摘要:随着煤矿自动化技术的迅速发展,综采工作面采煤机、液压支架及运输设备实现自动控制,新技术的成功应用大幅降低了职工的劳动强度,但综采工作面存在地质条件复杂、煤层赋存变化大等特点,智能化生产期间仍需人工干预。某煤矿14030 一次采全高工作面在井下完成整套综采设备智能化升级改造的工作面,为综采工作面智能化开采技术的推广应用。
关键词:智能化;综采;工作面
近年来煤炭开采工艺不断进步,从普采、综合机械化采煤方式逐步发展到综采单机自动化采煤方式,安全技术水平、煤炭回采率不断提高。随着煤矿装备技术水平发展,煤炭开采工艺不断向无人智能化方向发展,这有利于提高系统设备的整体性和设备利用率。
一、综采工作面智能化采煤技术的现状
我国相比发达国家,在智能化采煤技术方面落后了很多,经过多年的发展,最终形成了我国首套综采工作面智能化采煤设备和技术。现如今,我国一些较大的煤矿都已经开始投资应用智能化采煤技术,很多煤矿已经通过这种方式较大地提高了日产量、开采率,还通过智能化的监测增加了煤矿的开采年限。煤炭开采工艺不断进步,从普采、综合机械化采煤方式逐步发展到综采单机自动化采煤方式,安全技术水平、煤炭回采率不断提高。随着煤矿装备技术水平发展,煤炭开采工艺不断向无人智能化方向发展,有利于提高系统设备的整体性和设备利用率,从根本上遏制人员伤亡事故。单机自动化水平的持续提高为综采工作面智能化开采奠定了坚实的基础,根据我国国情,为实现智能化开采,采取了两步走战略,目前阶段先实现远程控制采煤技术,然后再过渡到智能无人采煤作业。
综采工作面环境恶劣,大部分综采工作面空间狭窄、温度高、湿度大、煤尘多、噪音高、大功率设备多且工况复杂。工人在工作面近距离操作各种设备,遇瓦斯煤尘爆炸、冒顶、透水等紧急情况时,极易引发人身伤亡事故。综采工作面设备系统庞大、复杂,传统综采工艺条件下多种设备均独立系统运行,人为控制多种设备配合完成生产,由于人为操作,难免出现误操作,不利于安全生产、提高设备利用率,同时,各台设备使用及监测数据互相独立,不能及时融合,无法形成对数据的集中处理,对工作面生产环境的反映不够全面,如能实现综采工作面智能控制采煤技术,不但能将人员从相对危险的综采工作面解放出来,还有利于对设备的集中控制和监测数据处理,生产安全高效,经济效果好。
二、智能化综采工作面设备通讯控制系统
该工作面上顺槽长度 2109.5m,下顺槽长度 2284.4m,切眼倾斜长度 201m。14030 工作面采用走向长壁后退式采煤方法、一次采全高综合机械化采煤工艺,沿煤层顶板回采,采高 4.5～6.1m,基岩厚度大于 52m 区域最大采高 6.1m,一个循环推进度800mm;液压支架支护顶板,采用全部垮落法处理采空区。
1、采煤机电控系统。GWD 型采煤机使用上顺槽设备列车集控中心配套的远程控制箱控制,通过 CAN 总线将远程控制箱与工作面采煤机相连接,通过控制箱对采煤机进行远程控制操作,包括对煤机牵引方向、牵引速度、摇臂高度进行控制,对截割电机电流、牵引电机电流、油泵电机电流、摇臂高度等数据进行实时监测;同时采煤机远程控制箱与郑煤机集控中心通过 CAN 通讯线进行连接,集控中心通过各类传感器对工作面采煤机相关数据进行监测和收集。
2、液压支架控制器。大采高工作面ZE0704 型电液控系统,每架支架安装有立柱压力传感器、推移行程传感器、倾角传感器、红外接收器、电控先导阀;支架与支架之间使用控制线串联,每隔安装一个隔离耦合器和电源箱,每隔安装一交换机和云台摄像头。
通过工作面端头架处的交换机,将工作面每架支架的动作与状态数据信息及实时视频信息传输到上顺槽设备列车集控中心,实现实时监测和控制。
3、采煤机自动跟机视频监视装置。智能化工作面自动化视频监控系统,安装云台摄像仪、胶带运输机机头、转载机、设备列车集控中心及乳化液保障系统等固定地点,,能够实时监测采煤机等设备运行状态和生产情况。
4、顺槽带式输送机与工作面通讯网络。顺槽带式输送机和工作面设备集控均使用KTC101 通讯控制系统,工作面安装KTC101-1 型扩播电话,转载机和刮板运输机机头各安装 KTC101-1-IC 型启停电话,带式输送机每100 m 安装KTC101-2 型扩播电话,每部电话之间通过七芯通讯拉力相互串联,可实现工作面通话、预警、打点、急停功能。
三、综采工作面智能化采煤的技术
综采工作面智能化采煤需要解决较多项的技术攻关,综采工作面的情况较为复杂,全部依靠智能化设备进行开采,就必须使技术和设备能够在准确开采的前提下,实现自动控制和效率提高。
1、位置监测技术。综采工作面的智能化采煤首先需要能够实时确定和调整采煤机的位置。经过国外长时间的研究后,得出惯性导航技术是自动监测采煤机位置和导航的有效方法。这种方法利用加速度计算和陀螺仪来确定采煤机的位置,但是长时间仅用这一种技术进行监测的话容易产生误差,因此需要结合一些其他的技术来进行辅助监测、降低误差。比如最常用的是闭合路径算法。对于综采工作面的采煤来说,通过位置监测,实现自动导航非常重要,这样就可以避免每次都需要人工下井开采,尤其是在大型工作面上,智能化技术可以有效代替人工开采。
2、煤岩界面识别技术。在综采工作面的采煤工作中,原有的人工采煤可以依靠知识和经验来识别煤岩界面,但是利用机械采煤,就必须用智能化技术来实现煤岩界面的自动识别。当前,效果最好的煤岩界面识别技术就是热红外摄像仪追踪识别技术,这种技术非常新,还未实现完全的技术难题解决。我国一方面在研究这一新技术;另一方面也在应用一些其他的技术来进行煤岩界面识别,如电磁探测、振动频谱探测、热敏探测技术等。
3、记忆采煤技术。智能化机械采煤需要在综采工作面找到相应的采煤区域并控制采煤工作的水平面,从而进行有效的纵向切割。当前,全智能化的机械采煤对技术要求很高,我国在进行智能化采煤时,为了弥补技术上的不足,利用记忆采煤实现采煤机的调高控制。首先让采煤专业司机操作采煤机进行采煤示范,再由采煤机的智能操作系统进行数据的记录然后按照这一数据进行智能化采煤。这样可以节省较大的人力,但不足之处在于当煤层走向、高度变化较大时,必须进行重新的人工调整。
4、溜坡控制技术。在综采工作面进行采煤时,如果工作面和煤层的走向并不垂直,那么液压支架就可能发生溜坡这样的情况,并且带来较大的危险。为了实现溜坡的自动控制和监测,澳大利亚已经研究出一种新的智能技术,即激光扫描仪纠正技术。利用激光扫描进行开采监测,避免出现不垂直的现象,保障开采的安全。而且液压支架也可以选择自动控制式的,可以增强其可靠性和稳定性。
总之,综采工作面智能化采煤技术是当前采煤效率最高的技术,这种技术是系统化的,需要多种高新技术的支持和共同作用。我国当前这方面的技术还不是很完善,仍在发展研究的过程中,相关人员应加强对国外智能采煤技术的学习,增强国内的技术能力,提高采煤效率。
参考文献:
[1] 王金华,黄乐亭,李首滨.综采工作面智能化技术与装备的发展 [J].煤炭学报,2018(8):13.
[2] 高有进,罗开成,张继业.综采工作面智能化开采现状及发展展望[J].能源与环保,2018,40(11):11.