薄煤層綜采工作面智能化開采技術研究

王晉強

（晉能控股煤業(yè)集團沁秀公司岳城煤礦，山西 晉城 048006）

引言

目前薄煤層智能化開采工藝較多，較為常見的是基于滾筒采煤機、刮板輸送機和液壓支架配套的長壁式開采，該類工藝對地質條件適應能力強，對構造較多的工作面具有普遍適用性[1]；此外還有基于刨煤機、刮板輸送機和液壓支架配套的刨煤機綜采機組和基于螺旋鉆機機組、刮板輸送機和液壓支架配套的螺旋鉆機機組，該工藝工作安全、塊煤率高，但抗干擾性能和自動化程度較低，實際生產時應根據現場情況靈活配套使用[2]。

1 A 礦9 號煤層概況

A 礦9 號煤層為薄煤層，厚度為0.6～1.6 m，平均厚度為1.14 m，94316 綜采工作面走向長1 540 m，傾向長133.5 m，工作面煤層傾角為2°～15°，煤層平均厚度1.1 m，可采儲量33 萬t。工作面配套設備包括1 部型號為MG2×200/930-WD1 的長臂采煤機，1 部型號為SGZ764/400 的刮板運輸機，1 部型號為SZZ-764/132 的轉載機，1 部PLM1000 破碎機和2 部DSP-1063/1000 皮帶機。

目前液壓支架仍由人工在工作面內通過手動方式操作控制器和主閥進行移架、推溜等。受9 號煤開采工藝影響，現場存在開采環(huán)境空間狹小、設備安裝操作難度大、工作人員勞動強度大的問題。

2 研究方案

通過建立集通信網絡、視頻監(jiān)視和遠程操作于一體的集中監(jiān)控平臺，實時掌握工作面情況，實現對綜合機械化采煤工作面設備的協(xié)調管理與集中控制，達到降低工人勞動強度，確保礦井安全高效生產的目的。

3 系統(tǒng)設計

方案技術路線如圖1 所示。通過前期調研，根據礦方需求，該系統(tǒng)方案設計主要包括九大子系統(tǒng)，分別是地面遠程監(jiān)控系統(tǒng)、綜采工作面順槽控制中心、液壓支架電液控制系統(tǒng)、慣性導航系統(tǒng)、采煤機集控系統(tǒng)、三機和順槽皮帶機控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、工作面人員定位系統(tǒng)及供電系統(tǒng)。

圖1 技術路線示意圖

3.1 地面遠程監(jiān)控系統(tǒng)

遠程監(jiān)控系統(tǒng)布置如圖2 所示。系統(tǒng)采用由綜采工作面液壓支架控制器組成的綜采工作面以太網傳輸平臺，將綜采工作面各子系統(tǒng)采用以太網接入到順槽控制室內的工控自動化平臺，經礦井環(huán)網上傳到地面調度中心，工控平臺采用vistwo 軟件平臺，具有單設備遠程啟停功能、工作面設備間的聯動及人機間聯動，同時能夠實時監(jiān)測所有設備運行和人員位置狀態(tài)、顯示工作面及順槽視頻、按程序運行和協(xié)調所有設備動作。

圖2 地面遠程監(jiān)控中心設備布置圖

3.2 順槽控制中心系統(tǒng)

通過服務器、交換機、信號轉換器，構建一個統(tǒng)一開放的工作面百兆以太網。接入不同廠家設備，實現工作面設備信息匯集，滿足工作面視頻、監(jiān)控數據等傳輸要求。工控平臺采用vistwo 軟件平臺，能夠將工作面各設備、人員位置信息、工作面視頻經過數據傳輸平臺接入到工控平臺，實現單設備控制功能、系統(tǒng)聯動控制功能，可以對工作面內任意設備進行遠程控制。系統(tǒng)聯動控制功能應包含設備間聯動和設備人員間聯動。

3.3 液壓支架電液控制系統(tǒng)

電液控制系統(tǒng)架構如圖3 所示。電液控制系統(tǒng)在工作面智能化系統(tǒng)中執(zhí)行控制液壓支架的功能，同時承擔著工作面數據傳輸平臺的功能，實現工作面支架就地控制、集中控制、遠程控制及數據上傳。電液控制系統(tǒng)采用以太網控制方式，通過傳感器來確定液壓支架的狀態(tài)，通過控制液壓主閥來執(zhí)行單架動作或成組動作。電液控制系統(tǒng)要能夠顯示液壓支架和電液控制系統(tǒng)的運行狀態(tài)，包含立柱壓力、推移行程、正在運行的動作、煤機位置和方向等。

圖3 電液控制系統(tǒng)

3.4 采煤機控制系統(tǒng)

采煤機通信控制系統(tǒng)主要分為采煤機自身控制功能及遠程通信控制功能兩部分，其中采煤機自身控制功能由采煤機廠家提供，遠程通信控制主要通過采煤機載波電纜將數據傳輸到采煤機順槽監(jiān)控計算機上，然后工控平臺通過RS485 通信接口訪問采煤機順槽監(jiān)控計算機，從而實現遠程對采煤機運行狀態(tài)的監(jiān)測和控制。

3.5 慣性導航系統(tǒng)

在采煤機上安裝一套慣性導航系統(tǒng)，工控平臺通過慣性導航系統(tǒng)可以計算出刮板運輸機的位置曲線，實現工作面平直控制和智能推進。采煤機通過安裝高精度陀螺儀設備實現對采煤機位置、姿態(tài)的準確監(jiān)測，描繪出采煤機沿工作面方向及工作面推進方向的曲線數據，實現對工作面刮板運輸機直線度監(jiān)測，滿足工作面直線度控制的目的；由安裝在采煤機上的高精度陀螺儀通過RIFD 射頻發(fā)射器將數據傳輸給液壓支架的控制器，再通過以太網傳輸到工控平臺，并由工控平臺進行協(xié)調控制，將需調整數據發(fā)送給液壓支架電液控制系統(tǒng)，由電液控制系統(tǒng)對刮板運輸機進行調整，實現對工作面直線度的控制。

4 現場應用效果分析

本項目在A 礦94316 綜采工作面進行了為期4個月的工業(yè)性試驗，試驗結果表明：工作面采用智能化開采后，三八制每班可回采5 刀左右，工作效率提升25%；工作面不再安排直接人員，僅保留2 名巡視人員和2 名遠程操作人員，直接生產工效165.4 t/工，有效降低了工人勞動強度，提升了現場工作效率。此外，現場工業(yè)性試驗中還存在傳感器工作不穩(wěn)定維護工作量大、現場數據量大錯誤數據較多等問題，應在后續(xù)研究中不斷改進，提示系統(tǒng)可靠性。