智能采礦技術(shù)在胡家河礦綜放工作面的應(yīng)用實踐

李森，閔孟崗(陜西彬長胡家河礦業(yè)有限公司，陜西 咸陽 713600)

0 引言

國家為提高煤礦開采效率和安全工作水平，在煤礦智能化發(fā)展方面給予了一系列優(yōu)惠政策，使得全國各地不同類型、模式的煤礦紛紛引入或融入智能化、信息化技術(shù)，降低開采的危險性，保障工作人員的生命安全。本文以胡家河礦為例，分析了智能化開采技術(shù)的優(yōu)勢和運用原則，介紹了綜放工作面智能開采技術(shù)在運輸、放煤、監(jiān)控工作面、控制采煤機(jī)等方面的運用優(yōu)勢，真正做到安全化高效生產(chǎn)，開采經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)一步提升。

1 智能化開采技術(shù)的優(yōu)勢及使用原則

1.1 優(yōu)勢

智能化開采技術(shù)包含人工遠(yuǎn)程控制技術(shù)，相關(guān)工作人員可通過遠(yuǎn)程操作，實現(xiàn)動態(tài)化了解實際開采情況以及現(xiàn)場問題，便于及時調(diào)整作業(yè)模式，保障整體作業(yè)效果。另外，井下作業(yè)時，可借助高清攝像頭實時監(jiān)控綜采作業(yè)情況，全過程監(jiān)測采煤機(jī)、輸送機(jī)等設(shè)備的運行狀態(tài)，并能通過紅外線傳感器，精準(zhǔn)跟蹤機(jī)械設(shè)備的作業(yè)位置，為開采工作創(chuàng)造良好條件，降低工作任務(wù)量。此外，利用直線度控制技術(shù)，綜采裝備工作面處于直線狀態(tài)，避免后期作業(yè)階段損壞輸送機(jī)等設(shè)備[1]。

1.2 原則

為了進(jìn)一步提升智能化開采技術(shù)的運用效果，實際運用階段遵守相應(yīng)的原則，保障各項工作有序推進(jìn)，帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益。具體而言：其一，安全性。智能化開采技術(shù)運用階段，應(yīng)保障所有作業(yè)人員的安全性，技術(shù)人員掌握相關(guān)設(shè)備、技術(shù)使用要點，按照規(guī)定有序工作。其二，智能化。靈活運用各種智能化設(shè)備，包含智能噴霧裝置、紅外發(fā)射器等等，不斷提高綜放工作面的產(chǎn)量。

2 工程概況

胡家河礦井中401110 屬于第十個綜放工作面，是401 盤區(qū)的第七個綜放工作面，屬于4 號煤層。相關(guān)人員根據(jù)以往工作經(jīng)驗，參考災(zāi)害治理模式，并深度分析防治水、防滅火抽采的可行性，在保障安全化生產(chǎn)的基礎(chǔ)上，將工作面設(shè)計切眼長度設(shè)置為220 m，使其成為胡家河礦設(shè)計切眼最長的工作面。此工作面采取兩巷布置方法，包括回風(fēng)巷、運輸巷，充分利用周邊地理環(huán)境，合理優(yōu)化回風(fēng)巷外圍巷道設(shè)計，在401 盤區(qū)輔運開口施工，以此減少施工任務(wù)量。另外，綜放工作面基礎(chǔ)配套設(shè)備包括：采煤機(jī)、過渡液壓支架、中部液壓支架、前后部刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、膠帶自移機(jī)等等。

3 智能化開采系統(tǒng)設(shè)計

3.1 系統(tǒng)配置

智能化開采系統(tǒng)包含三層結(jié)構(gòu)，其中第一層為動力供應(yīng)設(shè)備、采集運輸設(shè)備、檢測及動作控制系統(tǒng)；第二層為集中監(jiān)控層，通過以太網(wǎng)、總線等方式傳遞和接收信息，便于集控中心靈活控制各個分系統(tǒng)；第三層為井上監(jiān)控層，利用網(wǎng)絡(luò)高效化傳輸數(shù)據(jù)信息，地面監(jiān)控室通過分析數(shù)據(jù)信息了解井下作業(yè)情況。智能化開采系統(tǒng)包含工作面視頻系統(tǒng)、順槽監(jiān)控中心、泵站集成控制系統(tǒng)、采煤機(jī)控制系統(tǒng)、電液控制系統(tǒng)等等。以采煤機(jī)控制系統(tǒng)為例，系統(tǒng)設(shè)計期間需要保障監(jiān)測功能、控制功能等得以實現(xiàn)，其中監(jiān)測功能包含：液壓支架電機(jī)漏電閉鎖自動化報警，智能化監(jiān)測采煤機(jī)實際位置、作業(yè)速度、牽引方向、溫度和電流等數(shù)據(jù)。而控制功能包含：修改智能化系統(tǒng)的運行參數(shù)，發(fā)揮自動跟機(jī)移架、記憶截割的功能，分析記錄數(shù)據(jù)再運算。

此外，采煤機(jī)控制系統(tǒng)設(shè)計遵守全面化、可靠性、安全性的要求。實際設(shè)計階段，此系統(tǒng)具備遠(yuǎn)程智能控制、就地操作互鎖的功能，當(dāng)采用遠(yuǎn)程控制模式時，也可就地控制，而就地控制期間不允許遠(yuǎn)程控制，以此實現(xiàn)安全化操作采煤機(jī)。在智能記憶截割狀態(tài)下，人工能夠干預(yù)每項操作，一旦工作面周邊環(huán)境發(fā)生明顯變化，將造成實際數(shù)據(jù)、記憶數(shù)據(jù)差別明顯，此時需要借助人工干預(yù)的方法，合理化調(diào)整記憶截割軌跡。不僅如此，根據(jù)相關(guān)調(diào)查結(jié)果顯示，智能化開采技術(shù)運用期間仍然存在較多的問題。如：傳感器性能不穩(wěn)定，由于具體生產(chǎn)期間采集數(shù)據(jù)需要借助傳感器，要求傳感器具有良好的穩(wěn)定性和精度，但由于井下整體作業(yè)環(huán)境較差，極易出現(xiàn)傳感器失真等不良情況，造成數(shù)據(jù)傳輸錯誤，影響實際開采效果。針對這一特點，智能化開采系統(tǒng)設(shè)計期間，需要融入多傳感器融入技術(shù)，強(qiáng)化系統(tǒng)運行的冗余性能，保障傳感器穩(wěn)定運行，高效化采集和傳輸數(shù)據(jù)。

3.2 系統(tǒng)設(shè)計

智能化開采系統(tǒng)設(shè)計階段，相關(guān)技術(shù)人員遵守相關(guān)設(shè)計原則，保障系統(tǒng)符合實際作業(yè)需求，得到有效落實。具體而言：

經(jīng)濟(jì)性，保障系統(tǒng)性能和運行效果的基礎(chǔ)上，優(yōu)先選擇性價比高的配件和技術(shù)，合理化節(jié)約資金，嚴(yán)格落實節(jié)約理念，實現(xiàn)項目建設(shè)效益最大化，并注重全過程監(jiān)督管理，避免產(chǎn)生額外的經(jīng)濟(jì)損失；

可靠性，建設(shè)期間工作人員選擇高性能高質(zhì)量的產(chǎn)品，遵守優(yōu)中選優(yōu)的原則，避免后期系統(tǒng)運行期間頻繁出現(xiàn)各種各樣的問題。同時，安裝硬件階段、網(wǎng)絡(luò)連接、操作系統(tǒng)時，需要全面化展開故障檢測，多角度分析診斷報告，采取有效的處理方法，進(jìn)一步提高系統(tǒng)運行的穩(wěn)定；

開放性，在遵守國家規(guī)定和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上，將通訊協(xié)議接口公開處理，提高各個系統(tǒng)之間的互操作能力，優(yōu)化系統(tǒng)操作流程；

實用性，根據(jù)智能化開采系統(tǒng)設(shè)計目的，結(jié)合工作需求，積極借鑒國內(nèi)外相關(guān)系統(tǒng)設(shè)計經(jīng)驗，取其精華去其糟粕，選擇發(fā)展成熟的現(xiàn)代化技術(shù)，防止一味地追尋智能化、信息化，不考慮系統(tǒng)設(shè)計要求，選擇一些新興技術(shù)，導(dǎo)致系統(tǒng)設(shè)計未達(dá)到實際需求。另外，以綜采工作面為核心，了解相關(guān)用戶的實際需求，針對性設(shè)計系統(tǒng)功能，促使合理化運用每個功能，并具有方便維修、方便操作等特點；

整體性，智能化開采系統(tǒng)設(shè)計階段，考慮子系統(tǒng)之間的關(guān)聯(lián)性，引入一體化設(shè)計理念，不斷提高整個系統(tǒng)的運用質(zhì)量；

安全性，系統(tǒng)設(shè)計期間設(shè)置抵抗計算機(jī)病毒的模塊，強(qiáng)化系統(tǒng)的抗干擾能力，降低網(wǎng)絡(luò)因素帶來的影響。并設(shè)置關(guān)閉電源后數(shù)據(jù)自動保存功能，根據(jù)用戶等級賦予相對應(yīng)的權(quán)利，以此降低人為因素的影響；

易維護(hù)性，采取模塊化的結(jié)構(gòu)設(shè)計理念，每個模塊具備自動化檢測、診斷的功能，可以根據(jù)診斷結(jié)果制定安全防護(hù)措施，有助于技術(shù)維護(hù)人員第一時間發(fā)現(xiàn)問題，短時間內(nèi)完成維護(hù)工作；

可擴(kuò)展性，系統(tǒng)設(shè)計階段保障整個結(jié)構(gòu)便于擴(kuò)充，滿足大型任務(wù)負(fù)載的運行要求，并且系統(tǒng)向下兼容，保護(hù)用戶信息資料的完整性[2]。

4 綜放工作面智能化開采技術(shù)應(yīng)用

4.1 采煤機(jī)控制

采用綜放工作面智能化開采技術(shù)時，優(yōu)化采煤機(jī)系統(tǒng)，具備無線、有線兩種通信方式，可以高效化向工作面集控中心傳輸數(shù)據(jù)，提高采煤機(jī)控制水平，使其處于安全穩(wěn)定運行狀態(tài)。實際作業(yè)期間，主要采用人工操作自動化平臺，或者設(shè)置系統(tǒng)內(nèi)部程序方式，遠(yuǎn)程發(fā)送控制指令，采煤機(jī)按照指令作業(yè)，控制指令包含搖臂升降、截割控制、牽引等等，而為了保障指令順利實施，系統(tǒng)延時控制在200 ms 以內(nèi)。同時，集中控制中心重點采集和分析采煤機(jī)的運行參數(shù)，便于及時發(fā)現(xiàn)異常運行數(shù)據(jù)，第一時間采取有效的保護(hù)措施。瓦斯?jié)舛取囟?、壓力、冷卻水溫度、油箱位置、電流等等都屬于主要采集內(nèi)容，只有全面化采集數(shù)據(jù)，才能實現(xiàn)全面化管控采煤機(jī)[3]。

在集中控制中心的監(jiān)測和管理下，采煤機(jī)、泵站設(shè)備等正常運行，當(dāng)控制中心下達(dá)啟動命令，采煤機(jī)展開記憶割煤作業(yè)模式，自動化采集煤礦資源。另外，自動化割煤技術(shù)融入中部進(jìn)刀割煤作業(yè)流程，采煤機(jī)斜切進(jìn)刀作業(yè)，刀段長度15 m、深度0.8 m。整個割煤作業(yè)包含16 個環(huán)節(jié)，并借助實時煤量監(jiān)控系統(tǒng)，一旦發(fā)現(xiàn)煤量超過標(biāo)準(zhǔn)值，系統(tǒng)自動關(guān)閉放煤程序。移架方式為：在集中控制中心設(shè)置初始跟機(jī)命令，采煤機(jī)自動化割煤，技術(shù)人員根據(jù)采煤機(jī)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)，調(diào)整運輸機(jī)，使其移動至進(jìn)刀位置，當(dāng)刮板輸送機(jī)處于直線狀態(tài)，推溜動作停止。

通過發(fā)揮綜放工作面智能化開采技術(shù)的優(yōu)勢，實現(xiàn)采煤機(jī)自動化管控，降低人工成本，并構(gòu)建安全化的作業(yè)環(huán)境，降低工作人員的任務(wù)量，加快生產(chǎn)效率。此外，設(shè)置液壓支架電液系統(tǒng)，采煤機(jī)自動化運行，按照設(shè)計程序移架、回采作業(yè)。

4.2 工作面監(jiān)控

運用綜放工作面智能化開采技術(shù)過程中，工作面設(shè)置負(fù)荷監(jiān)測平臺、煤量掃描裝置、防碰撞等設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)全面化監(jiān)控，并采取記憶截割、智能放煤、遠(yuǎn)程集中控制的模式，有助于生產(chǎn)效率大幅度提升。具體操作期間，選擇四六制生產(chǎn)組織模式，根據(jù)具體作業(yè)地點的實際情況，靈活安排各個崗位的人員，做到人力資源合理化配置。工作面區(qū)域設(shè)置監(jiān)控員、巡檢工等職位，分別負(fù)責(zé)不同的工作任務(wù)，實現(xiàn)多角度監(jiān)控開采情況，保障作業(yè)質(zhì)量。

其中遠(yuǎn)程放煤監(jiān)控員負(fù)責(zé)：通過觀看視頻、分析信息數(shù)據(jù)，掌握工作面的運行情況，全過程監(jiān)測支架動作，并精準(zhǔn)判斷當(dāng)前運輸機(jī)的負(fù)荷大小，及時采取相對應(yīng)的措施管控放煤口的數(shù)量。還負(fù)責(zé)啟動或關(guān)閉綜采設(shè)備，實行遠(yuǎn)程干預(yù)采煤機(jī)的運行狀態(tài)。工作面監(jiān)控人員負(fù)責(zé)：定期巡檢采煤機(jī)、液壓支架，了解設(shè)備真實運行狀況，針對性制定維護(hù)方案，延長設(shè)備的使用時間。并能在開采階段仔細(xì)觀察設(shè)備，一旦發(fā)現(xiàn)異常情況或潛在安全隱患，立刻切斷電源停止運行，之后與技術(shù)人員取得聯(lián)系，共同探討問題的解決方法。超前支架工作業(yè)區(qū)域為回風(fēng)巷、進(jìn)風(fēng)巷，兩個位置分別委派一名工作人員，一個負(fù)責(zé)調(diào)整支架移動不到位，另一個負(fù)責(zé)監(jiān)督和指揮操作人員[4]。

4.3 運輸與放煤

運用智能化放煤控制技術(shù)時，根據(jù)綜放工作面的實際情況，建設(shè)完整的作業(yè)方案。具體而言：

其一，精準(zhǔn)管控支架放煤機(jī)構(gòu)，包含監(jiān)測位姿、防碰撞控制。在設(shè)計放煤支架時，選擇可靠性良好、精度高的尾梁行程傳感器，做到高精度管控放煤機(jī)構(gòu)，并設(shè)置傾角、紅外、壓力等不同類型的傳感器，實時監(jiān)測井下信息，高效化傳輸至調(diào)度指揮中心，同步保存、處理、顯示數(shù)據(jù)。為了提高支護(hù)高度監(jiān)測效果，精細(xì)化控制液壓支架的姿態(tài)，需要調(diào)整放煤工作面生產(chǎn)作業(yè)流程，安裝新型測高傳感器，局部檢測支架的整體姿態(tài)，避免支架高度不符合要求。

其二，探測頂煤、識別煤矸技術(shù)，有助于實現(xiàn)智能化開采煤炭資源，保障整個開采流程的安全性，工作人員能夠掌握煤層的厚度。正常情況下，無法利用傳統(tǒng)方法觀察到綜放工作面的煤巖分界線，應(yīng)借助雷達(dá)技術(shù)觀察，精準(zhǔn)掌握巖層與煤層的交界位置，靈活管控采放比。根據(jù)相關(guān)調(diào)查結(jié)果顯示，巖石和煤的介電常數(shù)差異化明顯，當(dāng)脈沖雷達(dá)發(fā)射特定信號后，在交界位置產(chǎn)生強(qiáng)烈的反射信號，從而精準(zhǔn)計算煤層的厚度。雷達(dá)技術(shù)的合理化運用，相關(guān)人員根據(jù)煤層計算結(jié)果，預(yù)測放煤量，再根據(jù)放煤時間、數(shù)量等，不斷優(yōu)化放煤方案。目前，探地雷達(dá)技術(shù)運用較為廣泛，搭配無線電脈沖技術(shù)，可滿足煤層厚度在3 m 左右的測量需求。此外，智能化開采系統(tǒng)設(shè)置運輸控制系統(tǒng)，包含組合開關(guān)、皮帶通訊控制器、膠帶運輸系統(tǒng)等，促使運輸過程具有自動化、智能化的特點。通過運用智能化采集技術(shù)，由傳統(tǒng)手動放煤轉(zhuǎn)變成自動化放煤，只需要委派巡視人員監(jiān)控即可，降低放煤階段對人工的需求量，并避免放煤不均衡問題的出現(xiàn)，提高運輸效率，保障整個放煤流程穩(wěn)定化開展，為相關(guān)企業(yè)帶來更大的經(jīng)濟(jì)效益。

5 結(jié)語

總而言之，在時代快速發(fā)展的背景下，智能化技術(shù)高效化發(fā)展，并廣泛運用于各個領(lǐng)域，取得良好的使用效果，其中運用于煤礦開采行業(yè)，可以推動綜放工作面開采技術(shù)趨于智能化方向發(fā)展，降低人工需求量，加快開采效率，為相關(guān)企業(yè)帶來更高的經(jīng)濟(jì)效益。以胡家河煤礦為例，在了解開采地點實際情況的基礎(chǔ)上，設(shè)計智能化開采系統(tǒng)，優(yōu)化系統(tǒng)資源配置，主要運用于放煤、工作面監(jiān)控、控制采煤機(jī)等工作，改善具體作業(yè)環(huán)境，達(dá)到減員增效的目的，在保障工人生命安全的基礎(chǔ)上，大幅度提高生產(chǎn)效率。