智能化綜掘工作面裝備配套與應(yīng)用研究

王鵬飛

（山西沁新煤業(yè)有限公司新源煤礦，山西 長(zhǎng)治 046500）

1 工程概況

山西沁新煤業(yè)有限公司新源煤礦以往綜掘工作面全部采用EBZ-132型掘進(jìn)機(jī)，配備可伸縮皮帶輸送機(jī)進(jìn)行截割、轉(zhuǎn)載、運(yùn)輸連續(xù)性作業(yè)線掘進(jìn)作業(yè)，全斷面跟頂跟底掘進(jìn)，一掘一支的作業(yè)方式，循環(huán)進(jìn)度2.4 m；截割時(shí)先從底部切割掏窩槽，然后按照設(shè)定的截割程序進(jìn)行截割；采用掘進(jìn)機(jī)裝煤，通過二運(yùn)皮帶運(yùn)至膠運(yùn)順槽皮帶，再轉(zhuǎn)運(yùn)至采區(qū)輸送機(jī)山下皮帶。

該掘進(jìn)工藝在實(shí)踐過程中問題頗多，主要表現(xiàn)在：（1）在迎頭操作掘進(jìn)機(jī)作業(yè)，存在安全隱患；（2）集中控制的帶式輸送機(jī)需要人工清理於堵煤矸；（3）掘進(jìn)機(jī)截割期間需要在掘進(jìn)機(jī)和各帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)安排專人專崗；（4）掘進(jìn)作業(yè)期間，自動(dòng)化程度不高，工作勞動(dòng)強(qiáng)度大。針對(duì)新源煤礦復(fù)雜的地質(zhì)條件，必須提升綜掘工作面裝備的水平，將智能化理念應(yīng)用到掘進(jìn)開采中來，進(jìn)一步優(yōu)化掘進(jìn)工藝，從而實(shí)現(xiàn)智能化綜掘工作面的開采與應(yīng)用。

2 智能化綜掘工作面配套設(shè)備的應(yīng)用

在12212機(jī)巷進(jìn)行智能化綜掘工作面配套設(shè)備的應(yīng)用試驗(yàn)。12212機(jī)巷為半煤巖巷道，斷面尺寸寬×高=5.0 m×3.0 m。通過山東兗州煤業(yè)股份有限公司濟(jì)寧三號(hào)煤礦的技術(shù)引進(jìn)，結(jié)合新源煤礦的地質(zhì)實(shí)況，形成了EBZ200綜掘機(jī)+遠(yuǎn)程遙控截割系統(tǒng)+齒輥式破碎機(jī)+1 m寬帶式輸送機(jī)+集控中心+負(fù)荷中心等為配套的智能化綜掘系統(tǒng)裝備。

2.1 智能化掘進(jìn)機(jī)

12212機(jī)巷安裝了EBZ200新型智能化綜掘機(jī)，配置ZZK127-2型工作面自動(dòng)化裝置。技術(shù)參數(shù)：機(jī)身外形尺寸為11 900 mm×2620 mm×2120 mm，爬坡能力±18°，總重85 t，裝機(jī)總功率392 kW，最大截割硬度100 MPa，最大定位截割寬度6.2 m。

EBZ200綜掘機(jī)在智能化方面新增遠(yuǎn)程遙控功能、故障健康診斷功能、數(shù)據(jù)上傳功能，實(shí)現(xiàn)了綜掘設(shè)備遠(yuǎn)程操作和數(shù)據(jù)上傳，遙控距離可達(dá)50～100 m，為智能化綜掘工作面的建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

EBZ200綜掘機(jī)在安全性方面新增芯片感應(yīng)防人員接近系統(tǒng)，當(dāng)設(shè)備正常工作時(shí)，設(shè)備邊緣1～3 m范圍內(nèi)如有非作業(yè)人員接近，設(shè)備會(huì)連續(xù)報(bào)警，提示操作人員注意安全，小于1 m時(shí)設(shè)備立即停機(jī)；新增行走和后退聲光語音報(bào)警系統(tǒng)，設(shè)備前進(jìn)時(shí)后燈紅色指示，設(shè)備后退時(shí)后燈用作照明；新增檢修模式下只能用液壓泵啟動(dòng)功能，減少了因誤操作啟動(dòng)截割頭傷人的危險(xiǎn)；新增駕駛室門和開關(guān)門閉鎖裝置，當(dāng)駕駛員打開駕駛室和打開開關(guān)蓋時(shí)停電閉鎖；新增人員檢修與操作位置防滑設(shè)計(jì)和操作手柄分功能不同顏色設(shè)計(jì)，同時(shí)在機(jī)身兩側(cè)、前后增加急停按鈕，在駕駛室內(nèi)和手持遙控器上各增加一處急停按鈕，無論在設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)中，還是在移機(jī)時(shí)均提高了安全性。

2.2 帶式輸送機(jī)可視化集控系統(tǒng)

12212機(jī)巷設(shè)計(jì)采用DSJ100/63/2×110型帶式輸送機(jī)，設(shè)備參數(shù)：帶寬為1000 mm；帶速為2 m/s；將以往0.8 m寬帶式輸送機(jī)調(diào)整為1 m寬的DSJ100/63/2×110型帶式輸送機(jī)；最大運(yùn)距為2000 m；電機(jī)功率220 kW。帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)全部采用封閉式擋煤板和順煤板，過煤寬度設(shè)置為0.7 m。

針對(duì)巷道4部帶式輸送機(jī)設(shè)備，基于ZZK127-2型自動(dòng)控制裝置，布置安裝了帶式輸送機(jī)可視化集控系統(tǒng)。在每部帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)安設(shè)有高清夜視攝像頭，將采集到的帶式輸送機(jī)運(yùn)行參數(shù)通過監(jiān)控主機(jī)傳輸?shù)绞殖忠苿?dòng)終端。帶式輸送機(jī)可視化集控系統(tǒng)應(yīng)用后，工作人員在地面控制中心的監(jiān)控主機(jī)上就可以查看12212機(jī)巷各轉(zhuǎn)載點(diǎn)的實(shí)時(shí)影像，針對(duì)出現(xiàn)的異常情況可以及時(shí)地進(jìn)行處理；井下巡檢人員利用手持移動(dòng)終端可對(duì)12212機(jī)巷各視頻監(jiān)控崗點(diǎn)進(jìn)行監(jiān)控，針對(duì)異常情況可以及時(shí)進(jìn)行處理。

1 m帶寬帶式輸送機(jī)的應(yīng)用有效地解決了12212機(jī)巷長(zhǎng)距離運(yùn)輸皮帶灑煤、漏煤現(xiàn)象，帶式輸送機(jī)可視化集控系統(tǒng)應(yīng)用后只需要1名巡檢人員即可完成該巷道帶式輸送機(jī)轉(zhuǎn)載點(diǎn)的巡檢工作，減員增效效果顯著。

2.3 齒輥式破碎機(jī)

針對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)大塊煤及矸石卡堵問題，通過布置齒輥式破碎機(jī)進(jìn)行破碎的方案進(jìn)行解決。在12212機(jī)巷第4部帶式輸送機(jī)機(jī)尾區(qū)域加工重型承載段，布置安裝1臺(tái)2PLF90/250型齒輥式分布式破碎機(jī)，并接入到第5部帶式輸送機(jī)機(jī)頭位置。煤料從第5部帶式輸送機(jī)機(jī)頭落煤到破碎機(jī)上進(jìn)行封閉破碎作業(yè)，降低大塊煤及矸石粒度至0.2 m以下。齒輥式破碎機(jī)的應(yīng)用有效地解決了運(yùn)輸系統(tǒng)大塊煤及矸石卡堵問題，設(shè)備由集控中心控制，設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定，自動(dòng)化程度高。

2.4 集中控制中心

工作面綜掘機(jī)遠(yuǎn)程遙控截割系統(tǒng)和帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)合并布置。集中控制中心布置在12212機(jī)巷帶式輸送機(jī)機(jī)頭處，主要由監(jiān)控室、塔式主機(jī)、無線基站、電源、攝像儀等部分組成。監(jiān)控室用來控制設(shè)備系統(tǒng)，塔式主機(jī)用于系統(tǒng)數(shù)據(jù)集成，無線基站用于工作面視頻及無線設(shè)備的連接和數(shù)據(jù)采集，電源用于無線基站及設(shè)備供電，攝像儀實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備運(yùn)行的圖像采集。

集中控制中心的建立，可以對(duì)12212機(jī)巷實(shí)現(xiàn)綜掘機(jī)、帶式輸送機(jī)、破碎機(jī)等設(shè)備的可視化、自動(dòng)化集中控制；進(jìn)行設(shè)備啟停、綜掘機(jī)截割等操作；可以對(duì)巷道多個(gè)工作崗位進(jìn)行合并，減少12212機(jī)巷掘進(jìn)作業(yè)時(shí)的工作人員；進(jìn)一步提高掘進(jìn)設(shè)備的智能化和自動(dòng)化程度。

3 智能化減員增效設(shè)備

3.1 CMM2-25型液壓兩臂錨桿鉆車

采用CMM2-25型液壓兩臂錨桿鉆車，該機(jī)與掘進(jìn)機(jī)、鉆裝機(jī)組配套使用，能快速完成支護(hù)工作，實(shí)現(xiàn)作業(yè)平衡，有效提高了巷道支護(hù)作業(yè)的智能化和機(jī)械化。CMM2-25型液壓兩臂錨桿鉆車具有以下特點(diǎn)：（1）整機(jī)為模塊化設(shè)計(jì)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速組裝及維修；（2）鉆車操作簡(jiǎn)單，兩個(gè)鉆臂僅需2人即可完成所有鉆進(jìn)錨固作業(yè)；（3）操作臺(tái)及人工平臺(tái)具有升降功能，解決了高方位孔的施工作業(yè)困難的問題；（4）通過頂緊裝置進(jìn)行鉆車穩(wěn)固，保證工作時(shí)鉆車的穩(wěn)定性，保證了人員的安全；（5）伸縮鉆臂可實(shí)現(xiàn)前后自由伸縮，具有跨皮帶錨固作業(yè)的功能。

12212機(jī)巷應(yīng)用CMM2-25型液壓兩臂錨桿鉆車后，鉆進(jìn)平均速度提高到1.25 m/min，掘進(jìn)迎頭支護(hù)效率提高了35%左右，每班施工人員由8人減少至5人，減員增效效果顯著。

3.2 膠運(yùn)順槽車

12212機(jī)巷選用WC8E（B）型防爆順槽車，用來運(yùn)輸重量小于8 t的小型設(shè)備和材料到掘進(jìn)迎頭。WC8E（B）型防爆順槽車參數(shù)：整機(jī)質(zhì)量10 000 kg，最大牽引力70 kW，最大縱橫向爬坡度14°，最大舉升角度45°，最大舉升高度3650 mm。

12212機(jī)巷應(yīng)用WC8E（B）型防爆順槽車每天一車即可完成工作面一天10 m進(jìn)尺的支護(hù)材料用量，對(duì)比以往采用帶式輸送機(jī)運(yùn)輸掘進(jìn)支護(hù)材料，可減少3名輔助運(yùn)輸工人，減員增效效果顯著。

4 應(yīng)用效果分析

（1）減員增效效果明顯。智能化綜掘裝備的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了掘進(jìn)作業(yè)中多崗合一，巷道作業(yè)工作人員大幅度減少，每班只需要6人即可完成正常生產(chǎn)。

（2）有效降低了工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度。2PLF90/250型齒輥式分布式破碎機(jī)、CMM2-25型液壓兩臂錨桿鉆車等設(shè)備的應(yīng)用，使得掘進(jìn)作業(yè)中的智能化和自動(dòng)化程度大幅度提高，工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度大幅度降低。

（3）掘進(jìn)安全系數(shù)提高。綜掘機(jī)遠(yuǎn)程遙控進(jìn)行截割作業(yè)，破碎機(jī)對(duì)大塊煤及矸石的破碎作業(yè)，操作液壓兩臂錨桿鉆車，都使得掘進(jìn)工序中無人或少人，減少了掘進(jìn)作業(yè)中的安全隱患點(diǎn)，掘進(jìn)作業(yè)安全系數(shù)提高。

（4）大幅度改善作業(yè)環(huán)境。智能化綜掘裝備的應(yīng)用，使得工作人員可以遠(yuǎn)離高煤塵和高噪音工作環(huán)境，有效提高了職工作業(yè)環(huán)境舒適度。