煤礦綜采自動化探討

李名劍

（吉利百礦集團(tuán)有限公司，廣西百色 533000）

0 引言

近年來，自動化技術(shù)和信息技術(shù)發(fā)展迅速，自動化作業(yè)基本上涉及各個領(lǐng)域。在煤礦開采領(lǐng)域，煤礦設(shè)備自動化技術(shù)越來越成熟，自動化采煤技術(shù)已經(jīng)進(jìn)入人們的視野。綜采工作面的作業(yè)環(huán)境極其惡劣復(fù)雜，工藝煩瑣，因此對該技術(shù)的要求非常高。在應(yīng)用這項(xiàng)技術(shù)時，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況加強(qiáng)對相關(guān)施工設(shè)備的檢查和監(jiān)督，保證設(shè)備的正常運(yùn)行，滿足相關(guān)煤礦開采標(biāo)準(zhǔn)。

1 綜采自動化采煤技術(shù)及其特點(diǎn)分析

在煤礦開采中，煤礦運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備是刮板輸送機(jī)，煤礦開采中使用的刮板輸送機(jī)設(shè)備大多為多電機(jī)橫向連接結(jié)構(gòu)，通過雙電纜供電支持其設(shè)備運(yùn)行。在設(shè)備運(yùn)行和使用過程中，可以通過計(jì)算機(jī)控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)，有效控制和管理機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行，從而完成煤礦開采中綜采工作面的自動化采掘、運(yùn)輸、清洗、電纜和管道鋪設(shè)。

結(jié)合綜采自動化設(shè)備在煤礦開采中的應(yīng)用，其主要特點(diǎn)可歸納總結(jié)為以下幾個方面：①綜采自動化設(shè)備中心架多為焊接框架結(jié)構(gòu)形式，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和剛度突出，可應(yīng)用于地質(zhì)條件復(fù)雜、環(huán)境惡劣的采煤環(huán)境，采礦應(yīng)用效果良好；②綜采自動化采煤設(shè)備搖臂與中心架連接，設(shè)備搖臂多采用懸掛鉸鏈技術(shù)連接固定，沒有回轉(zhuǎn)支承、齒輪結(jié)構(gòu)等常規(guī)設(shè)備部件。另外，綜采自動化設(shè)備搖臂的工作功率相對較高；③綜采自動化開采設(shè)備由計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)自動控制和操作。綜采工作面開采中的檢測數(shù)據(jù)非常準(zhǔn)確，設(shè)備工作速度更快；④綜采自動化采煤設(shè)備的整個系統(tǒng)組件可以拆卸，組件之間通過無鏈牽引裝置連接，通信傳輸?shù)姆€(wěn)定性也很好。

2 綜采自動化采煤技術(shù)應(yīng)用實(shí)踐分析

2.1 工作面基本情況

25D03 自動化工作面位于東懷煤礦二水平五采區(qū)D 煤層，煤層厚度 1.5～2.2m，平均厚度 1.8m，傾角 14°～16°，工作面長度200m，走向長度1200m，工作面頂?shù)装寰鶠槟鄮r。工作面瓦斯?jié)舛容^低，涌水量較少，無地質(zhì)構(gòu)造帶存在，受垂深溫度梯度的影響，分別在皮帶和軌道進(jìn)風(fēng)巷安裝了空冷器進(jìn)行機(jī)械制冷降溫。

2.2 煤礦綜采自動化系統(tǒng)及功能分析

百礦集團(tuán)領(lǐng)導(dǎo)進(jìn)行了多次檢查，經(jīng)過反復(fù)核實(shí)，最終確定“在實(shí)現(xiàn)綜采工作面單機(jī)設(shè)備自動化的基礎(chǔ)上，采用集中控制技術(shù)，多機(jī)聯(lián)動技術(shù)和自動控制技術(shù)”，通過地下監(jiān)控中心或調(diào)度指揮中心對綜采設(shè)備進(jìn)行集中自動控制，大大減少了人員現(xiàn)場作業(yè)，實(shí)現(xiàn)了“少人作業(yè)、少人則安”。降低安全管理風(fēng)險因素，提高安全生產(chǎn)管理水平。自動化工作面地面調(diào)度指揮中心配備4 臺監(jiān)測主機(jī)和兩臺操作臺，可實(shí)現(xiàn)地面調(diào)度中心對綜采工作面的設(shè)備控制進(jìn)行遠(yuǎn)程割煤。

2.2.1 四臺監(jiān)測主機(jī)的功能分別為

（1）支架電液控主機(jī)—用于工作面支架狀況監(jiān)測。

（2）支架視頻主機(jī)—用于支架視頻實(shí)時監(jiān)測。

（3）煤壁視頻主機(jī)—用于煤壁視頻實(shí)時監(jiān)測。

（4）自動化主機(jī)—用于自動化工作面設(shè)備運(yùn)行狀況實(shí)時監(jiān)測，其中采煤機(jī)頁面實(shí)時顯示滾筒高度等信息，用于輔助采煤機(jī)的實(shí)時控制。

2.2.2 兩臺操作臺的功能分別為

（1）支架操作臺—用于結(jié)合電控主機(jī)和支架視頻對工作面支架進(jìn)行控制。

（2）主控操作臺—用于結(jié)合煤壁視頻主機(jī)和自動化主機(jī)對工作面綜采設(shè)備的控制及采煤機(jī)的遠(yuǎn)程割煤控制。該主控操作臺不僅可以單獨(dú)控制泵站、皮帶、轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板機(jī)等設(shè)備的啟停，同時具有“一鍵啟?！弊詣踊O(shè)備的高級控制，“一鍵啟?！痹O(shè)備主要包括乳化泵、順槽皮帶機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板機(jī)、采煤機(jī)、支架自動跟機(jī)。且設(shè)備運(yùn)行的所有信息均在自動化主機(jī)上實(shí)時顯示，同時結(jié)合設(shè)備運(yùn)行信息及視頻監(jiān)測便可通過操作臺人工干預(yù)手段對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)搖臂的調(diào)整、速度的加減、液壓支架的操作等。

2.2.3 工作面各子系統(tǒng)的功能

（1）液壓系統(tǒng)的自動控制。針對液壓支架的自動控制，其主要原理是采集采煤機(jī)的信號，可實(shí)現(xiàn)成組程序自動控制，包括成組自動移架、成組自動推溜、成組自動噴霧。在實(shí)際操作中，通過確定采煤機(jī)的位置，在此基礎(chǔ)上推、滑、移，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)液壓支架的移動能力。在具體操作期間，采煤機(jī)將配備相應(yīng)的紅外發(fā)射裝置。液壓支架控制設(shè)備通過發(fā)射紅外信號接收信號，然后通過控制中心釋放運(yùn)動動作信號，可與工作面采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)合自動動作，支架能滿足與采煤機(jī)、刮板機(jī)在工作面進(jìn)行自動割煤要求。此時，電液控制系統(tǒng)將根據(jù)相應(yīng)的移動指令移動液壓支架。通常情況下，企業(yè)會使用PM4 控制器進(jìn)行電液控制系統(tǒng)的應(yīng)用。

在本項(xiàng)目的液壓系統(tǒng)中，還具有以下功能：①檢測立柱的工作壓力、推移千斤頂?shù)男谐獭⒚簷C(jī)的位置、方向，在井下順槽控制主機(jī)上能夠?qū)ι鲜鲂畔⑦M(jìn)行顯示和存儲，能將數(shù)據(jù)傳輸至地面調(diào)度中心并顯示；②電液控制系統(tǒng)設(shè)有聲音報警、急停、本架閉鎖及故障自診斷顯示功能，并能方便地進(jìn)行人工手動操作，能夠在線進(jìn)行參數(shù)調(diào)整設(shè)定；③能夠?qū)崿F(xiàn)任意截深自動推溜；④電液控制系統(tǒng)為非主—從機(jī)型，當(dāng)工作面控制系統(tǒng)與順槽控制主機(jī)斷開后，仍能完成各種操作功能和操作模式設(shè)置；⑤支架電液控制系統(tǒng)本身信息及需要上傳的其他綜采設(shè)備信息能夠通過井上下數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)上傳到地面并在井下和井上計(jì)算機(jī)上顯示，可接入到礦井自動化系統(tǒng)；⑥系統(tǒng)主供液管路在進(jìn)入工作面前設(shè)有自動反沖洗高壓過濾站，能夠?qū)崿F(xiàn)定時自動反沖洗、根據(jù)進(jìn)出口壓差自動反沖洗及順序反沖洗濾芯功能；具有反沖洗液體回收功能。

（2）采煤機(jī)的自動控制系統(tǒng)。針對綜采工作面的運(yùn)行，采煤機(jī)的運(yùn)行依賴于自動化技術(shù)的應(yīng)用，通過預(yù)先設(shè)置采煤機(jī)的參數(shù)，可以保證采煤機(jī)在運(yùn)行過程中的自動化運(yùn)行。采煤機(jī)的自動控制主要包括滾筒控制和牽引控制，采煤機(jī)實(shí)時檢測液壓系統(tǒng)備壓壓力、油箱油位、搖臂、牽引部、油箱溫度、采煤機(jī)的仰俯角度等，并提供報警、保護(hù)。在實(shí)際采煤期間，如果采煤機(jī)用第一刀割煤，采煤機(jī)會對技術(shù)參數(shù)進(jìn)行存儲和調(diào)整，然后與后續(xù)作業(yè)的參數(shù)進(jìn)行分析比較，從而對技術(shù)參數(shù)進(jìn)行限制和控制，將煤塊切割成規(guī)定的存儲尺寸。

（3）轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板機(jī)自動控制系統(tǒng)的功能。①刮板運(yùn)輸機(jī)驅(qū)動部的減速器和電動機(jī)配備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控裝置。減速器測點(diǎn)包括潤滑油油溫、油位，高速軸軸承溫度、冷卻水水溫、流量、壓力；電動機(jī)測點(diǎn)包括電機(jī)前后軸承溫度，實(shí)現(xiàn)對減速器、電動機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測、監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳；②轉(zhuǎn)載機(jī)驅(qū)動部的電動機(jī)配備運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)控裝置。減速器測點(diǎn)包括潤滑油油溫、油位，高速軸軸承溫度、冷卻水水溫、流量、壓力；電動機(jī)測點(diǎn)包括電機(jī)前后軸承溫度，實(shí)現(xiàn)對電動機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時監(jiān)測、監(jiān)控，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳；③檢測轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板機(jī)機(jī)頭和機(jī)尾電流；④具備聯(lián)鎖功能，當(dāng)轉(zhuǎn)載機(jī)停機(jī)時刮板機(jī)自動停機(jī)。

（4）皮帶機(jī)自動控制系統(tǒng)的功能。①系統(tǒng)具有多種控制方式。系統(tǒng)具有遠(yuǎn)控、自動、檢修、點(diǎn)動等多種控制方式；②膠帶機(jī)保護(hù)功能：系統(tǒng)在膠帶機(jī)發(fā)生打滑、堆煤、跑偏、超溫、煙霧、撕裂等故障時急停膠帶機(jī)；當(dāng)發(fā)生超溫、煙霧時灑水動作；③沿線急停功能：當(dāng)沿線急停閉鎖開關(guān)動作時急停膠帶機(jī)；④可實(shí)現(xiàn)控制機(jī)與沿線，沿線各擴(kuò)音電話間的語音擴(kuò)播、聯(lián)絡(luò)打點(diǎn)功能。擴(kuò)音響度不小于100dB；⑤被控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)圖文顯示；具有膠帶機(jī)跑偏、縱撕、超溫、打滑、煙霧、堆煤等故障信號的顯示和報警功能；沿線閉鎖位置顯示；沿線電纜斷路檢測及斷路位置顯示。

（5）語音控制系統(tǒng)的功能。①系統(tǒng)具有多種控制方式。系統(tǒng)具有遠(yuǎn)控、自動、檢修、點(diǎn)動等多種控制方式；②設(shè)備啟停控制?？稍诳刂茩C(jī)上對工作面轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)等設(shè)備啟、?？刂?；③可在擴(kuò)音電話上實(shí)現(xiàn)對工作面轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)就地啟?？刂疲虎芄ぷ髅嫜鼐€對被控設(shè)備的急停閉鎖；⑤轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)設(shè)備啟動預(yù)警；⑥可實(shí)現(xiàn)控制機(jī)與沿線，沿線各擴(kuò)音電話間的語音擴(kuò)播、聯(lián)絡(luò)打點(diǎn)功能。擴(kuò)音響度不小于100dB；⑦停電后擴(kuò)音電話可正常通話（4h）；⑧被控設(shè)備開機(jī)率統(tǒng)計(jì)及顯示；被控設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)圖文顯示；沿線閉鎖位置顯示；沿線電纜斷路檢測及斷路位置顯示。

（6）視頻監(jiān)測系統(tǒng)的功能。①具有工作面視頻系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對監(jiān)控中心、液壓泵站、皮帶機(jī)、液壓支架、采煤機(jī)、刮板機(jī)機(jī)頭和機(jī)尾進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控功能；②具有跟機(jī)功能，當(dāng)采煤機(jī)行走時，煤壁攝像儀會自動切換到采煤機(jī)位置；③具有跟架功能，當(dāng)選擇某一個支架，準(zhǔn)備操作時，支架攝像儀會自動切換到選中支架畫面。

3 結(jié)束語

采用自動化煤礦綜采技術(shù)，與普通的綜采工作面相比，大大減少了自動化工作面的工作人員數(shù)量，提高了工地的安全系數(shù)，顯著提高了勞動效率，經(jīng)濟(jì)效益顯著，取得了較好的效果。主要問題是自動化工作面臨井下現(xiàn)場條件和操作人員技能水平以及設(shè)備維護(hù)高質(zhì)量的高要求，我們需要繼續(xù)提高管理水平和技術(shù)水平。