煤礦自動化智能化開采體系研究

魯思遠(yuǎn)

（潞安集團(tuán)常村煤礦， 山西 長治 046102）

引言

近年來，由于網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，推動了煤炭行業(yè)開采技術(shù)向著更加智能化、信息化的方向發(fā)展，開創(chuàng)了施工技術(shù)、勞動保障等新體系。

1 智能化采煤工作面各系統(tǒng)的建設(shè)

1.1 采煤機智能控制系統(tǒng)

煤礦機的智能采集系統(tǒng)由機器學(xué)習(xí)和記憶系統(tǒng)組成，機器通過工人早先的操作，形成一個操作記憶循環(huán)后，在采集狀態(tài)穩(wěn)定時，后續(xù)采集的動作會重復(fù)執(zhí)行早先學(xué)習(xí)的操作步驟，實現(xiàn)無人化、智能化采集。在采集的材料發(fā)生變化時，可以遠(yuǎn)程人為干預(yù)操作步驟，調(diào)節(jié)參數(shù)和采集速度，實現(xiàn)智能采集[1-2]。

1.2 支架智能控制系統(tǒng)

支架智能控制系統(tǒng)采用的技術(shù)基礎(chǔ)為電液控制支架，可以對支架的壓力、位移行程、遠(yuǎn)程實時監(jiān)控，在生產(chǎn)時為了實現(xiàn)智能實時跟機移動、自動對刀、根據(jù)生產(chǎn)情況進(jìn)行補壓，并實現(xiàn)生產(chǎn)數(shù)據(jù)的傳輸和故障分析、判斷、統(tǒng)計、維修等功能必須采用上述的智能支架控制系統(tǒng)。支架自動跟機示意圖如圖1。

圖1 支架自動跟機示意圖

1.3 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

通過將球機攝像頭安裝在液壓支架上，可以實現(xiàn)在生產(chǎn)期間對各項工作裝置狀態(tài)的實時監(jiān)控，如采煤機前后滾筒截割、支架以及煤壁等裝置。并可以在輸送裝置上如刮板運輸機、破碎裝置、皮帶裝置等位置安裝攝像頭，對生產(chǎn)運輸線進(jìn)行全面監(jiān)控。視頻監(jiān)控系統(tǒng)示意圖如圖2。

圖2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

1.4 工作面遠(yuǎn)程集中操控系統(tǒng)

工作面遠(yuǎn)程集中操控功能通過采用各種傳感器、控制裝置等設(shè)備實現(xiàn)對設(shè)備遠(yuǎn)程的控制和監(jiān)控，在井下作業(yè)面時通過開關(guān)實現(xiàn)刮板運輸機、轉(zhuǎn)載機、破碎機等的開啟停止以及順序開啟停止，根據(jù)工作區(qū)域的實際情況，如出現(xiàn)突發(fā)情況，隨時可以停止采集設(shè)備的運轉(zhuǎn)，保障生產(chǎn)人員的安全，一鍵啟停示意圖如圖3。

圖3 一鍵啟停示意圖

1.5 工作面大數(shù)據(jù)系統(tǒng)（見下頁圖4）

在生產(chǎn)時可以采集支架壓力參數(shù)、對采煤機移動路線等數(shù)據(jù)進(jìn)行采集和上傳，并采用云技術(shù)實現(xiàn)對生產(chǎn)狀態(tài)的實時監(jiān)控和生產(chǎn)數(shù)據(jù)在全國任意一臺數(shù)據(jù)設(shè)備上的實時訪問和查詢，保障生產(chǎn)的穩(wěn)定安全。

2 自動化智能化開采施工工藝

2.1 工作面無人遠(yuǎn)程操控生產(chǎn)工藝

通過監(jiān)控設(shè)備將工作區(qū)域的生產(chǎn)狀況實時傳輸?shù)降孛嬲{(diào)度室，在生產(chǎn)期間，若工作人員撤離不在現(xiàn)場，可以由地面的調(diào)度室或井下的控制中心遠(yuǎn)程操控，實現(xiàn)對生產(chǎn)設(shè)備的開啟和停止，并根據(jù)工作狀態(tài)對采集設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控。

圖4 工作面大數(shù)據(jù)系統(tǒng)示意圖

2.2 工作面巡檢生產(chǎn)工藝

當(dāng)采集區(qū)域的地質(zhì)發(fā)生變化時，監(jiān)控系統(tǒng)無法根據(jù)現(xiàn)場情況發(fā)現(xiàn)采集情況，此時遠(yuǎn)程調(diào)度室可以采用遠(yuǎn)程操控對生產(chǎn)設(shè)備如采煤機、運輸機、破碎機等進(jìn)行停機，然后現(xiàn)場員工根據(jù)現(xiàn)場采集設(shè)備的運轉(zhuǎn)情況對設(shè)備進(jìn)行檢查。

3 自動化智能化開采勞動組織

工作區(qū)域要對生產(chǎn)模式進(jìn)行調(diào)整如“二八”或“三七”，夜間不進(jìn)行采集工作，采集工作主要由記憶采煤機為主要手段，人工進(jìn)行遠(yuǎn)程操控為輔助手段，液壓機自動跟隨采煤機為主、人工進(jìn)行遠(yuǎn)程操控為輔。每個小組由一名組長負(fù)責(zé)，分配六人，一名人員作為集控司機，剩余幾人則負(fù)責(zé)對采煤機、支架、刮板運輸機、轉(zhuǎn)運機、皮帶裝置等進(jìn)行巡邏檢查。

4 自動化智能化開采保障措施

4.1 實施支護(hù)工藝革新，創(chuàng)造安全高效環(huán)境

為推動支護(hù)技術(shù)的不斷完善與創(chuàng)新，采用注漿錨索加固技術(shù)對采煤運輸通道進(jìn)行加固，從而有效替代傳統(tǒng)的支架等設(shè)備，不僅有效提高了保護(hù)性能，而且能夠減少員工的工作強度，提高工作效率。

4.2 實施倉儲擴容工程，提高生產(chǎn)緩沖能力

通過對井下倉庫進(jìn)行分析建模、減少工作強度，緩沖周六日雙休帶來的影響，使井下倉庫能存儲全天全負(fù)荷生產(chǎn)能力，井上井下倉庫儲存的煤可以滿足至少三天的需求，為生產(chǎn)區(qū)域全負(fù)荷生產(chǎn)、提高效率以及減少工作量不減少產(chǎn)量、停止生產(chǎn)不停止運送、集體休假不停止?fàn)I銷創(chuàng)造了條件，而且推動礦井生產(chǎn)向智能高效的方向發(fā)展。

4.3 實施乳化液集中供液，保證液壓系統(tǒng)清潔度

因為井下自然環(huán)境差，導(dǎo)致水渾濁，乳化液不純，影響液壓設(shè)備的運轉(zhuǎn)，因此必須建立地面的乳化液集中統(tǒng)一供應(yīng)站。通過遠(yuǎn)程輸送裝置輸送配備好的乳化液，并通過高精度多過濾等操作，將乳化液輸送到液壓設(shè)備上，保障液壓設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)。

5 自動化智能化開采礦井建設(shè)成效

潞安集團(tuán)常村煤礦在日常生產(chǎn)作業(yè)中，通過科學(xué)合理地應(yīng)用采煤機智能控制系統(tǒng)、支架智能控制系統(tǒng)、遠(yuǎn)程集中操作系統(tǒng)以及視頻監(jiān)控系統(tǒng)等一系列自動化智能化開采系統(tǒng)后，取得了較好的經(jīng)濟效益、安全效益[3-4]。

5.1 經(jīng)濟效益

該礦通過采用智能厚煤層開采系統(tǒng)后，有效提高了生產(chǎn)效率，減少了員工的工作強度，開采效率提升了2 倍之多，生產(chǎn)員工由原先的12 人驟減至6 人，減少了一半的員工成本，從而有效提高了生產(chǎn)效益。

5.2 安全效益

該礦實現(xiàn)了采集的智能化、遠(yuǎn)程操作化，進(jìn)一步提高了生產(chǎn)人員的生命安全水平。通過智能化自動化的生產(chǎn)理念，促進(jìn)了生產(chǎn)的安全有效進(jìn)行。