正利煤業(yè)14-1201工作面自動化采煤系統(tǒng)應用分析

陳侯虎

（山西焦煤集團嵐縣正利煤業(yè)有限公司，山西 嵐縣 033500）

隨著煤礦采掘技術和裝備的不斷發(fā)展，自動化采煤逐漸得到推廣應用。相關專家學者對其關鍵技術也進行了攻關，取得了顯著的成果。目前已取得了如采煤機自主定位導航和煤巖識別、 液壓支架電液控、 刮板輸送機智能推移以及自動集中監(jiān)控等關鍵技術的突破，自動化采煤系統(tǒng)與技術也相繼在國家能源集團、冀中能源、陜煤集團等大型煤企開展了試驗和應用[1-5]。

1 工程概況

正利煤業(yè)14-1201 工作面井下位于二采區(qū)，東為實煤，西為14-1101 采空區(qū)，北為二采區(qū)集中軌道巷，南為礦界煤柱。14-1201 工作面為14-1106 工作面的接替面，與其相隔101、102、103、104、105 五個面，基本不受采動影響。14-1201工作面與14-1101 工作面采空區(qū)相鄰，14-1101 工作面于2013年11月回采結束，采空區(qū)已趨于穩(wěn)定，但14-1101 工作面采空區(qū)將會對14-1201 工作面造成影響。工作面開采煤層區(qū)域呈單斜構造，煤層走向近南北，傾向東，傾角8°左右，煤層厚度1.05～3.65 m，平均2.77 m，煤層結構0.71（0.13）2.32，老頂為粉砂巖、砂質泥巖，厚3.3 m，深灰色- 灰黑色，中部夾0.3 m 的細砂巖，含植物化石；直接頂為泥巖，厚1.31 m，灰黑色，質軟，有高岺質成分；偽頂為炭質泥巖，厚0.48 m，局部地區(qū)存在，灰黑色，水平層理發(fā)育；直接底為砂質泥巖，厚2.7 m，深灰色，有極明顯的水平層理，中厚層狀，塊狀，具裂隙，斷口平坦狀，含植物化石豐，半堅硬。工作面設計走向長1 456～1 537 m，傾向長280 m。

2 14-1201 工作面自動化采煤系統(tǒng)

正利煤業(yè)14-1201 工作面設計采用自動化采煤系統(tǒng)。自動化采煤系統(tǒng)采用由集控中心、采煤機控制系統(tǒng)、支架電液控制系統(tǒng)、供電設備和泵站監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、防爆網(wǎng)絡攝像系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等構成的自動化集中控制系統(tǒng)實現(xiàn)自動化采煤。其中，集控中心屬于“井下中控室”，可實現(xiàn)14-1201 工作面自動化系統(tǒng)的監(jiān)控和人工干預；采煤機控制系統(tǒng)通過設置在采煤機上的傳感器，識別采煤機當前位置，控制采煤機行走割煤等工序；支架電液控制系統(tǒng)則通過電磁閥控制液壓支架走架、推溜；供電設備和泵站監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、 防爆網(wǎng)絡攝像系統(tǒng)、 通訊系統(tǒng)主要用于輔助14-1201 工作面自動化采煤系統(tǒng)的實現(xiàn)。

2.1 自動化采煤系統(tǒng)控制原理

14-1201 工作面自動化采煤系統(tǒng)根據(jù)回采工藝流程，制定專門的控制策略，在14-1201 軌道順槽系列車處建立集控中心，通過集控中心實現(xiàn)工作面自動化控制，包括工作面液壓支架自動移架控制、 采煤機自動截割控制、 刮板機自動輸送控制、轉載機自動轉載控制、破碎機自動破碎控制、皮帶輸送機自動輸送控制等功能。同時，自動化采煤系統(tǒng)可實現(xiàn)對工作面設備工況實時在線監(jiān)測，及時發(fā)現(xiàn)故障隱患，并通過在線語音報警、故障停機等方式，提醒集控操作人員采取措施避免設備損壞，提高設備開機率，如圖1所示。

圖1 14-1201 工作面自動化采煤系統(tǒng)控制原理

2.2 自動化采煤系統(tǒng)控制模式

自動化采煤系統(tǒng)控制模式分三種，包括自動控制模式、遠程控制模式及檢修控制模式，模式轉換通過集控中心總控轉換功能開關實現(xiàn)。14-1201工作面自動化采煤系統(tǒng)如圖2所示。

圖2 14-1201 工作面自動化采煤系統(tǒng)

（1）自動控制模式

自動控制模式是14-1201 工作面常態(tài)化控制模式，當各工種人員接班后經(jīng)現(xiàn)場巡查，設備完好且不存在特殊情況，確定現(xiàn)場無其他隱患，所采取的一種控制模式。

①自動化模式可對各系統(tǒng)分別單獨設置自動模式。

②該模式下整個系統(tǒng)具備“一鍵”啟停功能。

③該模式下系統(tǒng)自動完成設備層面的啟動條件判斷、啟動邏輯控制、停止條件判定、停止邏輯控制和意外情況造成的順序停止。

（2）遠程控制模式

遠程控制模式用于工作面暫時性面臨頂?shù)装宀黄健⒉筛叱?、采高變低和推溜受阻等情況時，自動化無法滿足現(xiàn)場需要，而采取的一種遠程控制采煤機和液壓支架的控制模式。

（3）檢修控制模式

檢修控制模式用于工作面出現(xiàn)地質構造、頂板破碎、機頭上翹、設備故障、檢修及端頭架、超前架、自移機尾拉移、轉載機拉移受阻、工作面檢修等情況時，采用的一種特殊模式。

2.3 自動化采煤系統(tǒng)控制條件

自動化采煤系統(tǒng)控制條件包括工作面所有設備全部控制和部分設備實現(xiàn)自動控制。

（1）工作面設備全部控制：各崗位工交班后進入工作面對本崗位設備和隱患進行排查，同時，集控中心人員通過確認自動開機條件是否成熟，無問題后實現(xiàn)對工作面設備全部控制。自動化控制開機順序： 膠帶輸送機→破碎機→轉載機→運輸機→采煤機→支架，停機順序：停機順序同開機順序相反。

（2）工作面設備部分控制：當工作面某臺設備因受地質條件和設備故障等原因，自動控制無法滿足現(xiàn)場需要，因此采用部分控制的方式實現(xiàn)工作面采煤。

（3）人工干預操作：人工干預分為兩類控制方式，包括集控中心遠程干預操作和現(xiàn)場對設備進行直接干預，稱為現(xiàn)場干預。

3 應用分析

將開發(fā)的自動化采煤系統(tǒng)應用于正利煤業(yè)14-1201 工作面，實現(xiàn)了正利煤業(yè)自動化采煤系統(tǒng)的首次應用，14-1201 工作面為采用自動化采煤系統(tǒng)時，工作面原煤含矸石較多，含矸率在25%左右，采用自動化采煤系統(tǒng)后，含矸率明顯降低，幅度高達50%，如圖3所示。同時，自動化采煤系統(tǒng)的應用，大大提高了工作面生產(chǎn)能力，單個工作面年生產(chǎn)能力可達1.50 Mt 以上，實現(xiàn)了煤礦井下減人增效，工作面人員可由15 人減少至9 人以內，同時，改善了煤礦工人工作環(huán)境，降低了工人勞動強度，推進了自動化在采煤系統(tǒng)的應用，具有重要的研究和現(xiàn)實意義。

圖3 自動化采煤系統(tǒng)應用前后原煤含矸率柱狀圖

4 結語

正利煤業(yè)14-1201 工作面采用自動化采煤系統(tǒng)，系統(tǒng)由集控中心、采煤機控制系統(tǒng)、支架電液控制系統(tǒng)、供電設備和泵站監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、防爆網(wǎng)絡攝像系統(tǒng)、通訊系統(tǒng)等構成，基于此，確定了自動化采煤系統(tǒng)控制原理、 控制模式和控制條件，工作面自動化采煤系統(tǒng)應用后，實現(xiàn)了煤礦井下減人增效，工作面人員可由15 人減少至9人以內，同時，改善了煤礦工人工作環(huán)境，降低了工人勞動強度，推進了自動化在采煤系統(tǒng)的應用。