智能綜采工作面在榆樹泉煤礦安全生產(chǎn)中的探索與實踐

謝國良

庫車縣科興煤炭實業(yè)有限責(zé)任公司 新疆 庫車 842000

引言

國內(nèi)煤礦的智能化開采得到了飛速，進入了智能化采煤的新時代。以液壓支架自動跟機、采煤機記憶割煤、視頻監(jiān)控及遠程監(jiān)控為基礎(chǔ)，智能化控制軟件為核心，實現(xiàn)了在地面（或順槽）集控中心對采煤設(shè)備的監(jiān)測與集中控制，采煤工作面實現(xiàn)了割煤、移架、推溜、運輸?shù)戎悄芑\行[1]。

因此，積極結(jié)合生產(chǎn)實際，開展針對性的深入研究，探索高效的綜采無人化作業(yè)技術(shù)已成為必然的發(fā)展趨勢，本文結(jié)合榆樹泉煤礦1012綜采工作面，系統(tǒng)闡述了智能化的探索與應(yīng)用。

1 工作面概況

榆樹泉煤礦剩余可采儲量3706萬噸,剩余服務(wù)年限32年。為低瓦斯礦井，煤塵有爆炸性，自燃傾向性為Ⅱ類自燃[2]。水文地質(zhì)類型為復(fù)雜類型。1012工作面走向長度2900m，傾斜長為200m，煤層傾角8°-15°,煤層厚度平均4.5m，工作面運輸方式為下運，煤質(zhì)硬度f＞2.5。

2 主要設(shè)備選型

2.1 液壓支架選型設(shè)計

2.1.1 按頂板分類估算工作面支護強度：

式中，H為工作面煤層采高，最高4.5m，最低3.6m；k為頂板破碎常數(shù)，取1.3，γ為頂板巖石容重，取γ=2.5t/m3；B為附加阻力系數(shù)B=1.6；α為煤層傾角，取α=10°，g為頂板周期來壓不動載系數(shù)，與頂板巖石性質(zhì)有關(guān)，取g=1.3。

2.1.2 按巖重法估算工作面支護強度

2.1.3 按經(jīng)驗公式確定頂板荷載。

式中：q為支架支護強度，kN/m2；k為安全系數(shù)，取k＝1.4；n為折算系數(shù)；9.768；M為煤層全厚，最高4.5m，最低3.6m；γ為巖石容重，取25kN/m3。

以頂板來壓時支架的載荷作為設(shè)計支架工作阻力的基礎(chǔ)，則：

按實測統(tǒng)計法，以頂板來壓時支架的載荷作為設(shè)計支架工作阻力的基礎(chǔ)，將參數(shù)代入上式后，支架支護強度按下式計算：

式中：q為支架支護強度，kN／m2；M為煤層全厚，最高4.5m，最低3.6m。

根據(jù)以上計算，綜采支架支護強度不低于0.9MPa，通過以上計算，結(jié)合煤層賦存條件，選ZY8000/23/45D型綜采液壓支架。

2.2 采煤機選型

2.2.1 采煤機生產(chǎn)能力計算：

采煤機最大割煤能力為平均生產(chǎn)能力的1.5倍，即313t/h。

2.2.2 采煤機截割牽引速度。

2.2.3 采煤機裝機功率。

裝機功率包括牽引電機、截割電機、液壓泵電機等電動機功率總和。

裝機功率由下式估算：

經(jīng)計算，綜采裝機功率應(yīng)不小于928kW。

2.2.4 滾筒直徑。

雙滾筒采煤機滾筒直徑一般按下式計算：

式中：D為滾筒直徑，m；H采高，最高4.5m，最低3.6m。

經(jīng)計算，采煤機滾筒直徑為1.35～2.46m，設(shè)計取2.24m。

2.2.5 采煤機選型。

根據(jù)目前國產(chǎn)采煤機情況，結(jié)合礦井煤層條件及開采要求，并考慮到其他煤層的開采，綜采工作面初選MG550/1380-WD型無鏈電牽引雙滾筒采煤機。

3 智能化應(yīng)用

3.1 全方位數(shù)據(jù)監(jiān)測控制功能

3.1.1 采煤機。實現(xiàn)對電流、溫度等數(shù)據(jù)監(jiān)測，具有提示預(yù)警、斷電保護、記憶截割、姿態(tài)感知實現(xiàn)機身傾角、俯仰角、采高等數(shù)據(jù)采集功能；能夠?qū)崿F(xiàn)地面與井下集控中心遠程控制，采煤機動作、速度、方向、精確位置、電機電流和溫度等工況數(shù)據(jù)可靠傳輸功能；可采用位置編碼器實現(xiàn)精確定位功能[3]。

3.1.2 液壓支架。實現(xiàn)工作面液壓支架參數(shù)數(shù)據(jù)整合，壓力、位移、支架動作實時查看等功能，使得支架壓力及工作面支架動作實際狀況清晰直觀[4]。通過壓力、位移、傾角和紅外傳感器實現(xiàn)姿態(tài)感知與控制功能；實現(xiàn)地面、井下集控中心遠程控制和工作面遙控器控制；通過云臺攝像儀實現(xiàn)了視頻監(jiān)控圖像采集功能。

3.1.3 三機、智能化泵站與集控。多數(shù)據(jù)傳輸監(jiān)測功能，具有提示預(yù)警和斷電保護、故障閉鎖功能，有效保障人員及設(shè)備安全。乳化泵站工況實現(xiàn)實時監(jiān)測，具有自動配比、溫度、濃度監(jiān)測歷史數(shù)據(jù)的查詢和分析。在線實時監(jiān)測三機運轉(zhuǎn)參數(shù)，設(shè)備連接集控中心進行數(shù)據(jù)匯總存儲、查詢和分析，上傳至地面集控中心。乳化液自動配比裝置和高壓自動反沖洗過濾裝置全過程自動控制，實現(xiàn)實時監(jiān)測，從而實現(xiàn)全自動無人值守，大大降低勞動強度，提高配液效率和質(zhì)量，確保液壓系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。

3.1.4 實時跟機視頻監(jiān)控。通過云臺攝像儀實時監(jiān)控工作面及固定點設(shè)備運行狀況、監(jiān)測人員活動軌跡，實現(xiàn)了視頻音頻實時查看、實時對講等功能。

3.2 采煤機記憶割煤

通過人工操作采煤機完成試教刀，包含端頭斜切進刀及割三角煤的進刀方式，采煤機控制系統(tǒng)根據(jù)試教刀形成記憶軌跡，并按工藝段進行記憶，當采煤機進行下一刀割煤時，將依據(jù)記憶軌跡和工藝段信息進行自動割煤。割煤過程采用記憶截割為主，人工干預(yù)為輔，只需采煤機司機對特殊工況進行適當干預(yù)，有效實現(xiàn)了減少人員保證安全，減輕勞動強度，提高生產(chǎn)效率的目的[4]。

3.3 液壓支架自動跟機移架

根據(jù)液壓支架紅外傳感器接收器確定采煤機位置，傳輸至井下和地面集控中心進行分析，再反饋到支架控制器進行執(zhí)行操作，液壓支架閥組動作，自動跟機移架、推溜、護幫和噴霧。同時還具備初撐力自動保持，能夠?qū)崿F(xiàn)自動補壓功能。根據(jù)地質(zhì)條件變化，支架初撐力達到補壓區(qū)，自動開始補壓，徹底解放支架工操作，實現(xiàn)了減人提效、無人則安的目的。

3.4 一鍵啟停與集中控制

該自動化集控系統(tǒng)整合采煤機記憶割煤、液壓支架自動跟機、乳化泵站自動配比、視頻自動跟機聯(lián)動監(jiān)控等功能，實現(xiàn)工作面一鍵啟停，且集控啟停所有操作均可在地面集控中心和井下集控中心分別實現(xiàn)[5]。

3.5 視頻跟機定位

根據(jù)紅外傳感器探測到的采煤機位置，視頻跟機系統(tǒng)將顯示其采煤機附近4臺云臺攝像儀視頻，并隨著采煤機運動實現(xiàn)自動跟機旋轉(zhuǎn)、切換，從而對采煤機左右滾筒區(qū)域的實時跟機監(jiān)視，當采煤機超出監(jiān)視范圍，能夠自動切換合適位置的攝像儀，確保持續(xù)監(jiān)視確保采煤過程全程可視化監(jiān)管。

3.6 即時語音通訊

語音通信系統(tǒng)包含攝像儀語音通訊和沿線語音廣播通訊，地面和井下集控中心、綜采工作面可以直接相互通話，交流更加高效便捷。

4 結(jié)束語

智能化礦井建設(shè)是煤炭行業(yè)發(fā)展的一個重要方向，將先進的控制技術(shù)、機械化設(shè)備應(yīng)用到采煤工作面可顯著提高礦井的安全生產(chǎn)效益，提高礦井的綜合競爭力，減少投入。為此本文結(jié)合榆樹泉煤礦1012工作面的基本情況，對1012工作面?zhèn)€控制系統(tǒng)的智能化應(yīng)用進行了闡述，并對應(yīng)用情況進行了分析。

結(jié)果表明，1012工作面進行智能化采后，工作面綜合生產(chǎn)效率以及安全生產(chǎn)保障能力得到明顯的提升，不僅帶來了顯著的經(jīng)濟效益，還減少了井下操作人員的數(shù)量。