智能化開采技術(shù)在大采高工作面的應(yīng)用

王曉磊， 魏 紅

（1.晉能控股煤業(yè)集團(tuán)機(jī)電管理部， 山西 大同 037003；2.晉能控股煤業(yè)集團(tuán)馬脊梁礦， 山西 大同 037027）

引言

目前，煤礦智能化開采是煤炭綜合機(jī)械化發(fā)展的新階段，是煤炭生產(chǎn)方式和生產(chǎn)力革命的新方向，是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐。當(dāng)前煤礦智能化發(fā)展尚處于初級階段，采用一流的技術(shù)和裝備實(shí)施科學(xué)開采，提高煤礦的智能化水平，降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度、改善工作條件、實(shí)現(xiàn)減人增效是當(dāng)前煤炭開采的必然趨勢[1-3]。

1 智能化開采技術(shù)

智能化開采以“物聯(lián)網(wǎng)整合、互聯(lián)網(wǎng)傳輸、數(shù)字化集成、可視化保障、程序化操作”為技術(shù)核心，融合了采煤機(jī)智能記憶割煤、工作面視頻監(jiān)控技術(shù)、遠(yuǎn)程集中控制技術(shù)、液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化及電液控技術(shù)、地面及井下“一鍵”啟停等多項(xiàng)新技術(shù)[4-5]，實(shí)現(xiàn)了正常連續(xù)生產(chǎn)過程中工作面少人操作、設(shè)備自動(dòng)精準(zhǔn)控制，達(dá)到安全可靠化、管理高效化、效益最大化的目的。

2 智能化開采技術(shù)的應(yīng)用

2.1 8102 工作面概況

挖金灣礦8102 工作面走向長度為1 464.8 m，可采長度為1 400 m，傾向長度為230.2 m，煤層傾角1°～3°，硬度f=1.5，煤層厚度為2.90～4.05 m，平均為3.47 m，煤厚變化穩(wěn)定，見頂見底開采，可采儲(chǔ)量160 萬t。該工作面于2020 年4 月30 日準(zhǔn)入驗(yàn)收，并進(jìn)行智能化升級改造，于6 月27 日首次完成支架跟機(jī)試驗(yàn)。

2.2 智能化開采技術(shù)在8102 大采高工作面的應(yīng)用

8102 智能化工作面建設(shè)完成，實(shí)現(xiàn)以下功能：電液控支架具備本地、遠(yuǎn)程控制、自動(dòng)跟機(jī)功能；采煤機(jī)與液壓支架具備感知定位功能；三機(jī)、泵站實(shí)現(xiàn)集中控制；實(shí)現(xiàn)全工作面的視頻監(jiān)視；順槽搭建集控中心，具備全工作面設(shè)備的遠(yuǎn)程集中控制、視頻監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集等功能。

在經(jīng)過近9 個(gè)月的實(shí)踐應(yīng)用，工作面支架跟機(jī)效果良好，各類控制系統(tǒng)穩(wěn)定，大幅降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，支架工由傳統(tǒng)的操作工轉(zhuǎn)變?yōu)檠膊楣?，工作面的生產(chǎn)能力不斷提高。8 月份以來，日平均割煤7 刀，支架跟機(jī)率平均保持在70%以上，實(shí)現(xiàn)了單班生產(chǎn)3.5 刀最高紀(jì)錄，并達(dá)到以下指標(biāo)：智能化裝備占比不低于90%，設(shè)備綜合完好率不低于95%，工作面生產(chǎn)人數(shù)不超8 人，人工干預(yù)率小于20%。

2.3 智能化開采技術(shù)的優(yōu)勢

與傳統(tǒng)綜采工作面相比，智能化工作面在安全生產(chǎn)、降低勞動(dòng)用工、提質(zhì)增效等方面存在眾多優(yōu)勢。

2.3.1 安全生產(chǎn)優(yōu)勢

1）由本架操作轉(zhuǎn)變?yōu)猷徏芨鷻C(jī)操作，提高了員工的安全性，改善了員工的作業(yè)環(huán)境，降低了員工患塵肺病發(fā)生的概率。

2）設(shè)備集中控制，并進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，在運(yùn)轉(zhuǎn)前有語音報(bào)警，可以有效避免人員誤操作。

3）工作面的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，采煤機(jī)監(jiān)控視頻與液壓支架視頻會(huì)跟隨采煤機(jī)前移不斷切換畫面，為監(jiān)控中心工作人員提供視頻畫面，確保監(jiān)控中心遠(yuǎn)程操作安全可靠。

4）液壓支架具有補(bǔ)壓功能，避免因人工操作不當(dāng)而導(dǎo)致支架工作阻力不足的現(xiàn)象發(fā)生，有利于維護(hù)工作面頂板的完整性。

2.3.2 降低勞動(dòng)用工優(yōu)勢

1）較普通綜采工作面相比，單班人數(shù)由原來的13 人減少為7 人，支架操作工轉(zhuǎn)變?yōu)檠膊楣?，大幅降低了工人的勞?dòng)強(qiáng)度。

2）采用多重過濾裝置、智能化供液系統(tǒng)，保障支架工況良好，有效降低了支架維修率與維修人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，定期跟換各類濾芯即可。

3）集控中心只需1 人即可實(shí)現(xiàn)對支架、三機(jī)、泵站的控制，減少了勞動(dòng)用工。

2.3.3 提質(zhì)增效優(yōu)勢

采用智能化工作面供液系統(tǒng)：井下靜壓管路—低壓過濾站—軟化水處理站—乳化液自動(dòng)配比—泵站—智能化高壓過濾站—工作面支架自動(dòng)反沖洗，形成具有乳化液濃度智能配比、供液壓力智能調(diào)定、利用壓差反饋調(diào)節(jié)的智能反沖洗功能的智能化供液系統(tǒng)，確保供液介質(zhì)的腐蝕性、雜質(zhì)降低，極大地提高了液壓支架的使用壽命，降低維修成本。

刮板輸送機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)的驅(qū)動(dòng)電機(jī)采用變頻調(diào)控，運(yùn)行更加穩(wěn)定可靠，設(shè)備故障率極低，設(shè)備開機(jī)率達(dá)90%以上。

7 月—11 月期間8102、8115 兩綜采工作面地質(zhì)條件近乎相同，都沒有地質(zhì)構(gòu)造影響，經(jīng)過對比，8102 智能化大采高工作面平均月推進(jìn)180 m，較8115 普通大采高工作面提高16.1%，詳見圖1，平均月產(chǎn)量由21.5 萬t 提高到25 萬t 左右，增產(chǎn)15.2%。

圖1 7—11 月綜采進(jìn)尺對照圖

3 智能化開采技術(shù)遇到的問題及解決方案

3.1 后半部支架電液控制器反復(fù)重啟、頻閃嚴(yán)重

80 號(hào)支架以后的電液控制器反復(fù)重啟、頻閃嚴(yán)重、操作頁面多次無效，綜合保護(hù)開關(guān)保護(hù)斷電。在確認(rèn)供電電纜完好，接線可靠，本架電液控制系統(tǒng)連接線纜正確的情況下，使用萬用表直測供電電壓，經(jīng)統(tǒng)計(jì)有20%電液控制器127 V 供電電壓不穩(wěn)，且接線方式相同，此種接線方式占全部的60%，造成了主供電三相負(fù)載不平衡，綜合保護(hù)開關(guān)監(jiān)測斷電，電壓在100 V 以下的出現(xiàn)多次重啟，經(jīng)重新模擬計(jì)算采用新的接線方式平衡三相電源電壓后此問題迎刃而解。

3.2 液壓支架自動(dòng)跟機(jī)動(dòng)作慢

液壓支架自動(dòng)跟機(jī)動(dòng)作緩慢，約為2 架/min，無法滿足正常生產(chǎn)要求。該工作面使用RW400/31.5 MPa 液泵，高壓進(jìn)液口直徑為Φ31.5 mm，回液口直徑為Φ51 mm，受進(jìn)回液管徑制約，工作面配套泵站無法滿足支架跟機(jī)時(shí)的所需流量要求。對此，采用“雙回路”供液方式，即：同時(shí)開倆臺(tái)泵，工作面液壓管路分為兩進(jìn)液、兩回液同時(shí)供給，有效解決了支架因流量不足而導(dǎo)致的動(dòng)作緩慢問題。同時(shí)，對工作面全套支架濾芯進(jìn)行更換，每個(gè)支架2 個(gè)粗過濾（40 μm）和一個(gè)精過濾（25 μm），更換后支架移架速度顯著提升，支架動(dòng)作速度約為3.5 架/min，可正常進(jìn)行自動(dòng)跟機(jī)。

3.3 支架跟機(jī)存在漏架現(xiàn)象

在設(shè)定采煤機(jī)速度為5 m/min 時(shí)，自動(dòng)跟機(jī)存在漏架現(xiàn)象。通過調(diào)整支架跟機(jī)參數(shù)，采用交叉式移架方式，例如在10 號(hào)支架移架完成后，12 號(hào)支架進(jìn)行動(dòng)作，移架完成后，11 號(hào)與13 號(hào)支架同時(shí)動(dòng)作進(jìn)行移架，這樣較單架跟機(jī)、人工手動(dòng)操作效率提升至50%以上，如圖2 所示。

圖2 8102 智能化工作面支架跟機(jī)率

3.4 支架跟機(jī)后，架前煤堆積較多

通過對支架跟機(jī)作業(yè)情況進(jìn)行觀察，同時(shí)現(xiàn)場試驗(yàn)過松軟底板時(shí)人工操作的移架工藝流程，記錄關(guān)鍵動(dòng)作時(shí)間，對支架跟機(jī)參數(shù)進(jìn)行修正，直至達(dá)到最佳效果，過程中設(shè)置多次停頓、抬底座、降立柱操作程序，從而解決移架后支架底座前堆煤較多的問題。

3.5 電磁先導(dǎo)閥易堵塞無法反沖洗

8102 工作面使用型號(hào)為GL2000/37.5/25 的智能化高壓過濾站，在使用過程中電磁先導(dǎo)閥易堵塞無法反沖洗，導(dǎo)致高壓過濾站濾芯壽命縮短、影響水質(zhì)，更換后的高壓過濾站濾芯僅1 個(gè)月時(shí)間就全部堵塞，工作面支架的濾芯以及各類閥芯也出現(xiàn)不同程度的堵塞與損壞。在電磁先導(dǎo)回路中增設(shè)連接閥板、精過濾（25 μm），使得回路液體先經(jīng)過濾芯再到電磁先導(dǎo)閥，保障反沖洗可靠動(dòng)作，人工定期對先導(dǎo)回路的濾芯進(jìn)行清洗和更換。改造后的高壓過濾站反沖洗功能正常，使用效果良好，定期對高壓過濾站的濾芯進(jìn)行檢測后未發(fā)現(xiàn)任何堵塞，不僅提高了高壓過濾站濾芯的使用壽命，保障了支架供液系統(tǒng)的水質(zhì)要求，而且工作面支架故障率降低了80%。

4 結(jié)語

智能化開采技術(shù)在挖金灣礦8102 大采高工作面的成功應(yīng)用，不僅提高了開機(jī)率，解決了生產(chǎn)效率低的問題，提升了經(jīng)濟(jì)效益，而且大幅減少了工作面人員數(shù)量，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，提升了安全效益。