店坪煤礦智能化綜采工作面應(yīng)用實(shí)踐

李東波

（山西焦煤霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦，山西 呂梁 033102）

1 工作面概述

山西焦煤霍州煤電集團(tuán)呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦301 工作面為本采區(qū)首采工作面，工作面位于900 水平南翼，東為900 系統(tǒng)大巷，西至呂梁環(huán)城高速保護(hù)煤柱，南至呂梁環(huán)城高速保護(hù)煤柱，北為實(shí)體煤，工作面下部為5#煤層實(shí)體煤（3#煤與5#煤層間距為13～28 m）。

301 工作面回采煤層為3#煤層，3 號(hào)煤層位于山西組中部，上距2 號(hào)煤3.55～11.35 m，平均5.13 m，煤層厚度0.20～1.85 m，平均1.15 m，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，含0-1 層夾矸，頂板（直接頂）為砂巖、砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖，抗壓強(qiáng)度為16.0～46.2 MPa，平均28.5 MPa，屬較軟弱－堅(jiān)硬巖石。 底板（直接底）砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖，抗壓強(qiáng)度為9.8～63.9 MPa，平均29.7 MPa，屬極軟弱－堅(jiān)硬巖石，煤層傾角： 工作面方向≤5°，走向方向≤5°，可采儲(chǔ)量共6.0 Mt。

2 工作面回采布置參數(shù)

2.1 工作面設(shè)計(jì)儲(chǔ)量

301 工作面可采儲(chǔ)量為6.0 Mt，工作面計(jì)劃采用沿頂開采，單一走向長(zhǎng)壁后退式綜合機(jī)械化一次采全高采煤法，全部垮落法管理頂板，工作面長(zhǎng)度為250 m（中－中），走向長(zhǎng)約為1 169 m。

2.2 工作面設(shè)備布置情況

301 工作面采用綜合機(jī)械化回采工藝，采用MG 型采煤機(jī)割煤，ZY 型液壓支架支護(hù)頂板，SGZ型刮板輸送機(jī)運(yùn)煤，具體工作面設(shè)備布置數(shù)量及型號(hào)如表1 所示。

表1 301 工作面設(shè)備布置型號(hào)及數(shù)量匯總

3 智能化工作面設(shè)計(jì)

3.1 電液控系統(tǒng)

電液控系統(tǒng)主要由：主閥、控制器、傳感器、電源組成。 可實(shí)現(xiàn)的功能有：液壓支架姿態(tài)檢測(cè)和遠(yuǎn)程控制；跟機(jī)自動(dòng)移架；閉鎖及緊急停止功能等；通過(guò)信息傳輸實(shí)現(xiàn)工作面設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)[1]。

（1）實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架動(dòng)作的控制和狀態(tài)的監(jiān)測(cè)： 每個(gè)中間架通過(guò)采用1 組主閥12 功能12 出口礦用本質(zhì)安全型電液換向閥、每個(gè)端頭架采用1組主閥20 功能20 出口礦用本質(zhì)安全型電液換向閥、液壓支架電液控制裝置控制器、電磁閥驅(qū)動(dòng)器來(lái)實(shí)現(xiàn)液壓支架的控制；可對(duì)液壓支架實(shí)時(shí)姿態(tài)、前后傾斜角、左右傾斜角實(shí)時(shí)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)；工作面每6 架安裝一臺(tái)云臺(tái)攝像儀用于動(dòng)態(tài)跟蹤采煤機(jī)，云臺(tái)攝像頭能夠根據(jù)自動(dòng)化系統(tǒng)得到的煤機(jī)位置信息實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟機(jī)旋轉(zhuǎn)。

（2）實(shí)現(xiàn)液壓支架自動(dòng)跟機(jī)：采煤機(jī)位置監(jiān)測(cè)裝置采用紅外線發(fā)射和接收，進(jìn)而以采煤機(jī)運(yùn)行方向和位置為依據(jù)的支架自動(dòng)控制，采用紅外線發(fā)射、接收的方式，通過(guò)數(shù)字信號(hào)獲取采煤機(jī)的運(yùn)行方向、運(yùn)行位置的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[2]。

（3）信息傳輸：支架電液控制系統(tǒng)本身信息及需要上傳的其他綜采設(shè)備信息利用工業(yè)以太網(wǎng)以及傳輸設(shè)備實(shí)時(shí)上傳至地面控制站內(nèi)主機(jī)系統(tǒng)內(nèi)，并利用通信接口上傳至礦井自動(dòng)化系統(tǒng)內(nèi)。

3.2 自動(dòng)化控制系統(tǒng)

自動(dòng)化控制系統(tǒng)分為工作面部分、 順槽監(jiān)控中心和地面集控中心三個(gè)部分。 系統(tǒng)將多種技術(shù)應(yīng)用于綜采工作面，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，確保各設(shè)備協(xié)調(diào)、連續(xù)、高效、安全運(yùn)行。

（1）順槽監(jiān)控部分

①監(jiān)測(cè)功能：預(yù)期實(shí)現(xiàn)綜采工作面各設(shè)備的工況顯示，通過(guò)泵箱液壓油的油位，冷卻水流量、壓力，油箱溫度等傳感器實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)工況顯示；通過(guò)工作電流、電機(jī)轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)、冷卻水壓力、流量等傳感器實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)的工況顯示；通過(guò)支架測(cè)高傳感器、傾角傳感器、壓力傳感器、推移梁行程等傳感器實(shí)現(xiàn)液壓支架工況顯示[3]。

②控制功能：以電液控計(jì)算機(jī)主畫面為主，工作面視頻畫面為輔助手段，通過(guò)遠(yuǎn)程操作臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架的遠(yuǎn)程控制，準(zhǔn)確、快速、實(shí)用，響應(yīng)時(shí)間小于500 ms。 控制方式分為全自動(dòng)控制模式、分機(jī)自動(dòng)控制模式對(duì)綜采設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化控制。 控制功能包括對(duì)液壓支架的遠(yuǎn)程控制、采煤機(jī)的遠(yuǎn)程控制、工作面運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)的自動(dòng)化控制、泵站系統(tǒng)工況監(jiān)測(cè)及集中自動(dòng)化控制功能等。

③具有儲(chǔ)存查詢功能：對(duì)歷史故障查詢功能，對(duì)各子系統(tǒng)設(shè)備重要運(yùn)行參數(shù)歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，能以歷史曲線和數(shù)據(jù)列表方式查詢；儲(chǔ)存的數(shù)據(jù)可在監(jiān)控中心進(jìn)行查詢、管理，并可直接打印成報(bào)表形式便于參閱[4]。

（2）工作面部分

工作面內(nèi)設(shè)備之間相互通訊、 相互聯(lián)鎖控制主要利用工業(yè)以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)，工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)主要包括網(wǎng)絡(luò)無(wú)線交換器、設(shè)備接入器、127 V 供電電源、光纜等部分組成。

①記憶截割功能：根據(jù)需要靈活配置循環(huán)深度和控制策略；在線修正運(yùn)行姿態(tài)；記憶截割可隨時(shí)中斷或恢復(fù)；控制接口全面開放，可在順槽主機(jī)設(shè)定或按截割模板控制，配合自動(dòng)化系統(tǒng)滿足不同工作面的斜切進(jìn)刀、 割三角煤、 倒退掃底等工藝，并可以根據(jù)礦井實(shí)際的工藝要求進(jìn)行修正。

②工作面自動(dòng)找直功能：工作面自動(dòng)找直系統(tǒng)要求依靠精準(zhǔn)推溜功能結(jié)合采煤機(jī)、 液壓支架位置定位、 系統(tǒng)程序軟件處理分析實(shí)現(xiàn)工作面自動(dòng)找直功能；找直系統(tǒng)安裝在采煤機(jī)上，由采煤機(jī)制造廠家提供相關(guān)設(shè)備安裝位置、供電電源，預(yù)留機(jī)載無(wú)線基站安裝位置、 以及與找直系統(tǒng)的以太網(wǎng)通信接口；通過(guò)支架推移行程數(shù)據(jù)、采煤機(jī)自身編碼器、圖像識(shí)別對(duì)數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)，系統(tǒng)生成刮板運(yùn)輸機(jī)位置曲線；電液控制器執(zhí)行控制平臺(tái)發(fā)出的調(diào)直指令，通過(guò)精準(zhǔn)推移，達(dá)到工作面調(diào)直的目的。

③實(shí)現(xiàn)工作面人員定位識(shí)別功能：使用ZJB-12T 礦用本安型近感探測(cè)器，近感探測(cè)器通過(guò)發(fā)射低頻信號(hào)，標(biāo)識(shí)卡監(jiān)控低頻信號(hào)，當(dāng)收到低頻信號(hào)時(shí)，判斷該信號(hào)的工作模式，如果與自身模式匹配，按照低頻信息提供的架號(hào)，將自身信息發(fā)送給工作面安全感知傳感器，并通知控制器，實(shí)現(xiàn)控制器閉鎖，定位誤差不大于20 cm。

④通訊方式：采用工作面以太網(wǎng)作為整個(gè)工作面的網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，第3 代綜合接入器，實(shí)現(xiàn)寬帶1 000 M，將工作面大量的數(shù)據(jù)與視頻信息通過(guò)該平臺(tái)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心[5]。

（3）地面集中控制部分

①監(jiān)控功能：工作面在回采過(guò)程中利用視頻系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取液壓支架移動(dòng)情況、采煤機(jī)位置、切割方向等信息，并及時(shí)上傳至地面監(jiān)控中心配備顯示器，從而可直觀的對(duì)工作面內(nèi)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控管理。

②控制功能：可對(duì)綜采自動(dòng)化控制系統(tǒng)通過(guò)“一鍵”啟停按鍵啟動(dòng)工作面綜采設(shè)備，操控人員可遠(yuǎn)程對(duì)工作面內(nèi)任何一臺(tái)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行啟停動(dòng)作，并可對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行檢修維護(hù)。

③存儲(chǔ)功能：地面錄像服務(wù)器對(duì)重點(diǎn)采集點(diǎn)（采煤機(jī)工作區(qū)域、 監(jiān)控中心及其他相關(guān)采集點(diǎn)）的視頻進(jìn)行動(dòng)態(tài)錄像，各子系統(tǒng)設(shè)備重要運(yùn)行參數(shù)歷史數(shù)據(jù)查詢、存儲(chǔ)功能。

④通訊方式：通過(guò)井上下數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)上傳到地面并在井下和井上計(jì)算機(jī)上顯示，接入到礦井自動(dòng)化系統(tǒng)，向其提供數(shù)據(jù)格式，采用標(biāo)準(zhǔn)OPC協(xié)議。

4 結(jié)論

1）綜采工作面投用智能化設(shè)備后，消除了人工作業(yè)產(chǎn)生的危險(xiǎn)作業(yè)環(huán)境，通過(guò)人員定位識(shí)別功能，實(shí)現(xiàn)控制器閉鎖，最直觀地體現(xiàn)了智能化工作面的安全效益。

2）301 為薄煤層綜采工作面，如果采用人工采煤的方式，由于空間有限，職工操作較困難，機(jī)組牽引速度預(yù)計(jì)為3 m/min；實(shí)現(xiàn)智能化后，操作方便，采煤機(jī)牽引速度可達(dá)6 m/min，預(yù)計(jì)每班多割3 刀，月均產(chǎn)量可提高0.05 Mt，提高工效50%。

3）301 智能化工作面如果正式投產(chǎn)后，工作面配套電液控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控、支架自動(dòng)補(bǔ)壓、自動(dòng)跟機(jī)，可實(shí)現(xiàn)在地面集控中心一鍵啟停，工作面基本上消除了重體力勞動(dòng)。