柳灣煤礦61116 智能化綜放工作面建設(shè)及應(yīng)用分析

步永偉

（山西焦煤汾西礦業(yè)柳灣煤礦，山西 孝義 032303）

智能化開采可實現(xiàn)各子系統(tǒng)間協(xié)同控制以及開采設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)測、控制等，可顯著減少井下人員數(shù)量，是煤炭開采主要發(fā)展方向[1-3]。文中以柳灣煤礦六盤區(qū)61116 智能化綜放工作面為工程背景，對采面智能化建設(shè)情況進(jìn)行探討，以期為其他礦井類似智能化工作面建設(shè)提供經(jīng)驗借鑒。

1 工程概況

61116 綜放工作面回采的11 號煤層底板標(biāo)高+865～+820 m，對應(yīng)地面標(biāo)高+1043～+1 113.6 m。11 號煤傾角1°～8°，平均4°，厚度為5.39 m。11 號煤層直接頂巖性為泥巖，顏色呈現(xiàn)黑灰色，厚度均值2.99 m；上覆的基本頂巖性為K2 灰?guī)r，厚度均值為5.84 m；煤層直接底板巖性為高嶺土泥巖，厚度均值為7.68 m，遇水變軟膨脹。61116 綜放工作面割煤高度2.8 m，放煤高度2.59 m，采放比為1:0.925，采面傾向長度180 m，推進(jìn)長度約1200 m。

2 智能化建設(shè)方案

2.1 整體架構(gòu)

智能化工作面控制系統(tǒng)架構(gòu)由設(shè)備層、集中監(jiān)控層以及井上監(jiān)控層三層結(jié)構(gòu)組成。其中，設(shè)備層為第一層，主要組成包括有采煤、運(yùn)行、支護(hù)、動力、泵站等設(shè)備，上述的各設(shè)備均隨機(jī)配備有運(yùn)行參數(shù)監(jiān)測及控制系統(tǒng)，可實現(xiàn)本地控制或者遠(yuǎn)程控制；集中監(jiān)控層為第二層，設(shè)備層內(nèi)各設(shè)備通過工業(yè)以太網(wǎng)或者CAN總線方式與集控中心進(jìn)行信息交互，實現(xiàn)對設(shè)備層內(nèi)設(shè)備運(yùn)行控制及狀態(tài)監(jiān)測；井上監(jiān)控層為第三層，通過井上、井下鋪設(shè)的通信網(wǎng)絡(luò)將集中監(jiān)控中心數(shù)據(jù)傳輸至地面監(jiān)控中心，實現(xiàn)井下設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)顯示、監(jiān)測數(shù)據(jù)綜合分析[4]。具體智能化工作面架構(gòu)如圖1。

圖1 智能化工作面架構(gòu)

2.2 各子系統(tǒng)方案

2.2.1 順槽集控中心

順槽集控中心集成了各分系統(tǒng)的集中控制、各參數(shù)的收集以及分析處理功能，主要組成單元包括：順槽監(jiān)控柜、視頻主機(jī)、數(shù)據(jù)服務(wù)器、礦用交換機(jī)、綜合接入器、監(jiān)控顯示器、設(shè)備操作臺等。具體系統(tǒng)架構(gòu)如圖2，主要設(shè)備組成見表1。

表1 順槽集控中心配置明細(xì)

圖2 順槽集控中心架構(gòu)圖

2.2.2 工作面自動調(diào)直系統(tǒng)

采煤機(jī)運(yùn)行控制系統(tǒng)綜合有線、無線兩種通信方式，其中有線通信線纜為10 芯采煤機(jī)電纜，無線通信使用無線AP 或動力載波方式。采面開采設(shè)備自動調(diào)直系統(tǒng)組成設(shè)備包括采煤機(jī)機(jī)載慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、姿態(tài)監(jiān)控主機(jī)、控制軟件等，具體組成設(shè)備及參數(shù)見表2 所示。

表2 工作面自動找直系統(tǒng)組成

在采煤機(jī)上用以慣導(dǎo)系統(tǒng)（采用HT90 激光陀螺）為核心的刮板機(jī)曲直度監(jiān)測系統(tǒng)，并結(jié)合集控中心和液壓支架電液控制系統(tǒng)、推拉精細(xì)控制系統(tǒng)完成三直的自主管理。

2.2.3 支架電液控制系統(tǒng)

電液控制系統(tǒng)組成如圖3 所示，設(shè)備包括支架控制器（ZDYZ-JA）、電源耦合器 （ZDYZ-JA）、電磁驅(qū)動器（ZDY28）、通信耦合器（ZDYZ-JB）、壓力傳感器（GYD60）、傾角傳感器（GUD90-1）、行程傳感器（GUD900-B）、隔爆兼本安型電源（KDW0.6/127-C）等；采煤機(jī)位置監(jiān)測系統(tǒng)組成包括FYF5 型紅外線發(fā)射器及接收傳感器、連接電纜等。

圖3 工作面電液控制系統(tǒng)配置圖

2.2.4 三機(jī)集中控制系統(tǒng)

系統(tǒng)設(shè)備見表3。順槽集控中心通過與工作面的三機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行通信，實現(xiàn)刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、泵站、順槽皮帶機(jī)、分級破碎機(jī)、除鐵器的遠(yuǎn)程控制；監(jiān)控中心通過與組合開關(guān)進(jìn)行通信，實現(xiàn)對運(yùn)輸系統(tǒng)各項電參數(shù)的監(jiān)控。膠帶輸送機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)測控制，需要由膠帶運(yùn)輸機(jī)的電控裝置（皮帶控制箱或變頻器）提供遠(yuǎn)程監(jiān)控的通信接口及協(xié)議，通過與該電控裝置的通信實現(xiàn)對膠帶輸送機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)測控制。

表3 設(shè)備結(jié)構(gòu)組成

2.2.5 視頻監(jiān)控系統(tǒng)

監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)構(gòu)組成見圖4 所示，通過采面內(nèi)、機(jī)頭、輸送帶搭接點(diǎn)、機(jī)尾等位置攝像機(jī)實現(xiàn)各位置畫面實時監(jiān)控，通過光纖及網(wǎng)線將視頻數(shù)據(jù)傳輸至核心交換機(jī)，實現(xiàn)遠(yuǎn)程通信。在采面內(nèi)每間隔3臺支架布置一臺攝像機(jī)，在機(jī)頭、輸送帶搭接點(diǎn)、機(jī)尾等關(guān)鍵位置安裝7 臺攝像機(jī)。

圖4 視頻監(jiān)控系統(tǒng)架構(gòu)

2.2.6 自動化放煤系統(tǒng)

遠(yuǎn)程控制尾梁、插板完成放頂煤的自動化控制。結(jié)合采煤工藝及采煤機(jī)割煤行進(jìn)方向、位置逐架放煤，第一架滿足放煤條件時進(jìn)入放煤區(qū)域，第二架滿足條件時進(jìn)入放煤區(qū)域，不考慮前面的支架是否放煤停止。后面以此類推，相鄰兩架不允許同時放煤。當(dāng)后溜負(fù)荷達(dá)到規(guī)定值時，根據(jù)進(jìn)入放煤區(qū)域的順序，適量停止部分支架放煤。每個支架第一階段放煤時間為x分鐘，達(dá)到時間即停止第一階段放煤。當(dāng)某個支架第一階段放煤結(jié)束，立即啟動第二階段放煤（啟動前檢測周邊支架放煤狀態(tài)）。第三階段為與煤巖識別系統(tǒng)結(jié)合放煤。當(dāng)已經(jīng)放煤的支架停止放煤后，且后溜支架負(fù)荷下降到規(guī)定范圍時，再依次新增支架進(jìn)行放煤。每個階段放煤結(jié)束后都須進(jìn)行尾梁和插板復(fù)位。順槽集控中心通過煤流煤量系統(tǒng)判斷運(yùn)輸設(shè)備負(fù)荷情況，實現(xiàn)載荷聯(lián)動。

3 實用效果

61116 綜放工作面進(jìn)行智能化建設(shè)后，改善勞動環(huán)境、降低勞動強(qiáng)度、減員增效,實現(xiàn)了綜放設(shè)備的自動化、智能化遠(yuǎn)程控制，主要包括：

1）實現(xiàn)工作面液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等遠(yuǎn)程監(jiān)控、故障警告、故障記錄及“一鍵”啟停和協(xié)調(diào)控制功能。

2）采煤機(jī)實現(xiàn)記憶截割，具備端頭進(jìn)刀自動割三角煤、中部斜切進(jìn)刀兩種自動化生產(chǎn)工藝，雙向割煤，液壓支架跟機(jī)作業(yè)，“一鍵”自動化放頂煤。結(jié)合視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)果，集控中心可對工作面特殊情況進(jìn)行遠(yuǎn)程干預(yù)。