煤礦智能化掘進(jìn)工作面應(yīng)用分析

高 鵬

（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 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2072 巷位于二采區(qū)西部，巷道從830系統(tǒng)大巷開(kāi)口向西掘進(jìn)，與207 工作面切巷貫通。巷道南北兩側(cè)分別與205、209 工作面相鄰，巷道掘進(jìn)區(qū)域上部為5#煤層采掘區(qū)域。5#、9#煤層之間垂直間距為60 m。

2072 巷掘進(jìn)煤層為9#煤層，含有1～3 層夾矸，夾矸為砂質(zhì)泥巖，夾矸厚度為0.2～0.45 m，平均厚度為0.38 m。煤層頂?shù)装鍘r性見(jiàn)表1。

表1 2072 巷掘進(jìn)的9#煤層頂?shù)装鍘r性表

2 智能化掘進(jìn)裝備

根據(jù)2072 巷地質(zhì)條件、煤層賦存以及巷道斷面規(guī)格，決定2072 巷采用智能化掘進(jìn)工藝[1-5]，配套設(shè)備主要包括EBZ260S 型掘進(jìn)機(jī)、DWZY1000/1200 型自移式輸送機(jī)機(jī)尾、PLC 集中控制系統(tǒng)以及CMM2-25 型雙臂液壓錨桿鉆車(chē)和DX100/69P 型蓄電池單軌吊。

2.1 EBZ260S 型掘進(jìn)機(jī)

（1）掘進(jìn)機(jī)結(jié)構(gòu)及功能。該掘進(jìn)機(jī)安裝了智能供電、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、無(wú)線通訊、導(dǎo)航、三維掃描以及安全預(yù)警等系統(tǒng)，利用遠(yuǎn)程控制、無(wú)線通訊等技術(shù)實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)智能化控制。掘進(jìn)機(jī)具備近距離操作、遠(yuǎn)距離操作和遠(yuǎn)程集中操控等控制模式，能夠?qū)崿F(xiàn)一鍵啟動(dòng)、記憶定位切割以及自動(dòng)糾偏、巷道三維建模、碰撞報(bào)警、安全預(yù)警等功能。掘進(jìn)機(jī)內(nèi)部系統(tǒng)布置如圖1。

圖1 EBZ260S 型掘進(jìn)機(jī)各類(lèi)傳感器布置示意圖

（2）掘進(jìn)機(jī)智能切割方式：① 人工遠(yuǎn)程操作。利用遙控器以及安裝在順槽內(nèi)的遠(yuǎn)程臺(tái)進(jìn)行掘進(jìn)機(jī)遠(yuǎn)程截割動(dòng)作，掘進(jìn)機(jī)在遠(yuǎn)程操控過(guò)程中可通過(guò)遠(yuǎn)程臺(tái)實(shí)時(shí)觀察掘進(jìn)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)情況。② 定位截割。定位截割主要對(duì)智能化掘進(jìn)系統(tǒng)調(diào)整截割參數(shù)，如巷道尺寸、掘進(jìn)高度以及采煤機(jī)參數(shù)（鏟板寬度、截割量等），然后通過(guò)系統(tǒng)計(jì)算實(shí)現(xiàn)定位截割。③ 記憶截割。主要根據(jù)上一循環(huán)掘進(jìn)機(jī)截割工序、軌跡，并儲(chǔ)存至系統(tǒng)內(nèi)，掘進(jìn)機(jī)在進(jìn)行下一循環(huán)截割時(shí)根據(jù)上一循環(huán)截割記憶進(jìn)行掘進(jìn)。

2.2 PLC 集中控制系統(tǒng)

集中控制系統(tǒng)分別安裝在2072 巷內(nèi)和地面調(diào)度室內(nèi)：

（1）地面集控系統(tǒng)設(shè)備配置。地面集控系統(tǒng)內(nèi)安裝一臺(tái)上位機(jī)、一臺(tái)顯示器、打印機(jī)。上位機(jī)內(nèi)安裝專(zhuān)用組態(tài)軟件，并利用顯示器直觀顯示井下掘進(jìn)設(shè)備布置情況以及運(yùn)行狀況；打印機(jī)主要對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況生成報(bào)表。

（2）井下集中控制系統(tǒng)設(shè)備配置。井下集中控制系統(tǒng)內(nèi)安裝兩臺(tái)上位機(jī)以及兩臺(tái)顯示器，利用工業(yè)千兆以太網(wǎng)與地面集中控制系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，實(shí)現(xiàn)井上下監(jiān)控畫(huà)面、數(shù)據(jù)同步顯示。

2.3 DWZY1000/1200 型自移式輸送機(jī)機(jī)尾

傳統(tǒng)掘進(jìn)工作面帶式輸送機(jī)機(jī)尾與轉(zhuǎn)載機(jī)直接搭接，當(dāng)需延伸帶式輸送機(jī)時(shí)需人工拉尾，工序復(fù)雜，勞動(dòng)作業(yè)強(qiáng)度高。DWZY1000/1200 型自移式輸送機(jī)機(jī)尾實(shí)現(xiàn)了追機(jī)移尾、自動(dòng)糾偏功能，結(jié)構(gòu)及工作原理如下:

（1）結(jié)構(gòu)組成。DWZY1000/1200 型自移式輸送機(jī)機(jī)尾主要由尾滾筒、儲(chǔ)帶滾筒、控制器、儲(chǔ)帶電機(jī)、輸送機(jī)定位裝置、行走部等部分組成。儲(chǔ)帶滾筒內(nèi)儲(chǔ)存需延伸的輸送帶，可儲(chǔ)帶長(zhǎng)度為30 m；控制器與掘進(jìn)機(jī)智能控制系統(tǒng)連接；輸送機(jī)定位裝置主要監(jiān)測(cè)輸送機(jī)機(jī)尾移動(dòng)過(guò)程中直線度。

（2）工作原理。自移尾后方安裝滑道，轉(zhuǎn)載機(jī)通過(guò)跑車(chē)與滑道連接。當(dāng)巷道掘進(jìn)一定長(zhǎng)度需延伸輸送機(jī)時(shí)，通過(guò)智能控制系統(tǒng)控制自移尾控制器，控制器接收指令后通過(guò)行走部將自移尾前移，儲(chǔ)帶滾筒在電機(jī)控制作用下松帶，實(shí)現(xiàn)輸送機(jī)延伸的目的。自移尾移動(dòng)到位后通過(guò)定位裝置對(duì)輸送機(jī)進(jìn)行調(diào)偏，保證自移尾軸線與輸送帶中心線垂直。

2.4 安全預(yù)警系統(tǒng)

主要包括UWB 無(wú)線定位系統(tǒng)和防人員入侵系統(tǒng)。巷道掘進(jìn)過(guò)程中通過(guò)無(wú)線定位系統(tǒng)監(jiān)測(cè)掘進(jìn)機(jī)半徑為2.0 m 范圍內(nèi)是否有人員活動(dòng)，當(dāng)檢測(cè)到人員時(shí)，掘進(jìn)機(jī)控制系統(tǒng)立即停機(jī)并發(fā)出預(yù)警。同時(shí)，在掘進(jìn)機(jī)機(jī)尾處安裝防碰撞系統(tǒng)，防止自移尾與掘進(jìn)機(jī)碰撞導(dǎo)致設(shè)備損壞。

2.5 CMM2-25 型液壓錨桿鉆車(chē)

傳統(tǒng)液壓鉆機(jī)利用掘進(jìn)機(jī)供電系統(tǒng)，支護(hù)時(shí)需人員站在掘進(jìn)機(jī)上，且無(wú)臨時(shí)支護(hù)裝置，鉆機(jī)獨(dú)立性差、支護(hù)范圍有限且支護(hù)安全系數(shù)低。 2072 巷的CMM2-25 型液壓錨桿鉆車(chē)主要由升降臺(tái)、旋轉(zhuǎn)臺(tái)、臨時(shí)掩護(hù)梁、雙臂鉆機(jī)、液泵等部分組成，該裝置采用獨(dú)立供電系統(tǒng)，在支護(hù)時(shí)通過(guò)升降臺(tái)控制鉆機(jī)高度，鉆機(jī)可通過(guò)旋轉(zhuǎn)臺(tái)實(shí)現(xiàn)多方位進(jìn)行支護(hù)。采用該套裝置進(jìn)行支護(hù)時(shí)，不僅支護(hù)勞動(dòng)強(qiáng)度小，而且支護(hù)安全系數(shù)高。

3 實(shí)際應(yīng)用效果分析

3.1 經(jīng)濟(jì)效益

（1）縮短掘進(jìn)工期。通過(guò)對(duì)2071 巷掘進(jìn)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，采用傳統(tǒng)機(jī)械化掘進(jìn)工藝時(shí)，巷道單進(jìn)水平為180 m/月，而2072巷采用智能化掘進(jìn)工藝后，單進(jìn)水平提高至245 m/月，縮短了巷道掘進(jìn)周期，有效緩解了煤礦采掘工作面交替銜接緊張局面。

（2）降低勞動(dòng)強(qiáng)度。采用傳統(tǒng)機(jī)械化掘進(jìn)工藝時(shí)，巷道需配備不少于8 名施工人員，1 名掘進(jìn)機(jī)司機(jī)，3 名支護(hù)工，2 名皮帶司機(jī)以及2 名皮帶延伸工；采用智能化掘進(jìn)工藝后，工作面內(nèi)僅需4人，1 人設(shè)備操作控制，2 名支護(hù)工，1 名巡檢工。

3.2 安全效益

2072 巷采用智能化掘進(jìn)工藝后，操作人員遠(yuǎn)離工作面在新鮮風(fēng)流中的操控室內(nèi)對(duì)巷道掘進(jìn)機(jī)割煤、輸送機(jī)延伸進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，操作人員減少了與粉塵接觸時(shí)間，有利于施工人員的身體健康。智能化掘進(jìn)系統(tǒng)具有預(yù)警系統(tǒng)，能有效防止人員進(jìn)入掘進(jìn)區(qū)域而發(fā)生事故。

4 結(jié)論

（1）2072 巷采用智能化掘進(jìn)工藝后，設(shè)備采用單軌吊運(yùn)行，避免了傳統(tǒng)設(shè)備安裝難度大、占用空間量大、設(shè)備移動(dòng)困難等技術(shù)難題，同時(shí)有效提高了后期設(shè)備回撤速度。

（2）智能化掘進(jìn)系統(tǒng)采用識(shí)別卡與紅外聯(lián)合控制，提高了掘進(jìn)系統(tǒng)安全系數(shù)，由原來(lái)的現(xiàn)場(chǎng)供電方式優(yōu)化為后巷遙控配電，保證了供電安全，提高了工作效率。

（3）采用遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)可對(duì)掘進(jìn)工作面設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)了設(shè)備無(wú)人值守、遠(yuǎn)程巡檢的目的，確保工作面智能化設(shè)備間具有較好的聯(lián)動(dòng)性，從而提高各設(shè)備運(yùn)行安全性能。