復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層智能綜采技術(shù)的研究應(yīng)用

周長青 張恒春

摘 要：首先闡述了智能綜采技術(shù)的實(shí)施背景，分析了智能綜采技術(shù)的實(shí)施特點(diǎn)。以白莊煤礦9802綜采工作面為例，研究了集控功能、監(jiān)測功能和支撐體系建立三方面的實(shí)現(xiàn)過程，總結(jié)了智能綜采技術(shù)的經(jīng)濟(jì)和社會效益，對于礦井生產(chǎn)自動化水平的提升及智慧化礦山建設(shè)具有重要的實(shí)踐意義。

關(guān)鍵詞：復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層;智能綜采;工作面集控中心

1 技術(shù)實(shí)施背景

白莊煤礦自1971年建井投產(chǎn)至今面臨的問題不斷增多，其根本問題在于成本不斷上升，利潤持續(xù)下滑，經(jīng)橫縱向?qū)Ρ确治?，礦井機(jī)械化程度仍處于相對較低的水平，自動化裝備投入不足是主要原因之一。基于該實(shí)際情況，復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層無人智能綜采技術(shù)的研究與應(yīng)用項(xiàng)目于2018年初應(yīng)運(yùn)而生。通過外出調(diào)研、實(shí)地考察、技術(shù)論證，我集團(tuán)公司從技術(shù)層面一致認(rèn)為，薄煤層自動化綜采裝備、工藝的適用條件和使用前景符合肥礦集團(tuán)實(shí)際，白莊煤礦具有與棗礦集團(tuán)濱湖煤礦相似的煤層條件，同意在9800、9100、9900采區(qū)等下組煤采區(qū)實(shí)施無人智能自動化綜采工藝。

2 特點(diǎn)分析

2.1? ? 煤層特點(diǎn)

該區(qū)域煤層厚度1.0～1.5 m，平均厚度1.25 m，全部可采，可采性指數(shù)1.0，煤厚變異系數(shù)19.61%。煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在煤層中上部有一層巖性為炭質(zhì)粉砂巖的夾矸，厚度為0.10～0.30 m，平均厚度0.15 m;煤層普氏硬度系數(shù)f=2.0～3.0;夾石普氏硬度系數(shù)f=3.0～4.0。下距10II煤層2.25～6.85 m，平均距離4.58 m;下距五灰層28.04～44.93 m，平均距離37.6 m;下距奧灰層34.84～64.33 m，平均距離48.4 m。

2.2? ? 實(shí)施特點(diǎn)

該項(xiàng)目針對可開采的華北型煤田下組煤的特點(diǎn)，以信息化、網(wǎng)絡(luò)化、自動化、采礦工程、工程地質(zhì)、地球物理等理論為指導(dǎo)，將多種跨學(xué)科技術(shù)（如工業(yè)控制、以太網(wǎng)、無線、視頻、音頻、通信、液壓等）應(yīng)用于綜采工作面，可實(shí)現(xiàn)在工作面監(jiān)控中心對綜采設(shè)備進(jìn)行自動化控制，確保各設(shè)備協(xié)調(diào)、連續(xù)、高效、安全運(yùn)行。

3 智能化功能實(shí)現(xiàn)過程分析

3.1? ? 工作面集控中心的集中控制功能

3.1.1? ? “一鍵”啟停功能

2018年底，9802工作面安裝使用了薄煤層智能化綜采工作面成套裝備。至2019年1月，工作面夾矸減少，條件轉(zhuǎn)好，實(shí)現(xiàn)了在順槽監(jiān)控中心對綜采設(shè)備的“一鍵”啟停功能。將集成控制系統(tǒng)設(shè)置為“全自動化”工作模式，通過“一鍵”啟停按鍵啟動工作面綜采設(shè)備。

啟動順序：乳化泵啟動→皮帶機(jī)啟動→轉(zhuǎn)載機(jī)啟動→破碎機(jī)啟動→刮板輸送機(jī)啟動→采煤機(jī)啟動→液壓支架與采煤機(jī)自動化控制程序啟動→記憶割煤程序啟動→牽引啟動;反之順序停機(jī)。

3.1.2? ? 液壓支架的自動化控制

工作面液壓支架跟機(jī)自動化+遠(yuǎn)程人工干預(yù)的開采模式，滿足了工作面中間架無需人工操作的要求。

3.1.3? ? 采煤機(jī)的自動化控制

采煤機(jī)自動記憶截割，液壓支架自動跟機(jī)拉架、推溜，三機(jī)（采煤機(jī)、液壓支架、刮板運(yùn)輸機(jī)）遠(yuǎn)程集中控制。通過采煤機(jī)記憶功能記錄工作面截割一個循環(huán)的采煤工藝及煤層曲線，實(shí)現(xiàn)在下個循環(huán)過程中采煤機(jī)自動按照記憶曲線和工藝割煤。

3.1.4? ? 遠(yuǎn)程手動控制

遠(yuǎn)程手動控制面皮帶機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、刮板輸送機(jī)及單組支架。

3.2? ? 工作面集控中心的監(jiān)測功能

（1）工作面每3組支架安裝一臺面向煤壁用于監(jiān)測采煤機(jī)滾筒的攝像儀;每6組支架安裝一臺云臺攝像儀用于動態(tài)跟蹤采煤機(jī)。在工作面集控中心利用全覆蓋視頻，集控操作工作面設(shè)備，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能，工作面視頻通過工業(yè)以太網(wǎng)傳輸?shù)焦ぷ髅婕刂行暮偷V調(diào)度室進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。（2）具備在工作面集控中心對采煤機(jī)、液壓支架、工作面運(yùn)輸設(shè)備、泵站系統(tǒng)設(shè)備工況監(jiān)測功能;綜采支架設(shè)備數(shù)據(jù)集成、處理、故障診斷工況監(jiān)測功能;手機(jī)APP遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)功能。

3.3? ? 功能支撐體系的建立

礦井編制了凈化水系統(tǒng)操作規(guī)程，完善了相關(guān)制度。保證泵站司機(jī)能夠熟練掌握凈化水裝置操作技能，按期進(jìn)行反沖洗，職工能夠熟練操作或輔助操作電液控支架，專職員工能夠掌握工作面集控中心操作技能。

4 創(chuàng)新性分析

（1）通過自動化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)調(diào)度集中控制以及在地面調(diào)度中心對綜采工作面設(shè)備的監(jiān)測功能。

（2）具備在地面調(diào)度中心對井下設(shè)備（采煤機(jī)、液壓支架、運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、皮帶機(jī)系統(tǒng)）的“一鍵”啟?？刂坪瓦h(yuǎn)程干預(yù)操控功能。

（3）實(shí)現(xiàn)在順槽控制中心對綜采工作面設(shè)備的監(jiān)測及集中控制功能。

（4）可調(diào)度、協(xié)調(diào)、監(jiān)測對采煤機(jī)、液壓支架、工作面運(yùn)輸、轉(zhuǎn)載設(shè)備工況，并實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制功能。

（5）推進(jìn)煤礦工業(yè)數(shù)據(jù)化建設(shè)，工作面綜采設(shè)備集數(shù)據(jù)集成、處理、故障診斷、管理等功能于一體。

（6）建設(shè)互聯(lián)網(wǎng)大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，煤炭工業(yè)使用以太網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、局域網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的高速傳輸、分析、處理及應(yīng)用科學(xué)。

5 推廣應(yīng)用情況

白莊煤礦9802自動化綜采工作面以綜采運(yùn)輸設(shè)備集中自動化控制為主，就地控制為輔，實(shí)現(xiàn)“支架跟機(jī)作業(yè)，遠(yuǎn)程監(jiān)控干預(yù)”的工作面無人智能化作業(yè)模式。9802工作面在2019年3月26日推采結(jié)束，該設(shè)備已在9804工作面安裝完畢進(jìn)行推廣應(yīng)用，計(jì)劃在9800采區(qū)、9100采區(qū)、7900采區(qū)具備條件的工作面應(yīng)用該設(shè)備技術(shù)。我集團(tuán)公司其他權(quán)屬礦井在總結(jié)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)的前提下，正陸續(xù)推廣應(yīng)用該系統(tǒng)，魯西南兩礦已裝備投用兩個智能化綜采（綜放）工作面，應(yīng)用效果良好。

6 經(jīng)濟(jì)和社會效益

6.1? ? 經(jīng)濟(jì)效益

白莊煤礦自2018年10月開展“復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層無人智能綜采技術(shù)的研究與應(yīng)用”項(xiàng)目以來，將工作面日產(chǎn)由904 t提升到1 469 t，工作面效率提升63%左右。經(jīng)計(jì)算每生產(chǎn)1 t原煤比普通綜采設(shè)備多創(chuàng)效33.9元。人員占用由85人次降為60人次，同比下降42%;安全方面做到無人則安，有效降低事故發(fā)生率，提高安全系數(shù)，降低安全成本，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

6.2? ? 社會效益

智能綜采技術(shù)通過施工工藝優(yōu)化，解決了礦井生產(chǎn)效率低下，接續(xù)緊張的問題。工藝優(yōu)化將工人從工作面解放出來，降低生產(chǎn)成本，提高經(jīng)濟(jì)效益，保障煤田安全開采，減少死亡事故，解放深部煤炭資源，為下一步生產(chǎn)提供了可靠、科學(xué)的生產(chǎn)途徑。

7 存在問題及建議

（1）在智能化采煤工藝中，由于采煤機(jī)組自身長約15 m，采煤機(jī)組行走10節(jié)溜子后才能自動跟機(jī)拉架移溜，造成工作面兩端頭共有15組支架（溜頭方向7組，溜尾方向8組）不能自動跟機(jī)。（2）工作面自動跟機(jī)拉架過程中，采煤機(jī)運(yùn)行速度較快時，容易出現(xiàn)一組支架還未拉移到位，采煤機(jī)已經(jīng)移動到下一組支架需要移動位置，自動跟機(jī)拉架程序開始執(zhí)行下一組支架拉架程序的情況，造成上一組支架拉移不到位，工作面支架直線性差。（3）采煤機(jī)自動記憶截割功能需進(jìn)一步優(yōu)化完善，工作面地質(zhì)條件發(fā)生變化時，不具備煤巖自動識別功能，必須進(jìn)行人工干預(yù)。

8 結(jié)語

白莊煤礦9802綜采工作面應(yīng)用了智能綜采技術(shù)后，實(shí)現(xiàn)了安全高效生產(chǎn)，達(dá)到了減人提效的預(yù)期目的。復(fù)雜結(jié)構(gòu)煤層無人智能綜采技術(shù)的研究與應(yīng)用推進(jìn)了煤礦工業(yè)數(shù)據(jù)化建設(shè)，實(shí)現(xiàn)工作面綜采設(shè)備集數(shù)據(jù)集成、故障診斷、管理等功能于一體，標(biāo)志著煤礦行業(yè)自動化高產(chǎn)高效礦井建設(shè)進(jìn)入了新的階段。

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收稿日期：2019-12-09

作者簡介：周長青（1986—），男，山東平陰人，工程師，研究方向：機(jī)電運(yùn)輸、煤礦安全高效開采、采掘智能化研究等。