趙家寨煤礦綜放工作面智能化改造研究

程寶軍，張?zhí)焐?，陳躍朋

（鄭煤集團(tuán)新鄭煤電有限責(zé)任公司，河南 新鄭 451100）

目前，隨著采煤技術(shù)的不斷創(chuàng)新發(fā)展，煤礦綜采智能化技術(shù)已基本成熟并在我國(guó)推廣應(yīng)用。綜采工作面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化開采不僅能夠減少井下作業(yè)人員數(shù)量，提高工作效率，而且極大的提高煤礦井下安全生產(chǎn)系數(shù)[1-4]?；诖耍w家寨煤礦對(duì)14205綜放工作面進(jìn)行智能化改造建設(shè)，對(duì)工作面割煤機(jī)、液壓支架、刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)和供液系統(tǒng)等采煤設(shè)備進(jìn)行升級(jí)，實(shí)現(xiàn)工作面無(wú)人操作，采煤過(guò)程自動(dòng)化，提高工作面安全生產(chǎn)水平。

1 工作面概況

新鄭煤電公司趙家寨煤礦14025 工作面位于井下14 采區(qū)中部，工作面走向可采長(zhǎng)度為660 m，傾向長(zhǎng)度為187 m。該工作面煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，屬貧煤煤種，煤層平均厚度為6.2 m，煤層平均傾角為5°。該工作面煤層局部含夾矸，過(guò)SF63-2正斷層及薄煤區(qū)時(shí)煤層頂板較破碎，回采時(shí)可能會(huì)增加外在灰分；受頂、底板水影響，回采時(shí)會(huì)增加外在水分，因此回采過(guò)程中要加強(qiáng)煤質(zhì)管理。

2 工作面設(shè)備配備情況

14025 工作面配備111 架ZF6400/19/32 型大采高液壓支架，8 架ZFG6400/22/32D 型過(guò)渡液壓支架，1 架ZFT26000/25/50D 型端頭支架，1 臺(tái)MG400/930-QWD 型滾筒式割煤機(jī)，SGZ800/1400型前后刮板運(yùn)輸機(jī)各1 部，SZZ800/400 型轉(zhuǎn)載機(jī)1 部，BRW-400/31.5NB 型乳化液泵站2 臺(tái)，PLM-2000 型輪式破碎機(jī)1 臺(tái)，KBSGZY-1600/10/3300V型移動(dòng)變電站3 臺(tái)，DSJ100/80/2×160 型膠帶運(yùn)輸機(jī)1 部，ZQL2×4000/18/35 型巷道超前支架3 組。

3 工作面智能化改造方案

3.1 工作面智能集控系統(tǒng)

集控系統(tǒng)采用地面調(diào)度集控中心和順槽集控中心兩種集中控制方式。在順槽集控中心裝備2臺(tái)操控系統(tǒng)主機(jī)，建立主控系統(tǒng)，融合支架電液控、三機(jī)通信控制（KTC118）、泵站控制和視頻監(jiān)控等子系統(tǒng)。通過(guò)主控系統(tǒng)對(duì)自動(dòng)化子系統(tǒng)下發(fā)指令，完成綜采工作面一鍵式啟停。通過(guò)萬(wàn)兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)與地面集控中心同步顯示運(yùn)行工況，實(shí)現(xiàn)開停、監(jiān)控與操作，具備井上下可視化通訊，視頻自動(dòng)跟機(jī)，工作面端頭自動(dòng)斜切進(jìn)刀，礦壓數(shù)據(jù)采集、分析、預(yù)警，支持移動(dòng)終端接入，人員精確定位，并對(duì)采煤機(jī)、液壓支架和刮板輸送機(jī)聯(lián)動(dòng)閉鎖控制，三機(jī)聯(lián)動(dòng)閉鎖控制等功能。

3.2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

煤巖識(shí)別是影響智能化提高回采效率的主要問(wèn)題，本次智能化改造采用遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)。工作面視頻監(jiān)控系統(tǒng)見(jiàn)圖1。

圖1 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

工作面視頻系統(tǒng)為綜放自動(dòng)化系統(tǒng)提供對(duì)工作面開采現(xiàn)場(chǎng)、關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行狀況的視頻輔助監(jiān)測(cè)，工作面每6 架支架安裝一臺(tái)云臺(tái)攝像儀用于動(dòng)態(tài)跟蹤采煤機(jī)割煤；運(yùn)輸機(jī)機(jī)頭機(jī)尾、轉(zhuǎn)載點(diǎn)、皮帶機(jī)機(jī)頭等關(guān)鍵區(qū)域配置10 臺(tái)云臺(tái)攝像儀，實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)輸供液系統(tǒng)的全面監(jiān)測(cè)，視頻系統(tǒng)傳輸延遲要求500 ms 以內(nèi)，具備低照度、寬動(dòng)態(tài)、強(qiáng)光抑制、水霧及煤塵穿透功能。工作面每6 架支架配置1 臺(tái)礦用交換機(jī)，形成千兆級(jí)工業(yè)以太網(wǎng)絡(luò)傳輸，以太網(wǎng)通信速率為1 000 Mbps，通信協(xié)議為TCP/IP，具備同時(shí)傳輸最多64 路視頻的帶寬；工作面采用LED 照明，為視頻系統(tǒng)與工作面提供良好的光照條件，每臺(tái)LED 燈照度不小于4 000 Lux，每3 架支架安裝兩臺(tái)LED 照明燈（煤壁1 臺(tái)、后部運(yùn)輸機(jī)1 臺(tái)）。為保證工作面高清視頻圖像地面存儲(chǔ)不低于1 個(gè)月時(shí)間，存儲(chǔ)服務(wù)器自帶磁盤冗余功能（4T，不少于8 塊），保障視頻數(shù)據(jù)的可靠保存。

3.3 支架電液控系統(tǒng)

14025 工作面采用ZE07-04 型支架電液控系統(tǒng)，該系統(tǒng)電液控制系統(tǒng)顯示菜單語(yǔ)言為中文，控制器外殼材質(zhì)必須采用不銹鋼，具有較好的防塵、防水、防腐蝕及抗砸能力，同時(shí)控制器外加裝全不銹鋼控制器防護(hù)罩，防止沖洗支架時(shí)強(qiáng)壓水沖刷及飛濺。可實(shí)現(xiàn)本架、鄰架與隔架電控的手動(dòng)、自動(dòng)操作，以及單臺(tái)支架一鍵“降、移、升”動(dòng)作。具備無(wú)線遙控采煤及放煤功能，包括單架動(dòng)作和成組動(dòng)作，成組移架、成組推溜、成組伸收伸縮梁、成組伸收護(hù)幫、成組噴霧等，配置30 臺(tái)無(wú)線遙控裝置（具備放煤遙控功能），控制器還配備紅外線發(fā)射、接收裝置，可與工作面采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)聯(lián)合自動(dòng)動(dòng)作。同時(shí)具有接收采煤機(jī)數(shù)字信號(hào)實(shí)現(xiàn)聯(lián)動(dòng)功能，能夠滿足采煤機(jī)、刮板機(jī)記憶割煤、一鍵放煤、自動(dòng)放煤的需求。支架電液控制系統(tǒng)采用隔爆兼本安型電源，供電電壓為AC127 V 50 Hz，寬幅輸入（AC 85 V～265 V），寬溫工作(-20℃～60℃)，雙路輸出，輸出電壓為12 V，輸出電流2 A；供電能力為1 臺(tái)/6 架，具備短路、雙重過(guò)流、雙重過(guò)壓、自動(dòng)恢復(fù)等保護(hù)功能。

為精確控制液壓支架推移動(dòng)作，在支架推移千斤頂活塞內(nèi)安裝了行程傳感器，行程傳感器安裝見(jiàn)圖2。根據(jù)工作面液壓支架的推移步距，行程傳感器長(zhǎng)度不低于800 mm，傳感器精度可控制在±3 mm 范圍內(nèi)。

圖2 行程傳感器安裝

3.4 工作面智能供液系統(tǒng)

工作面供液系統(tǒng)配備4 臺(tái)BRW-400/31.5 NB型乳化液泵，2 臺(tái)8000 L 乳化液箱及其配套供液站，2 臺(tái)BPW516/16 型噴霧泵及其配套水箱。采用集中分布式控制方式，具有就地、集中、遠(yuǎn)控等多種控制模式，實(shí)現(xiàn)單泵或多臺(tái)泵（4 臺(tái)）的手動(dòng)與自動(dòng)運(yùn)行，滿足工作面供液要求?？刂葡到y(tǒng)對(duì)外須提供以太網(wǎng)接口，采用EtherNet/IP、TCP/IP 或OPC協(xié)議與第三方進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，實(shí)現(xiàn)泵站遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、控制與數(shù)據(jù)上傳功能。控制系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)管理信息化平臺(tái)，通過(guò)監(jiān)控主機(jī)將泵站系統(tǒng)的相關(guān)數(shù)據(jù)直觀顯示，為操作工人提供簡(jiǎn)便的操作界面，方便操作，信息平臺(tái)能夠集中顯示泵站運(yùn)行狀態(tài)、故障報(bào)警、歷史記錄等信息。

3.5 工作面系統(tǒng)集成及數(shù)據(jù)上傳

將綜放工作面液壓支架、采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、膠帶輸送機(jī)、乳化液泵站、噴霧泵站、供電系統(tǒng)等系統(tǒng)集成起來(lái)，建立工作面萬(wàn)兆工業(yè)環(huán)網(wǎng)和井下雙數(shù)據(jù)交換主機(jī)實(shí)現(xiàn)工作面自動(dòng)化控制，利用礦井綜合自動(dòng)化系統(tǒng)向地面?zhèn)鬏?，在地面主機(jī)上進(jìn)行顯示，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)以及各種數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)顯示、監(jiān)控等。

工作面每6 架支架安設(shè)一個(gè)本安型交換機(jī)以建立千兆以太網(wǎng)，可接入視頻信號(hào)，通過(guò)井下雙數(shù)據(jù)交換主機(jī)，在順槽監(jiān)控中心對(duì)綜放設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、顯示、控制，實(shí)現(xiàn)綜放設(shè)備數(shù)據(jù)上傳，通過(guò)礦井環(huán)網(wǎng)將綜放設(shè)備的數(shù)據(jù)上傳至地面，通過(guò)地面分控中心對(duì)井下設(shè)備的一鍵啟?？刂?，以及對(duì)采煤機(jī)、支架、三機(jī)、泵站系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制。

4 結(jié)語(yǔ)

采煤工作面智能化、自動(dòng)化是現(xiàn)代煤礦企業(yè)的發(fā)展方向，趙家寨煤礦通過(guò)對(duì)14025 綜放工作面的智能化改造升級(jí)，基本實(shí)現(xiàn)采煤面自動(dòng)化開采。但由于煤巖識(shí)別技術(shù)不夠成熟，無(wú)法有效解決煤巖識(shí)別問(wèn)題，在工作面視頻監(jiān)控系統(tǒng)的替代下，工作面進(jìn)行放頂煤作業(yè)時(shí)，需要通過(guò)時(shí)序控制以及鍵盤控制，無(wú)法做到采煤過(guò)程全自動(dòng)，并且割煤機(jī)的記憶截割功能在煤層變化較為復(fù)雜的情況下需要人工進(jìn)行調(diào)節(jié)。