楊柳煤業(yè)1075工作面智能化開采技術(shù)與應用

徐義龍

摘 要：針對楊柳煤業(yè)1075工作面破碎頂板、3.2m厚煤層，通過調(diào)研，結(jié)合現(xiàn)場實際調(diào)整支架及煤機自動化動作程序?qū)崿F(xiàn)復雜地質(zhì)條件下的煤機記憶割煤、支架跟機聯(lián)動等一系列自動化遠程作業(yè)，泵站系統(tǒng)、后運系統(tǒng)無人連鎖控制。該系統(tǒng)具備年產(chǎn)200萬t的生產(chǎn)能力。

關(guān)鍵詞：破碎頂板;智能化工作面;連鎖控制

中圖分類號：TD421 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）10-0167-02

1智能化綜采工作面簡介

1.1工作面概況

楊柳煤業(yè)1075智能化綜采工作面走向長2628m，傾斜166/195m，煤層傾角2°～14°，平均5°。煤層平均厚度3.2m，屬中厚煤層，煤層頂板以灰白色細砂巖為主，局部漸變成泥巖，底板以灰黑色泥巖為主，局部含有少量粉砂巖。

1.2設(shè)備配置情況

1075智能化綜采工作面選用ZZ8800-20/40D支架，MG500/1180-WD型雙滾筒交流電牽引采煤機、SGZ800/1050型刮板運輸機，SZZ830/315型橋式轉(zhuǎn)載機。DSJ100/100/2×200型可伸縮皮帶機。所有設(shè)備均安裝智能化控制裝置，滿足智能化開采要求。

2 1075智能化綜采工作面自動化控制系統(tǒng)的應用

系統(tǒng)優(yōu)點有：（1）實現(xiàn)在楊柳礦1075工作面的自動化生產(chǎn)，實現(xiàn)安全、高產(chǎn)高效采煤;（2）實現(xiàn)在順槽監(jiān)控中心對綜采工作面設(shè)備的工作狀態(tài)遠程監(jiān)測監(jiān)控、故障警告、故障記錄及 “一鍵”啟停;（3）實現(xiàn)采煤機記憶截割采煤，液壓支架自動跟機作業(yè);實現(xiàn)工作面各子系統(tǒng)的聯(lián)動閉鎖控制。

2.1系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)包括順槽集控系統(tǒng)、采煤機控制系統(tǒng)、支架電液控制系統(tǒng)、運輸設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、供電設(shè)備監(jiān)控系統(tǒng)、泵站自動化控制以及工作介質(zhì)處理系統(tǒng)，視頻監(jiān)控系統(tǒng)、地面監(jiān)控系統(tǒng)，如圖1。

2.2系統(tǒng)工作模式

（1）系統(tǒng)工作模式分為本地、遠控和自動三種模式;（2）各分系統(tǒng)進行分別設(shè)置本地模式、遠控模式和自動模式;（3）某分系統(tǒng)或總控區(qū)處于急停時，均不能進行“一鍵”啟動;（4）某分系統(tǒng)處于急停時，不能遠程控制該分系統(tǒng)的設(shè)備;（5）在所有模式下，集控中心均需監(jiān)測各分系統(tǒng)所有設(shè)備的狀態(tài)信息以及故障信息，并對故障進行提示與預警;（6）地面分控中心可實現(xiàn)對工作面設(shè)備的遠程監(jiān)測及控制功能。

2.3各子系統(tǒng)功能

2.3.1順槽控制系統(tǒng)

順槽集控中心是整個智能綜采的核心及主要的人機交互界面，實現(xiàn)對綜采各子系統(tǒng)的集中監(jiān)測和控制。（1）系統(tǒng)具備對綜采設(shè)備“一鍵”啟停、單設(shè)備啟停以及對各設(shè)備進行遠程控制和遠程干預功能，并具有在監(jiān)控中心對綜采設(shè)備數(shù)據(jù)集成、處理、故障診斷、管理等功能;（2）具有對采煤機、刮板機頭、刮板機尾、轉(zhuǎn)載點視頻實時監(jiān)視功能;（3）具有井上數(shù)據(jù)傳輸功能，通過井下工業(yè)環(huán)網(wǎng)，將井下數(shù)據(jù)上傳至地面控制中心;（4）實現(xiàn)綜采工作面采煤設(shè)備的集中控制，實現(xiàn)對采煤機、電液控制系統(tǒng)、刮板輸送機、破碎機和轉(zhuǎn)載機、皮帶運輸機、泵站系統(tǒng)、供電系統(tǒng)以及視頻系統(tǒng)的相互自動聯(lián)鎖控制;（5）通過采集刮板機、破碎機和轉(zhuǎn)載機、皮帶運輸機的運行負荷數(shù)據(jù)，自動調(diào)節(jié)采煤機的牽引速度，控制采煤量，實現(xiàn)系統(tǒng)負荷均衡調(diào)節(jié)。

2.3.2采煤機及系統(tǒng)功能

采煤機順槽計算機接入到綜合自動化平臺，實現(xiàn)采煤機狀態(tài)實時顯示、遠程控制、綜采設(shè)備聯(lián)動、記憶割煤、狀態(tài)數(shù)據(jù)分析和評估，實現(xiàn)采煤機智能化控制。

（1）遠程控制功能?？刂乒δ馨ǎ航馗羁刂?、牽引控制、搖臂升降控制等，為保證控制指令及時有效，控制延時時間不超過200ms。

（2）數(shù)據(jù)監(jiān)測功能。采煤機運行狀態(tài)包括：各電機電流、溫度，牽引速度，瓦斯?jié)舛?、油箱油溫、油位?采煤機姿態(tài)信息包括：采高、臥底、工作面位置，機身傾角、仰俯角。

（3）記憶切割功能。記憶截割功能應可以實現(xiàn)牽引速度與采高控制自適應調(diào)節(jié)，實現(xiàn)高精度自動記憶截割。

（4）載荷聯(lián)動功能。采煤機與刮板運輸系統(tǒng)具備載荷聯(lián)動功能，當負荷較大時，集控系統(tǒng)將自動減慢采煤機的牽引速度，減少煤量。

（5）采煤機與支架防干涉功能。通過電液控系統(tǒng)實時監(jiān)測護幫板狀態(tài)（支護壓力和收回狀態(tài)），通過預警和報警機制，防止采煤機和支架產(chǎn)生干涉。

（6）采煤機與支架互鎖功能。通過監(jiān)測支架傳感器的數(shù)據(jù)，分析支架的狀態(tài)，實現(xiàn)支架與采煤機互鎖。

（7）采煤機發(fā)生異常情況后的自我保護性停機及系統(tǒng)停機功能。

（8）自動截割三角煤功能。集控中心滿足不同工作面的采煤工藝要求，實現(xiàn)自動截割三角煤功能;相應參數(shù)可以根據(jù)現(xiàn)場要求進行修改、配置[1]。

2.3.3支架電液控系統(tǒng)及功能

電液控制系統(tǒng)的組成：工作面電液控制系統(tǒng)、紅外線煤機位置監(jiān)測系統(tǒng)、支架遙控操作系統(tǒng)。

工作面電液控制系統(tǒng)主要包括支架控制器、電液控換向主閥、隔爆兼本安電源、隔離器、壓力傳感器、行程傳感器等及各類連接電纜;紅外線煤機位置監(jiān)測系統(tǒng)主要包括：紅外線發(fā)射器、紅外線接收傳感器及連接電纜等[2]。

2.3.4運輸控制系統(tǒng)及功能

（1）通過與運輸系統(tǒng)建立通訊，實現(xiàn)集控中心對運輸系統(tǒng)的順序啟停;（2）實現(xiàn)綜采工作面刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機和皮帶運輸機運行的聯(lián)鎖協(xié)調(diào)自動控制;（3）監(jiān)控設(shè)備的實時狀態(tài)，實現(xiàn)綜采工作面運輸系統(tǒng)報警、預警功能。

2.3.5供配電及監(jiān)控系統(tǒng)

供配電監(jiān)控系統(tǒng)主要是通過與工作面的組合開關(guān)、饋電開關(guān)、照明綜保等電力設(shè)備通過RS485或者以太網(wǎng)進行通訊，實現(xiàn)對工作面相應供配電設(shè)備的遠程分合閘、狀態(tài)監(jiān)測、故障告警、健康預判，為工作面自動化采煤提供動力保障。

2.3.6泵站監(jiān)控系統(tǒng)

（1）泵站控制系統(tǒng)與集控系統(tǒng)采用RS485，ModbusRTU協(xié)議雙向通訊，實現(xiàn)遠程監(jiān)視和控制;（2）實現(xiàn)泵站聯(lián)動啟動、泵站聯(lián)動停止以及泵站系統(tǒng)急停功能;（3）實現(xiàn)泵站循環(huán)啟動功能，能夠根據(jù)系統(tǒng)壓力、用液量多少自動控制啟停泵站的數(shù)量;（4）系統(tǒng)具備爆管保護功能及泵站吸空保護功能;（5）系統(tǒng)配備水處理系統(tǒng)、自動反沖洗高壓過濾站、自動反沖洗回液過濾站組成的多級過濾系統(tǒng)，系統(tǒng)根據(jù)監(jiān)測的實時壓力，自動對過濾站進行反沖洗。

2.3.7視頻監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)由采面視頻（含照明）、巷道視頻和照明以及視頻傳輸網(wǎng)絡（以太網(wǎng)組成）。系統(tǒng)組成說明：（1）每隔兩臺支架安裝一個正對煤壁的視頻（含照明）設(shè)備;（2）每隔6臺安裝一個沿溜子的視頻（含照明）設(shè)備;（3）在巷道機頭、巷道機尾、各搭接點安裝一個視頻照明設(shè)備;（4）在工作面安裝2個交換機組成環(huán)網(wǎng)。

2.3.8地面監(jiān)控系統(tǒng)

地面監(jiān)控系統(tǒng)包括：視頻主機、礦壓分析主機、數(shù)據(jù)處理主機（采煤機、刮板機、皮帶機、泵站、供電系統(tǒng)等的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)）數(shù)據(jù)服務器、客戶端系統(tǒng)組成，完成對各設(shè)備的監(jiān)控、控制以及故障診斷。

3智能化開采中的創(chuàng)新與實踐

3.1更換位移傳感器

通過對井下生產(chǎn)實際調(diào)研和科學的理論計算，使用時間參數(shù)控制護幫板和伸縮梁動作，解決了拉線式傳感器在生產(chǎn)過程中易損壞導致數(shù)據(jù)傳輸中斷的難題。

3.2實現(xiàn)自動跟機帶壓擦頂移架

針對傳統(tǒng)人工拉架不能完全做到帶壓擦頂移架問題，楊柳煤業(yè)多次與廠家技術(shù)人員積極溝通，不斷優(yōu)化支架移架程序，最終工作面所有地段實現(xiàn)了支架自動帶壓跟機擦頂移架，有效提高了工作面回采安全系數(shù)。

3.3視頻網(wǎng)絡優(yōu)化

1075工作面共有76個視頻，采用交換機級聯(lián)方式網(wǎng)絡總線負荷較大，易出現(xiàn)視頻掉線和卡頓情況。針對該問題，對視頻網(wǎng)絡進行優(yōu)化，建立視頻服務器，客戶端訪問視頻均對視頻服務器訪問，避免了直接訪問攝像儀，視頻監(jiān)控系統(tǒng)的穩(wěn)定性得到顯著提高。

3.4做好水質(zhì)管理

組織安裝清水過濾站、自動反沖洗高壓過濾站、自動反沖洗高壓過濾器、回液過濾站，有效提高了元件的可靠性，同時為工作面實現(xiàn)智能化開采提供了有力保障。

4取得的成績

（1）安全和勞動環(huán)境得到改善。操作人員遠程操作，實現(xiàn)了本質(zhì)安全的目的。同時可有效避免粉塵傷害，有利于職工身體健康;（2）職工勞動強度大大降低;（3）通過智能化綜采工藝的應用，可以實現(xiàn)崗位優(yōu)化配置，生產(chǎn)效率顯著提高。原煤生產(chǎn)工效1025.6t/人，相比較以前，提高30%以上。區(qū)隊生產(chǎn)人員減少30%，節(jié)約人工的同時也大大提高了安全系數(shù);（4）對智能化開采技術(shù)方案進行全方位技術(shù)創(chuàng)新，各工藝流程實現(xiàn)了精準控制，優(yōu)化了三角煤開采工藝，更具有操作性。工作面工程質(zhì)量實現(xiàn)動態(tài)達標，綜采單產(chǎn)顯著提高。礦井安全、經(jīng)營效果得到顯著提升。

5下一步努力方向

5.1對智能化系統(tǒng)進行優(yōu)化，重點做好以下幾個方面

（1）支架護幫板和伸縮梁動作使用壓力傳感器控制，實現(xiàn)對支架伸縮梁和護幫板動作的精準控制;（2）電液控制系統(tǒng)進行模塊化設(shè)計做到全封閉管理，全面實現(xiàn)防水、防塵、防異物撞擊;（3）對機頭、機尾割三角煤工藝操作程序進行優(yōu)化，當生產(chǎn)過程中情況發(fā)生變化時，確保實現(xiàn)智能化操作和人工干預兩種模式隨意切換。

5.2推進科學發(fā)展，全面提升裝備水平

堅持科技創(chuàng)新，積極推廣使用新技術(shù)、新裝備，工作面裝備實現(xiàn)高可靠性、大功率、高工阻，為工作面安全高效回采提供裝備保障。在礦井完成生產(chǎn)任務的前提下，全面取消夜班，進一步提高職工幸福指數(shù)。

5.3打造集團公司智能化開采培訓基地

楊柳煤業(yè)在集團公司領(lǐng)導下智能化工作面建設(shè)取得了階段性的成功，下一步我們將繼續(xù)努力，在現(xiàn)有的基礎(chǔ)上不斷進步，努力打造一流的智能化建設(shè)礦井，同時建立一支素質(zhì)過硬、技術(shù)成熟的智能化綜采隊伍，培養(yǎng)和發(fā)掘技術(shù)人才，成立智能化開采的核心技術(shù)團隊，負責技術(shù)攻關(guān)和培訓授課，成為淮北中厚煤層復雜條件下技術(shù)服務和培訓基地。為淮北礦業(yè)的智能化建設(shè)推進工作添磚加瓦。

參考文獻

[1] 黃曾華，王峰，張守祥.智能化采煤系統(tǒng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)研究[J/OL].煤炭學報，2020（6）：1-14.

[2] 沈靜偉.綜掘工作面智能化開采技術(shù)的實踐[J].山東煤炭科技，2020（3）：174-176.