綜采智能化工作面開采關(guān)鍵技術(shù)研究

樊亞輝

（鄭州煤炭工業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司，河南 鄭州452371）

進(jìn)入深部開采已經(jīng)成為了必然趨勢(shì)，在深部開采過程中，對(duì)于各項(xiàng)開采技術(shù)提出了更高的要求，傳統(tǒng)的開采工藝和方式在很多方面已經(jīng)表現(xiàn)出較強(qiáng)的不適應(yīng)性，而通過當(dāng)前部分礦井使用的智能化工作面開采技術(shù)來(lái)看，整體取得了較好的開采效果。因此，對(duì)綜采智能化工作面開采關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析有著較為關(guān)鍵的作用。

1 綜采智能化工作面開采關(guān)鍵技術(shù)特征

首先，液壓支架智能化控制，形成移架狀態(tài)自動(dòng)決策控制、超前壓力預(yù)報(bào)、耦合系統(tǒng)監(jiān)控、記憶時(shí)序控制、噴霧降塵自動(dòng)化等。其次，智能化控制采煤機(jī)，主要表現(xiàn)為采煤機(jī)位置精準(zhǔn)定位、自動(dòng)規(guī)劃運(yùn)行軌跡、滾筒高度自動(dòng)化調(diào)節(jié)、自動(dòng)化防碰撞、故障事故自動(dòng)化診斷等，同時(shí)，根據(jù)工作面的具體產(chǎn)量，運(yùn)輸機(jī)的工作負(fù)載、工作面地質(zhì)環(huán)境等方面的因素，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜采智能化工作面的全面智能化控制。最后，工作運(yùn)輸設(shè)備實(shí)現(xiàn)負(fù)載、啟動(dòng)及運(yùn)行狀態(tài)的智能化監(jiān)控，機(jī)尾可達(dá)到自動(dòng)張緊的效果，各種類型的運(yùn)行參數(shù)均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

2 薄煤層綜采智能化工作面開采關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

在薄煤層使用綜采智能化技術(shù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)以各綜采設(shè)備、采煤工藝之間的邏輯關(guān)系作為根本，將采煤機(jī)可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控、液壓支架自動(dòng)跟機(jī)移架、采煤機(jī)記憶截隔等作為基礎(chǔ)條件，設(shè)定自動(dòng)化控制系統(tǒng)，系統(tǒng)主要包含有層級(jí)控制、感知控制等，構(gòu)建多層次控制系統(tǒng)構(gòu)架，主要包含有地面綜合調(diào)度中心、工作面巷道集中控制中心、工作面內(nèi)集中控制中心等，開采遠(yuǎn)程操控平臺(tái)，形成薄煤層綜采各環(huán)節(jié)流程的智能化控制。具體關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)如下：

2.1 液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化控制。將紅外線接受與發(fā)射裝置安裝在工作面支架、采煤機(jī)上，達(dá)到采煤機(jī)定位、支架液壓等智能化控制，同時(shí)，轉(zhuǎn)載機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化推進(jìn)、端頭對(duì)浮煤進(jìn)行自動(dòng)化清理，推動(dòng)薄煤層工作面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)連續(xù)生產(chǎn)的效果。

2.2 遠(yuǎn)程干預(yù)采煤機(jī)及記憶割煤。以示范刀上所記錄的滾筒運(yùn)行高度軌跡、滾筒姿態(tài)參數(shù)、工作面參數(shù)等作為基礎(chǔ)，開展智能化運(yùn)算，構(gòu)建成記憶截隔模板的方式，在自動(dòng)化截隔過程中對(duì)誤差進(jìn)行不斷修正，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)加減速、調(diào)高及臥底的自動(dòng)化控制，井下技術(shù)人員可在回采巷道位置對(duì)采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程干預(yù)。

2.3 煤流系統(tǒng)設(shè)備自動(dòng)化控制。首先，刮板運(yùn)輸機(jī)順序啟停。通過集成控制轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)等，對(duì)整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中控制，按照具體的設(shè)定要求開展順序啟停，達(dá)到順煤流的情況下停止、逆煤流的情況下啟動(dòng)的要求。其次，構(gòu)建煤流平衡系統(tǒng)，將煤流系統(tǒng)負(fù)載作為基本的依據(jù)，形成采煤運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)電機(jī)電流信號(hào)為基礎(chǔ)，開采設(shè)定出運(yùn)輸機(jī)、支架及采煤機(jī)智能化決策聯(lián)動(dòng)、動(dòng)態(tài)分析控制軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤流系統(tǒng)的有效平衡，防止出現(xiàn)采煤量過大超過運(yùn)輸機(jī)運(yùn)載能力等問題。

2.4 超前支護(hù)及巷道設(shè)備遠(yuǎn)程遙控。以端頭支架作為基礎(chǔ)，構(gòu)建出鄰架控制命令，啟動(dòng)轉(zhuǎn)載機(jī)控制器，準(zhǔn)備階段操作有效控制，控制器發(fā)出聲光報(bào)警，在端頭支架完成轉(zhuǎn)載機(jī)控制器執(zhí)行、推溜等操作，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)載機(jī)自動(dòng)移動(dòng)的功能。將超前支架電液控制系統(tǒng)作為根本，形成實(shí)現(xiàn)超前支護(hù)的遠(yuǎn)程操控，達(dá)到快速移架的效果。

2.5 泵站系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制。以網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、系統(tǒng)平臺(tái)等作為基礎(chǔ)，形成智能化供液控制系統(tǒng)，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)根據(jù)需求進(jìn)行液壓的控制和一體化聯(lián)動(dòng)控制，電磁卸荷、智能變頻聯(lián)動(dòng)控制，特別是將薄煤層工作面存在的變流量恒壓供液的難題較好解決，構(gòu)建出多級(jí)過濾體系，形成清潔度較高的供液保障機(jī)制，保證工作面液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的用液安全性。

2.6 構(gòu)建出無(wú)盲區(qū)視頻系統(tǒng)。在運(yùn)輸機(jī)機(jī)尾、采煤機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)頭、遠(yuǎn)程配液點(diǎn)及設(shè)備列車等位置，安裝礦用高清云攝像頭，按照兩組支架配備一個(gè)攝像儀的方式，在支架頂梁上安裝到位，實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)的智能化跟蹤，采煤機(jī)在割煤過程中，可實(shí)現(xiàn)視頻拼接、跟機(jī)推送等智能化，工作人員可通過視頻實(shí)現(xiàn)指揮操控的“身臨其境”的效果。

3 大采高綜采智能化工作面開采關(guān)鍵技術(shù)要點(diǎn)

3.1 圍巖和液壓支架耦合控制。在深部支護(hù)的過程中，大量實(shí)踐表明，傳統(tǒng)的支護(hù)方式在很多方面已經(jīng)表現(xiàn)出較強(qiáng)的不適應(yīng)性，全面注重支護(hù)方式的耦合程度是必然，特別是在大采高開采過程中，智能化開采技術(shù)在進(jìn)行支護(hù)時(shí)，應(yīng)當(dāng)充分考慮開采技術(shù)的耦合程度。以深部巷道耦合支護(hù)技術(shù)為基礎(chǔ)，設(shè)定出超高煤壁穩(wěn)定性控制方法與參數(shù)設(shè)定方法，形成大采高液壓支架結(jié)構(gòu)，將感知系統(tǒng)反饋得到的信息作為基礎(chǔ)，形成三級(jí)聯(lián)動(dòng)護(hù)幫智能化控制、防傾斜控制、初撐力自動(dòng)補(bǔ)償、千斤頂自動(dòng)化調(diào)節(jié)等，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)序列化操作、圍巖耦合控制等，較好提升大采高綜采開采過程中各個(gè)系統(tǒng)對(duì)地質(zhì)條件的適應(yīng)性，全面增強(qiáng)系統(tǒng)整體穩(wěn)定性，推動(dòng)圍巖穩(wěn)定性與液壓支架穩(wěn)定性的相互耦合。

3.2 工作面端頭大梯度過度配套技術(shù)。針對(duì)大采高工作面開采實(shí)際情況，設(shè)計(jì)“大梯度+小臺(tái)階”短緩過度配套方式，見圖1 所示。選擇使用這種方式，可實(shí)現(xiàn)上下兩個(gè)端頭、工作面中部等直接過度，對(duì)設(shè)備參數(shù)、采煤工藝等進(jìn)行優(yōu)化，對(duì)控制邏輯進(jìn)行簡(jiǎn)化，推動(dòng)煤炭綜采智能化成套化發(fā)展。

3.3 大采高主動(dòng)感知防碰撞技術(shù)。將防碰撞系統(tǒng)安裝到大采高采煤機(jī)上，借助雷達(dá)探測(cè)裝置，推動(dòng)實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)控制系統(tǒng)將視聽警報(bào)信號(hào)的率先發(fā)出，形成大采高綜采的安全控制的主動(dòng)化。

“大梯度+小臺(tái)階”短緩過度配套方式

3.4 大運(yùn)量智能刮板運(yùn)輸機(jī)。隨著開采高度的增加，綜采工作面切割煤炭資源的數(shù)量也在增加，對(duì)于運(yùn)輸機(jī)的運(yùn)輸能力等方面提出了更高的要求，因此，在大采高綜采的過程中，選擇使用大運(yùn)量智能刮板運(yùn)輸機(jī)的方式，可較好提升開采的實(shí)效。這種大運(yùn)量智能刮板運(yùn)輸機(jī)具有多機(jī)雙向協(xié)調(diào)、分級(jí)調(diào)速等功能，將激光掃描煤量自動(dòng)監(jiān)測(cè)裝置，在出現(xiàn)了斷鏈或者松鏈?zhǔn)鹿手?，系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化保護(hù)的效果，同時(shí)，借助使用“工作參數(shù)- 時(shí)間”等為基礎(chǔ)的狀態(tài)數(shù)據(jù)庫(kù)，可形成設(shè)備維護(hù)系統(tǒng)、專家診斷系統(tǒng)的智能化。

3.5 工作面智能化控制系統(tǒng)集成配套。將運(yùn)輸機(jī)、支架及采煤機(jī)等作為基礎(chǔ)，形成單機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)，借助工業(yè)以太網(wǎng)形成單機(jī)設(shè)備信息智能化上傳，在地面調(diào)度中心、兩巷道順槽監(jiān)控中心等對(duì)工作面設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)地面一鍵啟?？刂?，選擇使用這種系統(tǒng)集成配套的方式，工作面自動(dòng)化生產(chǎn)提升明顯，也在很大程度上降低了工作面一線操控工作的工作量。

4 綜采智能化工作面開采過程中常見問題及對(duì)策

首先，在綜采智能化開采過程中出現(xiàn)了工作面礦壓增加的問題，同時(shí)對(duì)于支護(hù)強(qiáng)度及各種類型的安全閥的要求相對(duì)較高，同時(shí)，工作面網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)應(yīng)當(dāng)及時(shí)進(jìn)行反饋與傳輸。針對(duì)這種問題將千兆以太網(wǎng)傳輸技術(shù)應(yīng)用到其中，滿足各種類型的大數(shù)據(jù)傳輸需求。全面強(qiáng)化對(duì)各種類型支護(hù)的強(qiáng)化，確保能夠提供出足夠的支撐壓力。其次，考慮到綜采智能化對(duì)技術(shù)人員總體水平要求較高的實(shí)際，全面增加對(duì)技術(shù)人員的培訓(xùn)，打造出一支過硬的操控技術(shù)隊(duì)伍，對(duì)于綜采智能化工作面高質(zhì)高效的開展工作是非常關(guān)鍵的。

5 結(jié)論

綜合智能化開采是當(dāng)前煤礦井下優(yōu)先選擇的開采方式，符合國(guó)家和省有關(guān)部門煤礦減人提效及信息化、智能化建設(shè)改造工作進(jìn)行總體部署，在綜采過程中，解決了薄煤層、大采高綜采智能化技術(shù)問題，同時(shí)減少了下井人員，提高了安全保障水平，整個(gè)綜采工作必然相對(duì)于先前有較大的提升，但是從當(dāng)前綜采智能化情況來(lái)看，在一些方面仍舊存在著明顯的短板和弱項(xiàng)，主要是智能化設(shè)備的全面推廣應(yīng)用受制于現(xiàn)場(chǎng)裝備水平，安裝的設(shè)備種類繁雜，設(shè)備更新改造工作量大，不同廠家設(shè)備匹配困難；智能化工作開展受制于維護(hù)和管理人員的業(yè)務(wù)技術(shù)素質(zhì)，技術(shù)人才培養(yǎng)儲(chǔ)備難度較大，特別是基層單位智能化控制系統(tǒng)運(yùn)維專業(yè)技術(shù)人員偏少等問題。因此，下一步急需煤礦企業(yè)全面認(rèn)識(shí)到綜采智能化開采的必然性與重要性，充分結(jié)合本礦井地質(zhì)情況、綜采智能化開采技術(shù)、人員配備等多個(gè)方面，采取針對(duì)性的措施，全面提升綜采智能化技術(shù)開采水平。