān)測(cè)，并根據(jù)煤塵參數(shù)值的變化開(kāi)啟噴霧裝置。

（7）煤礦井上調(diào)度中心可實(shí)現(xiàn)綜采設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程控制；可實(shí)現(xiàn)對(duì)采面、風(fēng)巷、機(jī)巷等采掘空間設(shè)備和工人狀況的監(jiān)控、通訊，并完成采面設(shè)備運(yùn)行參數(shù)采集和分析，出具分析報(bào)告[5]。

3.2 智能化工作面控制系統(tǒng)功能改進(jìn)

（1）采煤機(jī)通過(guò)射頻編碼模式，實(shí)現(xiàn)煤巖識(shí)別、采煤機(jī)和煤層高效聯(lián)動(dòng)，當(dāng)采煤機(jī)、支架、煤高不匹配時(shí)實(shí)現(xiàn)預(yù)警并自動(dòng)停機(jī)。

（2）智能化采面設(shè)備控制、通訊、動(dòng)力供應(yīng)實(shí)現(xiàn)“多網(wǎng)合一”，節(jié)省采面布線工作量，降低作業(yè)故障，提升采面產(chǎn)出比。

（3）實(shí)現(xiàn)采面頂板運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測(cè)及預(yù)警。通過(guò)布置壓力傳感器及位移傳感器對(duì)采面液壓支架工作阻力參數(shù)、頂板質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，通過(guò)數(shù)據(jù)分析得出采面的礦壓運(yùn)動(dòng)規(guī)律并對(duì)采面頂板的穩(wěn)定性及動(dòng)壓參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)預(yù)警，提出有效的頂板控制技術(shù)措施，確保采面的安全生產(chǎn)。

（4）實(shí)現(xiàn)采面煤流與負(fù)荷協(xié)調(diào)運(yùn)轉(zhuǎn)。煤流量較大時(shí)，刮板輸送機(jī)負(fù)荷變大，負(fù)荷值達(dá)到一定程度，集控中心及時(shí)預(yù)警，控制采煤機(jī)牽引自動(dòng)減速，避免“壓車”現(xiàn)象。

（5）采面智能設(shè)備操作手冊(cè)漢化模式設(shè)計(jì)。結(jié)合平頂山礦區(qū)的地質(zhì)條件、開(kāi)采技術(shù)條件以及工人操作習(xí)慣，對(duì)操作手柄和手冊(cè)進(jìn)行漢化，有利于現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)工人的操作和學(xué)習(xí)。

（6）實(shí)現(xiàn)采面設(shè)備的運(yùn)行與維護(hù)功能。集控中心電腦可以進(jìn)行采面各類系統(tǒng)的查詢和故障排除；系統(tǒng)錄有采面智能設(shè)備組件的基本信息，方便智能設(shè)備易損組件的查詢和調(diào)用；系統(tǒng)可存儲(chǔ)智能采面設(shè)備檢修的基礎(chǔ)參數(shù)，包括檢修設(shè)備的周期、重點(diǎn)部位、易損地點(diǎn)，對(duì)設(shè)備檢修時(shí)間點(diǎn)進(jìn)行提醒，保證設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

4 結(jié)語(yǔ)

結(jié)合薄煤層工作面實(shí)際地質(zhì)條件和開(kāi)采技術(shù)條件，通過(guò)對(duì)薄煤層開(kāi)采智能綜采設(shè)備的型號(hào)選擇方案進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)采面生產(chǎn)系統(tǒng)的智能控制及性能進(jìn)行改良，實(shí)現(xiàn)了薄煤層條件下的綜合機(jī)械化智能開(kāi)采，有效地降低了崗位人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了工作環(huán)境，提高了生產(chǎn)效率，效果顯著。