煤礦綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)探究

田成立

（山西辰城建設(shè)工程有限公司，山西陽(yáng)泉 045000）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，對(duì)資源的需求量日益提升。煤炭資源受到廣泛關(guān)注，但是我國(guó)煤礦開采存在不少問題[1]。即高產(chǎn)量、高死亡率；煤炭企業(yè)較普遍存在“采厚齊薄”、“吃肥丟瘦”的現(xiàn)象，煤炭資源浪費(fèi)大；我國(guó)煤礦瓦斯突出、瓦斯爆炸、頂板事故發(fā)生頻率較高。

1 綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)基本構(gòu)成

綜采工作面自動(dòng)化設(shè)備主要分為兩大部分：（1）主采機(jī)組：采煤機(jī)、刮板機(jī)、工作面液壓支架、乳化液泵站；（2）轉(zhuǎn)載運(yùn)輸：轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、皮帶輸送機(jī)、超前支護(hù)支架。在工作系統(tǒng)中，采煤機(jī)、刮板機(jī)、工作面液壓支架是工作面設(shè)備。支架所起的作用各不相同，端頭支架主要支護(hù)端頭空間巷道圍巖，保護(hù)輸送機(jī)機(jī)頭和機(jī)尾；超前支架主要對(duì)兩側(cè)巷道圍巖進(jìn)行超前支護(hù)；破碎機(jī)騎跨在轉(zhuǎn)載機(jī)上，把工作面運(yùn)來(lái)的煤體經(jīng)過(guò)破碎后，轉(zhuǎn)載到皮帶輸送機(jī)然后運(yùn)走，皮帶輸送機(jī)的機(jī)尾屬于自移式，能隨工作面自行移動(dòng)；乳化液泵站是工作面液壓支架的動(dòng)力源；噴霧泵站主要給采煤機(jī)、刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等供應(yīng)冷卻水和噴霧壓力水。

1.1 自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成

性能優(yōu)越的綜采工作面系統(tǒng)通常由：自動(dòng)控制系統(tǒng)、傳感器系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)、設(shè)備工況檢測(cè)和故障診斷系統(tǒng)、電液控制系統(tǒng)直線控制系統(tǒng)、集中控制系統(tǒng)等多種自動(dòng)化技術(shù)的綜合應(yīng)用。綜采工作面自動(dòng)化重點(diǎn)技術(shù)有：工作面液壓支架的電液控制技術(shù)、刮板機(jī)直線推進(jìn)技術(shù)、煤層與巖石分界技術(shù)、自動(dòng)采煤技術(shù)、工況監(jiān)測(cè)技術(shù)、故障診斷技術(shù)、順槽控制技術(shù)[2]。

1.2 自動(dòng)化系統(tǒng)的功能與目標(biāo)

自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)主要功能是采煤機(jī)自動(dòng)記憶采煤；支架自動(dòng)推溜與拉架；綜采工作面輸送機(jī)負(fù)載自動(dòng)識(shí)別控制。其次，重要設(shè)備必須具有數(shù)據(jù)傳送通訊能力，且能和多種通訊系統(tǒng)和接口進(jìn)行雙向傳送數(shù)據(jù)。以此實(shí)現(xiàn)對(duì)所有設(shè)備的主要工作參數(shù)（如：溫度、電流、速度、位置等）實(shí)時(shí)控制，并能夠與其他設(shè)備進(jìn)行信號(hào)交換，能夠信息共享及聯(lián)鎖控制。自動(dòng)化系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)是綜采工作面的生產(chǎn)作業(yè)自動(dòng)化，以此實(shí)現(xiàn)降低勞動(dòng)強(qiáng)度、增大煤礦開采量；對(duì)自動(dòng)化系統(tǒng)構(gòu)成設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障或隱患，以便采取對(duì)應(yīng)措施。以此避免設(shè)備損壞，保障設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率；把工作面的相關(guān)生產(chǎn)信息及時(shí)準(zhǔn)確傳送到井上，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)完成共享，從而實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)信息化管理。

1.3 綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)控制要求

綜采工作面是煤礦生產(chǎn)一線陣地，其工作環(huán)境復(fù)雜多變，工序較多，所以對(duì)自動(dòng)控制要求相對(duì)較高。綜采工作面系統(tǒng)通過(guò)遠(yuǎn)方控制與就地控制，就地分部開車、檢修開車等方式對(duì)綜采工作面進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制[3]；控制系統(tǒng)需要實(shí)現(xiàn)能夠在地面直接控制井下綜采設(shè)備（如：破碎機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等），同時(shí)能控制開關(guān)、泵站等；自動(dòng)辨別煤流，有煤流時(shí)，皮帶輸送機(jī)運(yùn)行，反之，停止；良好的故障診斷性能；自動(dòng)化系統(tǒng)對(duì)重要設(shè)備具有視頻監(jiān)控功能。

1.4 綜采工作面生產(chǎn)作業(yè)自動(dòng)化

1.4.1 采煤機(jī)控制

生產(chǎn)作業(yè)中，采煤機(jī)需要根據(jù)存儲(chǔ)參數(shù)自動(dòng)運(yùn)行，無(wú)需人工操作。采煤機(jī)的自動(dòng)控制通常分為牽引控制、滾筒高度控制?？刂品绞降倪x用取決于綜采工作面的地質(zhì)狀況。首刀限制。采煤機(jī)控制裝置對(duì)第一刀割煤的參數(shù)進(jìn)行存儲(chǔ)，與后續(xù)的進(jìn)刀參數(shù)做對(duì)比，加以限制，禁止割煤超出存儲(chǔ)尺寸；恒定工作面斷面割煤作業(yè)；記憶割煤。即運(yùn)用存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)的人工截割相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行割煤作業(yè)。人工操作可隨時(shí)修正記憶數(shù)據(jù)，以適應(yīng)工作面的變化；傳感系統(tǒng)控制。

1.4.2 綜采工作面輸送機(jī)負(fù)載控制

根據(jù)輸送機(jī)電機(jī)工作電流或刮板鏈條的受力大小監(jiān)控綜采工作面輸送機(jī)的負(fù)載，自動(dòng)調(diào)整采煤機(jī)的速度，實(shí)現(xiàn)調(diào)整落煤量。倘若電流過(guò)大或刮板鏈條受力太大，輸送機(jī)控制系統(tǒng)向采煤機(jī)發(fā)信號(hào)，使采煤機(jī)降低速度或停止運(yùn)行。

1.4.3 液壓支架的控制

液壓支架通過(guò)電液控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)。電液控制系統(tǒng)采用PM4控制器，在割煤作業(yè)中，歲采煤機(jī)的行進(jìn)系統(tǒng)控制支架的液壓系統(tǒng)，按采煤工藝要求完成一系列動(dòng)作。可實(shí)現(xiàn)單臺(tái)液壓支架的多動(dòng)作自動(dòng)順序聯(lián)動(dòng)及成組自動(dòng)控制。

依據(jù)采煤機(jī)所處位置需先推溜后移架。此時(shí)，采煤機(jī)需把自身位置數(shù)據(jù)傳送到液壓支架的控制裝置。一般情況下，液壓支架接收器通過(guò)采煤機(jī)上的紅外線信號(hào)，確定其位置。每個(gè)液壓支架都設(shè)置有接收器，信號(hào)傳送到液壓支架控制裝置，從而實(shí)現(xiàn)支架的運(yùn)動(dòng)功能。

2 綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)的應(yīng)用

部分國(guó)家（如：英國(guó)、澳大利亞等）已經(jīng)進(jìn)行自動(dòng)化采煤。自動(dòng)化開采煤層，對(duì)煤體要求高，要求煤層坡度平緩、頂板穩(wěn)定性好、采高偏差小。一般綜采工作面不易實(shí)現(xiàn)。神東煤炭分公司率先實(shí)現(xiàn)綜采工作面自動(dòng)化采煤。先后榆家梁煤礦45204、哈拉溝煤礦02203半截深自動(dòng)化工作面；補(bǔ)連塔煤礦31306雙向全截深自動(dòng)化工作面。綜采工作面應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)可有效提高工程質(zhì)量、減輕綜采職工的勞動(dòng)強(qiáng)度；發(fā)揮先進(jìn)設(shè)備功效，產(chǎn)量得到大幅度提升。

3 綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)有待完善

（1）液壓支架聯(lián)動(dòng)時(shí)，對(duì)片幫煤影響比較大，需要支架工作者隨時(shí)檢查支架前面是否有阻礙（如：大塊煤），以免擠傷電纜。（2）綜采自動(dòng)化采煤隊(duì)煤層要求偏高，僅適宜煤層較平緩、頂板可靠穩(wěn)定、采高相對(duì)固定的井巷，普及性較差。

4 小結(jié)

由于煤礦作業(yè)環(huán)境惡劣，制約煤炭生產(chǎn)的發(fā)展[4]。而工作面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化有利于煤礦企業(yè)高產(chǎn)、高效發(fā)展，還能減輕開采員工的勞動(dòng)強(qiáng)度、減少事故發(fā)生率。因此，研究綜采工作面自動(dòng)化開采技術(shù)意義重大。

［1］方新秋，何杰，郭敏江，等.煤礦無(wú)人工作面開采技術(shù)研究［J］.科技導(dǎo)報(bào)，2008（09）：56-61.

［2］夏護(hù)國(guó).自動(dòng)化綜采工作面技術(shù)應(yīng)用［J］.陜西煤炭，2007（01）：59-60.

［3］劉萬(wàn)東.煤礦綜掘、綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)探討［J］.科技與企業(yè)，2012（19）：334.

［4］伍小杰，楊剛，葛娟，等.煤礦掘進(jìn)工作面自動(dòng)化技術(shù)研究［J］.煤礦機(jī)電，2010（02）：41-43.