煤礦井下無人化綜采關鍵技術研究

祁世龍

（陽煤集團壽陽開元礦業(yè)有限責任公司，晉中 壽陽 045400）

隨著綜采作業(yè)技術的不斷進步，煤礦井下的綜采機械設備不斷增多，為了滿足新增機械設備的運行需求，在不同的綜采段采用了不同的綜采工藝，雖然整體上煤礦綜采的機械化水平得到了提升，但由于綜采采用了孤島作業(yè)，并未形成統(tǒng)一的聯(lián)合運行控制模式，各種設備運行時無法自動調整，而且人工調整的速度慢、精度差、效率低，導致煤礦井下的作業(yè)人員數(shù)量和綜采經(jīng)濟性并未得到實質性的提升，無法滿足煤礦井下智能化綜采作業(yè)的需求[1]。

本文通過結合煤礦井下的實際需求，從提升煤礦井下綜采作業(yè)安全性和經(jīng)濟性的角度出發(fā)，提出了一種新的煤礦井下無人化綜采作業(yè)技術，建立了井下智能化綜采控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了對井下綜采作業(yè)設備的聯(lián)動運行控制。

1 煤礦井下智能化控制系統(tǒng)

以煤礦井下綜采面為例，其常用的機械設備主要包括采煤機、刮板輸送機、液壓支架、轉載機、破碎機、泵站等。在綜采作業(yè)過程中，需要這些設備進行相互配合，才能滿足綜采作業(yè)的安全性需求，為了實現(xiàn)對井下綜采作業(yè)設備的聯(lián)合運行控制，根據(jù)井下綜采作業(yè)流程，提出了一種新的智能聯(lián)動控制系統(tǒng)，其整體結構如圖1所示[2]。

由圖1可知，采煤機智能控制系統(tǒng)的核心是將各類綜采設備的控制系統(tǒng)進行集成，實現(xiàn)綜采數(shù)據(jù)的共享，為實現(xiàn)聯(lián)動運行控制奠定了基礎。該系統(tǒng)的模塊化程度高，且采用了開放式的通信接口，能夠根據(jù)不同煤礦的實際需求進行組合，具有極高的擴展性。

圖1 采煤機智能控制系統(tǒng)結構

2 各模塊功能分析

該控制系統(tǒng)主要包括支架主控計算機、輸送機控制器、采煤機控制器、負荷中心、三機監(jiān)控系統(tǒng)、綜采面控制器、系統(tǒng)集成主機等模塊，各個模塊間相互配合，共同確保煤礦井下綜采作業(yè)的順利進行。

支架主控計算機主要對液壓支架的運行狀態(tài)進行井下監(jiān)測和分析，并將監(jiān)測結果反饋給智能控制系統(tǒng)，系統(tǒng)再結合采煤機和液壓支架的相對位置，發(fā)出對應的調節(jié)控制指令，支架主控計算機接收到控制指令后，對支架的支護狀態(tài)進行調節(jié)，以滿足液壓支架隨采煤機自動調整的需求[3]。

采煤機控制器主要由各類監(jiān)測傳感器和控制系統(tǒng)構成，主要用于對采煤機的截割作業(yè)狀態(tài)的實時監(jiān)控，同時在控制系統(tǒng)中還設置有記憶截割控制邏輯，使采煤機能夠按預定的截割邏輯進行自主截割作業(yè)。系統(tǒng)將監(jiān)測到的采煤機運行狀態(tài)和位置信息傳輸?shù)街悄芸刂浦行模宰鳛檎{整液壓支架和刮板輸送機運行狀態(tài)的依據(jù)。同時，控制器能夠根據(jù)控制中心反饋的控制信號來調整采煤機的運行情況，從而實現(xiàn)采煤機、刮板輸送機的智能聯(lián)動控制。

井下“三機”監(jiān)控系統(tǒng)主要用于對液壓支架、采煤機、刮板輸送機運行狀態(tài)的聯(lián)合監(jiān)測。泵站集控系統(tǒng)主要對泵站的電機運行狀態(tài)、液壓乳化液溫度、泵站壓力、電磁閥控制電流等進行監(jiān)控，根據(jù)監(jiān)測信息進行預警和自動配比，以滿足井下設備的供液安全性需求[4]。

此外，該控制系統(tǒng)中還設置有聲光報警功能，當系統(tǒng)出現(xiàn)故障后會自動進行聲光報警，并顯示故障信息，為工作人員快速處理故障提供依據(jù)。

3 應用效果分析

將該智能控制系統(tǒng)投入應用后，對2020年8月—2020年10月間煤礦井下的實際運行狀態(tài)進行了對比分析。將支架的理論移動距離設定為800 mm，再根據(jù)各個設備之間的配合情況，判斷該系統(tǒng)的應用效果。當支架移動的距離小于700 mm時，需要進行人工移架調整；當支架的移動距離大于800 mm時，則不需要進行人工調整。因此，當支架移動距離小于700 mm時判斷為不合格。實際測量的支架移動狀態(tài)分布如圖2所示。

由圖2可知，支架移動距離大于700 mm的比例分布高達92.8%，證明該集中控制系統(tǒng)具有較高的控制精度和可靠性。

圖2 支架位移分布圖

在調整過程中，支架自動控制移動的時間小于12 s，合格比例達到了87.9%，整體調整的時間比人工調整時間縮短了約30.2%，極大地提升了支架自動調整的效率和穩(wěn)定性，其移動時間分布如圖3所示。

圖3 支架自動調整時間分布圖

該智能化控制系統(tǒng)投入運行以來，能夠對井下各綜采設備的運行情況進行統(tǒng)一監(jiān)測和調整，實現(xiàn)了以采煤機截割作業(yè)為核心的綜采聯(lián)動運行，使刮板輸送機的一次調整到位率由78.4%提升到了目前的100%，實現(xiàn)了綜采面各設備的自動運行控制，為實現(xiàn)“無人化”綜采作業(yè)奠定了基礎，具有極大的應用推廣價值。

4 結論

1）該智能控制系統(tǒng)的核心是將各類綜采設備的控制系統(tǒng)進行集成，實現(xiàn)綜采數(shù)據(jù)的共享，為實現(xiàn)聯(lián)動運行控制奠定了基礎，具有極高的擴展性。

2）該控制系統(tǒng)主要包括支架主控計算機、輸送機控制器、采煤機控制器、負荷中心、三機監(jiān)控系統(tǒng)、綜采面控制器、系統(tǒng)集成主機等，各個模塊間相互配合，共同確保煤礦井下綜采作業(yè)的順利進行。

3）該系統(tǒng)能夠將井下液壓支架組的一次調整到位率提升到92.8%，將支架組的移架時間提升30.2%，將刮板輸送機的一次調整到位率提升到100%，顯著提升了煤礦井下的自動化綜采效率。