自动化综采工作面

关键词： 煤炭资源 顶板 工作面 煤矿

自动化综采工作面（精选十篇）

自动化综采工作面 篇1

目前, 中国煤炭装备水平已接近或达到了世界先进水平。以采掘装备为例, 经过“十五”计划和“十一五”计划的长足发展, 国产设备市场占有率已远远高于进口品牌。国产采掘装备不论从装机容量到一次开采高度、再到机器的外观设计已与国外产品相差无几, 甚至有的做到了世界最大。然而, 设备的内在性能和整机的自动化水平与国外产品仍有差距。采掘工作面自动化是煤炭生产环节的重中之重, 因其难度极大, 发达国家也没有很成熟的技术和应用案例。由于综采是中国煤矿最主要的采煤工艺, 近几年国内有很多科研院所和自动化公司开展了有关综采工作面的无人化和少人化 (自动化综采工作面) 研究。自动化综采工作面研究的关键是从采煤工艺的角度来主导综采工作面设备的自动化运行及配合, 即从综采系统的整体角度来思考自动化采煤问题。

1 自动化综采工作面的现状

综采工作面是煤矿生产最前沿, 也是最复杂的工作环节。其设备数量多, 设备之间相互制约、相互协调, 任何单一设备都无法脱离其他设备而单独完成任务。同时这些设备的任何一个动作还受地质条件的限制。一个标准的综采工作面一般由200~300台设备构成, 核心设备有采煤机、刮板输送机、液压支架、转载机、破碎机和带式输送机, 仅液压支架就多达100~200架, 实现自动化的难度很大。随着自动化技术的发展及采煤工艺研究的不断深入, 在地质条件允许的情况下实现自动化采煤逐渐具备了可行性。2009年3月, 神华神东煤炭集团有限责任公司榆家梁煤矿全国首个自动化综采工作面进行了井下试车[1]。2010年, 山西晋城无烟煤矿业集团有限责任公司古书院煤矿首个自动化综采工作面系统开始下井调试, 并先后完成了4个工作面的运行, 总结了丰富的经验, 其改进后的第2个自动化综采工作面系统也已开始下井试运行。阳泉荫营煤矿的薄煤层自动化综采工作面完成了极薄煤层段的采煤工作。此外, 大采高自动化综采工作面也于2013年6月通过地面验收, 同年8月已在西山煤电 (集团) 有限责任公司斜沟煤矿下井安装完毕并进入调试阶段。通过一系列的研究和试验, 自动化综采工作面技术有了很大提高, 控制理念也基本清晰, 整体水平已达到实用化阶段, 可在一定程度上减少现场操作人员。

综合近几年的一些试验项目和上述技术突破, 自动化综采工作面技术已渐入实用化阶段。随着试验项目的不断投入运行, 技术会日趋完善, 产品可靠性会不断提高;标准化产品很快就会出现, 实用化的少人或无人自动化综采工作面将投入运行。

2 综采工作面设备组成

综采工作面设备从整体自动化角度可分为生产设备、辅助设备、测控系统, 其平面布置如图1所示。

2.1 生产设备

综采工作面的生产设备包括主要采煤设备和转载运输设备。主要采煤设备是整个综采工作面的核心设备, 可将其称为主采机组。笔者将工作面的“三机”———采煤机、输送机、液压支架看作一个大型设备。由于这3种设备在结构上相互连接, 动作上相互制衡, 位置上相互重叠, 故从自动控制的角度来看是不可分割的一个整体, 应由测控系统统一控制。转载运输设备是综采工作面的接续设备, 包括转载机、破碎机、带式输送机等, 主要完成煤炭的连续运输工作。

2.2 辅助设备

辅助设备一般是指设备列车上的所有动力保障设备, 包括动力中心、泵站、清水站、自动配液系统等。动力中心为整个综采工作面所有设备提供电力, 测控系统可通过网络对其任何一个动作进行控制, 并可读取每一条路线的所有电气参数及开关状态。泵站是液压支架的动力源, 可通过测控系统进行集中控制, 完成自动配液、软化处理、压力检测、水位控制、泵组开停及各种保护功能。

2.3 测控系统

测控系统是自动化综采工作面的中枢神经, 是综采工作面由机械化向自动化过渡的关键设备, 包括工作面整体操作控制中心、主采机组控制站、转载运输控制站、视频监测中心、通信调度中心等。其中有几项技术瓶颈需要攻克, 如主采机组控制站中包含的采煤机高速通信系统、煤岩识别系统、姿态检测系统、关键部件故障检测系统;支架电液控制系统、支架姿态检测系统和刮板输送机自动张紧系统、自移机尾系统、地形检测及工作面调直系统[2];随机移动的工作面可视化系统、高速有线及无线通信系统、高可靠的实时控制系统和高性能的防爆计算机等。目前, 国产支架电液控制系统已达到实用化水平, 采煤机记忆切割、高速通信系统已有重大突破, 工作面可视化系统、高速有线及无线通信系统和基于主采机组概念的实时控制系统已在多个工作面得到验证。其他专项技术也有大量的机构进行了研究。

笔者从自动化综采工作面的设计和实施过程中发现, 要想实现综采工作面的自动化运行, 必须对综采工作面的设备重新认识和定位[3], 打破原有的在人工操作基础上以单机为控制目标的传统思路, 打破设备生产厂家的界限, 打破设备功能的界限;修正单机智能化的传统研究思路, 从工作面整体采煤的思路来看待每一台设备, 将它们作为一台大机器的一个部件, 在控制中心的统一控制下协调工作。

3 自动化综采工作面概念的误区

近几年, 笔者经常在网络、报纸或其他媒体上看到“自动化综采工作面”、“智能化综采工作面”、“无人综采工作面”、“数字化综采工作面”等投入运行的消息, 使得业内人士眼花缭乱。由于国家对此还没有统一定义, 笔者认为首先应从概念上进行规范, 使用户真正认清自己要的是什么、做的是什么, 以便为后续综采工作面自动化、信息化的推进和应用起到标志性作用。

目前, 机械化综采设备在山西、内蒙古等煤炭大省已基本普及, 但在云南、贵州、四川等地质条件较差的省份还有相当数量的煤矿没有使用综采设备, 更不用说采煤自动化了。但不论什么条件, 都有关于“无人工作面”或“自动化工作面”的相关报道, 总结起来有以下几种情况:

(1) 把机械化当成自动化。对于一直以人工炮采为主要工艺的煤矿, 突然试验成功“综采设备采煤”, 人员由原来的几百人一下降到几十人, 不再用人工落煤, 就以为是自动化采煤了。

(2) 把支架电液控制系统当成工作面自动化。现在比较成熟的电液控制系统都具有跟机拉架、自动降-移-升等简单控制功能。客观上这些均为支架本身的自动控制, 可使支架工由操作液压阀改为操作电液控制按键;单架或成组的连贯动作可以自动完成;在顶底板条件特别好的情况下也可以进行跟机拉架动作[4]。但这样的系统只是改变了人们的操作方式, 并不能大量减少人员。有些报道把它夸大为工作面自动化, 一方面可能是对工作面自动化理解不深, 另一方面也存在夸大宣传的问题。这种观点是把个别设备的自动化理解为整个工作面的自动化, 这样宣传会产生误导, 客观上不是推动自动化工作面技术, 而是起到阻碍作用。

(3) 玩文字游戏, “智能化工作面”、“数字化工作面”、“无人工作面”、“自动化工作面”、“工作面一键启动”、“鼠标采煤”等, 让人眼花缭乱, 无所适从。这些概念有的是从不同角度出发, 取不同的名字;有的是为了突出科研申报项目与别人项目的差异化, 以名词创新替代技术创新。但就目前的技术水平来说, 这些名称都没有实质区别, 而且大部分都是名不符实。

4 自动化综采工作面的概念和定义

就上述几种情况而言, 前2种属于认识的局限性, 把机械化和单机设备自动化当成了“自动化工作面”, 应彻底否定, 以免误导行业发展。对于第3种情况, 也应有一个具体的界定。笔者认为对于自动化工作面, “无人工作面”是目标, “数字化工作面”是“自动化工作面”某一方面的特征, “智能化工作面”是“自动化工作面”的高级阶段。“数字化工作面”从单一技术层面而言, 只是技术手段而已, 它强调的是对工作面设备的数字化描述的特征, 不能完全体现“自动化工作面”的控制特征。而“智能化工作面”应该是自动化水平达到能模仿人的思维方式的高级阶段, 应该具有处理非常规问题的能力。如果整个工作面的自动化控制系统达到了智能化这一水平, “无人工作面”的目标就可真正实现了。但目前的现实情况是, 自动化工作面才刚刚起步, 自动化水平还没有达到智能化的程度, 至多只能说是使用了一些智能化的技术, 只达到了少人的程度。根据以上分析, 又由于目前煤矿自动化工作面技术应用仅限于采煤工作面, 所以目前的煤矿自动化工作面应以“自动化综采工作面”来命名比较恰当, 并根据其自动化程度的不同再给出如下分级的定义。

4.1 综采工作面局部自动化

局部自动化是指在综采工作面中, 某一种或几种设备自身在不受外界条件影响下可实现自动化动作, 而不需要人工操作。如支架电液控制系统的跟机拉架、自动降-移-升等;采煤机的牵引速度自动调节、滚筒的记忆切割、刮板输送机的自动张紧等。局部自动化只能提高单品种设备的自动化程度, 在一定程度上减轻矿工的劳动强度, 不能明显减少作业人员, 但它是自动化工作面的基础。局部自动化的这些自动控制项目都是机械设备根据自身动作规律进行小范围自动调节和控制, 其动作条件是假设周边条件不变的情况下进行的, 在地面演示或在煤层非常稳定的条件下也可以实现整个工作面自动化, 但从控制原理上看, 它是属于“开环控制”。在实际应用中, 由于工作面生产条件经常受地质条件变化、设备之间时空关系的变化等影响, “开环控制”很难正常工作。

4.2 综采工作面半自动化

要实现整个工作面的自动化运行, 仅有局部自动化功能是不够的。因为综采工作面是很多机械联动, 地质条件也是随时变化的。综采工作面半自动化是指在局部设备具备单机自动化功能的前提下, 在工作面端头进行由人工干预的控制。根据具体情况, 又分2种情况:①在条件理想化的情况下, 工作面的中间段由端头控制中心控制单机 (局部机械) 实现自动化运行。②在条件发生变化的情况下或复杂工艺段, 可在端头控制中心根据视频信号, 进行人员远程操作;如情况复杂, 人员可进入工作面进行直接干预。

4.3 综采工作面全自动化

综采工作面全自动化应该具备较高水平的自动化控制功能, 基本实现采煤的无人化。从工艺设计开始 (如斜切进刀、割三角煤、扫底煤、自动调高等) , 到各设备之间的协调控制 (如自动配液、顺序启动、集中送电、滚筒自动调高、自动拉架推溜、自移机尾、链条设备自动张紧、工作面一键启停、设备干涉自动检测等) , 采用无线通信、视频跟机监控、图像自动拼接等技术, 所有操作都在工作面控制中心协调完成。综采工作面全自动化控制系统结构如图2所示。

4.4 综采工作面智能自动化

智能自动化可简称为智能化, 它是自动化程度的更高层面, 而不是脱离“自动化工作面”的另一个层面。智能化在具体采煤过程中与全自动化没有太大区别, 只是在特殊情况下它应该具有部分人工智能, 可提供特别的控制策略。可由以下流程来加以区别:由“检测—比较—计算—执行”发展到“检测—识别—推理 (运算) —决策—执行”。如遇到煤层突然变化, 如何自动识别煤岩并自适应调节设备动作;根据运输系统的负荷能力调节采煤机的割煤速度;根据瓦斯和通风条件变化调节采煤速度;对设备主要部件进行故障诊断和寿命周期管理等。可以说, 智能化采煤对采煤工作面的研究有极其重要的意义, 是长远目标, 而且智能自动化本身也是从低级到高级分阶段的, 这个发展过程也是随着技术进步而不断推进的。

5 自动化综采工作面的发展途径

现在业界对自动化综采工作面有不同的认识, 研究的技术路线也各不相同, 主要分2大流派:①以电液控制为主的单机智能派, 强调各独立机器设备的自动化水平;②以主采机组概念为代表的系统派, 强调工作面的系统概念。笔者认为不论是哪一派都是在各自熟悉的方面提升综采工作面的自动化水平, 都会对综采工作面无人或少人化有积极的推动作用。尽管目前从生产和使用的角度看, 工作面的3种核心设备由不同厂家生产和提供, 而且各自有独立的动力系统和控制系统, 但三者在采煤过程中是不可分割的。在目前以人工操作为主要工作方式 (机械化采煤) 的情况下, 每台设备的动作可单独操作, 各生产厂家都对其进行自动化技术的改造升级, 如智能采煤机系统、电液控制系统、刮板输送机在线监测系统等。但某一种设备自动化水平的提高不会对工作面整体工作产生太大影响。过度地强化单机的自动化控制功能, 而弱化系统概念, 只会使单机越做越复杂, 成本越来越高。

要实现综采工作面的全自动化, 应从以下3个方面调整对采煤工作的认识。

(1) 建立系统概念, 把综采工作面所有设备看作一个整体可移动的机组, 整个回采过程就是机组整体移动的作业过程。其中各种设备如采煤机、液压支架、刮板输送机等只是其中的一个部件, 所有部件由测控系统联络、控制, 使其形成一个整体。综采工作面系统化控制示意如图3所示。

(2) 弱化局部设备 (部件) 的控制功能, 强化其通信、检测、保护和执行功能, 所有控制命令由控制中心发出。设备的每一个动作都是在收集大量信息 (各部件提供的设备状态、姿态、位置、速度及地质数据) 进行大量运算后的结果, 每一个动作都是在考虑当下各部件的时空关系和地质条件下进行的, 这样才能保证各设备之间不干涉, 同时又能高速运作。

(3) 自动化动作与人工操作截然不同, 在设计软件时尽可能优化工艺, 使其更适合自动化运行规律。真正的自动化工作面不再是以机械设备为主导, 由设备司机操控的设备群, 而是以自动化控制系统为主导, 由采煤工艺工程师来操作的采煤系统[5]。

从这个角度理解, 自动化综采工作面应该是一台可以自动行走、自动割煤、自动支护、自动装煤、自动运煤的大型机器, 操作人员不是分别操作各个子机器, 而是在巷道的操作列车上操作该大机器。

6 结语

煤矿综采工作面的自动化以达到无人或少人采煤为目的, 是采煤技术发展的终极目标。经过多年的研发和试验, 自动化综采工作面技术已渐入实用化阶段。在新技术推广阶段, 由于市场及用户对此了解甚少, 难免会出现标准不一、概念混乱的现象, 有必要从技术和实施效果方面做一些界定, 为以后行业或国家制定标准做一些前期铺垫。“自动化综采工作面”作为项目标准名称, 在此基础上分为综采工作面局部自动化、综采工作面半自动化、综采工作面全自动化、综采工作面智能自动化4个不同的技术级别是比较客观和科学的。在上述技术分级的基础上, 技术研发应该以全自动化或智能化为目标进行总体布局、分阶段推进, 首先应从优化工艺开始, 建立系统控制概念, 避免设备厂家单打独斗的现象, 真正实现综采工作面的自动化运行, 实现无人和少人化作业, 从而把矿工从恶劣环境中解放出来。

参考文献

[1]云孝义.神华集团薄煤层综采自动化工作面总结报告[EB/OL].[2013-11-20].http://www.docin.com/p-472124441.html.

[2]武培林, 牛乃平, 高波.电牵引采煤机远程控调技术研究[J].科技创新与生产力, 2012 (9) :77-79.

[3]付国军, 杨明亮, 许太山.综采无人工作面的整体设计与实现方法的构想[J].工矿自动化, 2013, 39 (1) :39-42.

[4]伍小杰, 程尧, 崔建民, 等.液压支架电液控制系统设计[J].煤炭科学技术, 2011, 39 (4) :106-109.

综采面自动化控制系统研究 篇2

综采工作面是煤矿井下生产的主要场所，其所处地质环境复杂多变、相对恶劣，生产作业设备类型多样，因此若想实现综采作业的高效、智能化开展必须构建配套的集成控制系统，实现对各类综采设备的集中控制。本文结合工程实际对综采面自动化控制系统开展探究，为推动矿井生产的现代化发展提供帮助。

1国内综采设备现状

现阶段，中国综采设备的发展已从机械化和电气化阶段发展进入自动化阶段，其中综采液压支架电液控制、三机启停控制和采煤机跟机控制均已初步实现智能自动化，通过覆盖全矿井工业以太网的构建，各种类型的视频监控装置不断覆盖综采面，为井下作业的全面自动化开展提供了必要基础。但多数矿井综采面设备只是部分实现了集中控制，多数设备仍为单机控制。因此，需要针对性地进一步完善自动化控制方案，构建完整的自动化控制系统软件，并配套相应的视频技术，确保综采面自动化控制的远程可视化[1]。

自动化综采工作面 篇3

【关键词】采煤技术；自动化；应用；煤炭需求

自动化采煤工作面研究和用用关键技术是现阶段煤行业的重点科技任务之一，现在有很多企业在生产过程中应用了自动化综采技术以后可以大大有利于减少采煤工作面的人员数量，降低工人劳动强度，提高工作面安全程度以及提高工效。但是在这个过程中往往会受到工作面煤层薄、地质环境复杂、能见度低等一系列因素的影响，影响工作面回采率及设备效能。因此还需要我们想方设法进行解决。

一、国内外综采自动化技术的对比情况

（一）国内综采自动化技术的现状。

就目前而言，世界上最为先进的滚筒采煤机自动化割煤工艺一般分为以下两种：1、采煤机尾滚筒随动割煤方式。它只需要操作前滚筒，尾滚筒会自动根据设定进行割煤，因此只配备1名采煤机操作人员即可；2、采煤机记忆割煤方式。它是首先通过操作人员手动示范割煤，然后采煤机自动记忆操作人员操刀的参数进行割煤，这样一来就需要操作人员一直跟机来监护机器的运行。就目前而言，国内许多煤炭企业为了达到提高资源回收率和延长矿井寿命的目的，在研究薄煤层的开采技术方面作出了很大的努力。但截止到目前为止国内还没有

滚筒式采煤机自动化割煤应用的成功案例。

（二）国外薄煤层开采技术及自动化发展状况。

现阶段，国内外长壁式中厚偏薄煤层通常有两种技术途径进行开采：1、采用刮板输送机、普通刨煤机和液压支架综采机组；2、采用刮板输送机、滚筒采煤机和液压支架相关配套的采煤机机组。如何进行选择要根据具体情况而定，因为这两种技术各有特点，适应性也不一样。其中刨煤机综采工艺单一，因此比较安全，并且块煤率也比较高，非常适宜于开采那些硬度较低、厚度较薄并且地质条件复杂的煤层；而滚筒式采煤机综采则非常适宜于煤层厚度、硬度以及地质条件简单的煤层。

二、综采自动化技术在工作面的应用

综采自动化技术在工作面的应用主要包括以下几个方面的内容。

（一）支架随采煤机的跟机自动化。

需要注意的是几点：1、要实现跟机自动化，一定要保证所有传感器（红外线接收器、红外线发射器、行程传感器和压力传感器等）可以正常工作；2、在支架跟机自动化作业的过程中，需要根据采煤的实际情况而设定具体的参数；3、要从全局上把握跟机自动化的全过程。山西煤炭运销集团盖州煤业有限公司计划采用的是全截深回采工艺和滚筒采煤机双向工艺，将整个采煤过程分为四个步骤逐个进行完成，具体见2.2。

（二）采煤机的记忆割煤自动化模式。

这种模式在使用过程中主要注意以下几个方面：1、设定基本参数。需要在调试记忆割煤前设置一些基本参数。参数设定好以后，在自动参数屏幕中输入最大或者最小煤层厚度、工作面长度、滚筒直径等参数；2、校正传感器。主要是校正俯仰传感器、复位传感器、速度传感器等。计算机程序用这些传感器对采煤机的俯仰和摇摆角度实施跟踪，同时不会受到摇摆角度和坡度的影响；3、编制采煤过程表。这需要根据不同的割煤方式分别编辑不同的过程表，并且需要选择不同的模式，值得注意的是，在割煤的整个过程中需要相关人员为了适应工作面的变化不断的对其进行修改；4、采煤机自动割煤模式。一般地说，采煤机记忆割煤自动化都有自动、手动和学习这三种模式。它可在司机收到干预最小的条件下自动进行割煤，这无疑可以大大减少采煤机司机的劳动强度。综合各种技术的应用范围和神东集团自身的实际情况，他们最终决定选用滚筒采煤机双向割煤方式。

（三）信息通讯技术。

它需要主要注意以下四点：1、JOS（通讯控制系统）与支架主控计算机二者之间的通讯可以让支架及时获得采煤机的具体位置；2、保证采煤机与JOS二者之间的良好通讯，并且能够随时对采煤机的状态数据进行监测；3、所有信号都是通过数据上传系统传至地面数据调度室，从而实现数据集中监控；4、由于支架主控计算机与支架之间或者是相邻两架之间进行通讯，这样一来就可以很好的集中控制支架动作，同时能够相互检测对方的当前状态。

（四）采煤机随机视频系统。

1、视频信号的传输方式。通常采用的是电一光一电的传输方式，将视频信号经过转换和传输以后直接将模拟信号显示成像，然后通过随机光缆传输到控制台的检测平台上，这样一来就在很大程度上减少了模拟信号转化为数字信号的信号损失；2、防水、防尘、防雾。这是因为井下环境复杂，相关工作人员必须将这个方面的因素考虑进去；3、工作面视频设备的具体布置情况。这就需要在采煤机摇臂截割电机的前采煤机灯位置各安装2个低照度摄像头，经过4套光端机和1根光缆与机头位置的4台防爆监视器相连接，这样就可以实现防爆监视器抓拍到监视采煤机滚筒的具体位置了。

三、综采自动化技术的优势之处和亟待完善的地方

通过不完全数据统计，试用综采自动化以后的采煤企业都大大降低了人力资源；提高了采煤工作面的安全程度；提高了采煤工效。不过在实际使用过程中也有亟需改进的地方，主要表现在：（1）无法实现支架、采煤机、三机等设备的信息共享和彼此之间的有效控制，一定要各自开启自动化，然后通过接收器控制支架和采煤机红外线发射器进行自动化动作才行，从这一点上来看，我们还需要想方设法加强各设备的信息交互功能从而实现相互协调作业；（2）当前的摄像系统所采集的工作面影像不足，所以还只能够通过增加摄像头来采集更多的信息来帮助司机完成远程监视和作业；（3）采煤机在自动化割三角煤过程中，务必要根据过程表准确设置割到采煤机设定的支架号，不然的话会停止采煤机的自动化作业。值得注意的是，在割通两端头的过程中一定要采用手动模式割煤，不然很容易出现机头机尾搭桥或割伤设备等现象的情况，这样会造成非常严重的后果。

四、结束语

综上所述，随着科技的进步和时代的发展，国内外都非常重视采煤技术的实际应用，虽然当前综采自动化技术存在着这样和那样的缺陷和不足之处，不过比起传统的采煤技术有非常明显的优势，也是今后采煤技术的必然趋势，为了更好的对其进行应用和实践，还需要广大的工作人员和企业不断的探索和努力研究，最终实现经济增长和生态保护的和谐统一。

【参考文献】

[1]王波、邓文革、关伟.自动化技术在综采工作面的应用[J].陕西煤炭.2011，（03）.

[2]温忠强.综采自动化采煤技术的应用实践[J].中国新技术新产品.2013，（24）.

[3]韩平.电气自动化技术在机械采煤中的应用[J].自动化应用.2012，（07）.

煤矿综采工作面自动化技术探究 篇4

随着我国经济快速发展, 对资源的需求量日益提升。煤炭资源受到广泛关注, 但是我国煤矿开采存在不少问题[1]。即高产量、高死亡率;煤炭企业较普遍存在“采厚齐薄”、“吃肥丢瘦”的现象, 煤炭资源浪费大;我国煤矿瓦斯突出、瓦斯爆炸、顶板事故发生频率较高。

1 综采工作面自动化系统基本构成

综采工作面自动化设备主要分为两大部分: (1) 主采机组:采煤机、刮板机、工作面液压支架、乳化液泵站; (2) 转载运输:转载机、破碎机、皮带输送机、超前支护支架。在工作系统中, 采煤机、刮板机、工作面液压支架是工作面设备。支架所起的作用各不相同, 端头支架主要支护端头空间巷道围岩, 保护输送机机头和机尾;超前支架主要对两侧巷道围岩进行超前支护;破碎机骑跨在转载机上, 把工作面运来的煤体经过破碎后, 转载到皮带输送机然后运走, 皮带输送机的机尾属于自移式, 能随工作面自行移动;乳化液泵站是工作面液压支架的动力源;喷雾泵站主要给采煤机、刮板机、转载机等供应冷却水和喷雾压力水。

1.1 自动化系统构成

性能优越的综采工作面系统通常由:自动控制系统、传感器系统、计算机系统、设备工况检测和故障诊断系统、电液控制系统直线控制系统、集中控制系统等多种自动化技术的综合应用。综采工作面自动化重点技术有:工作面液压支架的电液控制技术、刮板机直线推进技术、煤层与岩石分界技术、自动采煤技术、工况监测技术、故障诊断技术、顺槽控制技术[2]。

1.2 自动化系统的功能与目标

自动化系统实现主要功能是采煤机自动记忆采煤;支架自动推溜与拉架;综采工作面输送机负载自动识别控制。其次, 重要设备必须具有数据传送通讯能力, 且能和多种通讯系统和接口进行双向传送数据。以此实现对所有设备的主要工作参数 (如:温度、电流、速度、位置等) 实时控制, 并能够与其他设备进行信号交换, 能够信息共享及联锁控制。自动化系统实现目标是综采工作面的生产作业自动化, 以此实现降低劳动强度、增大煤矿开采量;对自动化系统构成设备进行实时在线监测, 及时发现故障或隐患, 以便采取对应措施。以此避免设备损坏, 保障设备运转率;把工作面的相关生产信息及时准确传送到井上, 通过计算机网络完成共享, 从而实现生产信息化管理。

1.3 综采工作面自动化系统控制要求

综采工作面是煤矿生产一线阵地, 其工作环境复杂多变, 工序较多, 所以对自动控制要求相对较高。综采工作面系统通过远方控制与就地控制, 就地分部开车、检修开车等方式对综采工作面进行监测和控制[3];控制系统需要实现能够在地面直接控制井下综采设备 (如:破碎机、运输机、转载机等) , 同时能控制开关、泵站等;自动辨别煤流, 有煤流时, 皮带输送机运行, 反之, 停止;良好的故障诊断性能;自动化系统对重要设备具有视频监控功能。

1.4 综采工作面生产作业自动化

1.4.1 采煤机控制

生产作业中, 采煤机需要根据存储参数自动运行, 无需人工操作。采煤机的自动控制通常分为牵引控制、滚筒高度控制。控制方式的选用取决于综采工作面的地质状况。首刀限制。采煤机控制装置对第一刀割煤的参数进行存储, 与后续的进刀参数做对比, 加以限制, 禁止割煤超出存储尺寸;恒定工作面断面割煤作业;记忆割煤。即运用存储器中存储的人工截割相关数据进行割煤作业。人工操作可随时修正记忆数据, 以适应工作面的变化;传感系统控制。

1.4.2 综采工作面输送机负载控制

根据输送机电机工作电流或刮板链条的受力大小监控综采工作面输送机的负载, 自动调整采煤机的速度, 实现调整落煤量。倘若电流过大或刮板链条受力太大, 输送机控制系统向采煤机发信号, 使采煤机降低速度或停止运行。

1.4.3 液压支架的控制

液压支架通过电液控制系统实现。电液控制系统采用PM4控制器, 在割煤作业中, 岁采煤机的行进系统控制支架的液压系统, 按采煤工艺要求完成一系列动作。可实现单台液压支架的多动作自动顺序联动及成组自动控制。

依据采煤机所处位置需先推溜后移架。此时, 采煤机需把自身位置数据传送到液压支架的控制装置。一般情况下, 液压支架接收器通过采煤机上的红外线信号, 确定其位置。每个液压支架都设置有接收器, 信号传送到液压支架控制装置, 从而实现支架的运动功能。

2 综采工作面自动化系统的应用

部分国家 (如:英国、澳大利亚等) 已经进行自动化采煤。自动化开采煤层, 对煤体要求高, 要求煤层坡度平缓、顶板稳定性好、采高偏差小。一般综采工作面不易实现。神东煤炭分公司率先实现综采工作面自动化采煤。先后榆家梁煤矿45204、哈拉沟煤矿02203半截深自动化工作面;补连塔煤矿31306双向全截深自动化工作面。综采工作面应用自动化技术可有效提高工程质量、减轻综采职工的劳动强度;发挥先进设备功效, 产量得到大幅度提升。

3 综采工作面自动化系统有待完善

(1) 液压支架联动时, 对片帮煤影响比较大, 需要支架工作者随时检查支架前面是否有阻碍 (如:大块煤) , 以免挤伤电缆。 (2) 综采自动化采煤队煤层要求偏高, 仅适宜煤层较平缓、顶板可靠稳定、采高相对固定的井巷, 普及性较差。

4 小结

由于煤矿作业环境恶劣, 制约煤炭生产的发展[4]。而工作面实现自动化有利于煤矿企业高产、高效发展, 还能减轻开采员工的劳动强度、减少事故发生率。因此, 研究综采工作面自动化开采技术意义重大。

摘要：我国煤炭资源丰富, 煤矿企业居多。由于煤矿开采作业环境恶劣, 运用自动化技术即可提高产量, 又能降低劳动强度。发展自动化开采技术有利于促进煤矿企业安全高效生产。研究和应用自动化采煤技术是煤炭行业的重点任务。从综采工作面自动化技术的构成、功能、控制等方面进行阐述。

关键词：综采工作面,自动化,控制

参考文献

[1]方新秋, 何杰, 郭敏江, 等.煤矿无人工作面开采技术研究[J].科技导报, 2008 (09) :56-61.

[2]夏护国.自动化综采工作面技术应用[J].陕西煤炭, 2007 (01) :59-60.

[3]刘万东.煤矿综掘、综采工作面自动化技术发展趋势探讨[J].科技与企业, 2012 (19) :334.

15101综采工作面总结 篇5

15101综采工作面为我矿的首采工作面，2011年5月19日0点班开始进入初采初放阶段，将于2012年7月15日圆满顺利完成了末采结束工作。在这个漫长的回采工作历程中，即丰富了我们在生产技术方面的业务知识，也在生产过程中使我们积累了很多经验，弥补了我们在这方面的欠缺和不足，现将工作面回采期间在技术及施工方面的工作总结如下：

一、基本情况：

15101综采工作面为白羊岭煤矿主采煤层15#煤的首采工作面，邻近无采空区，周边无其他掘进巷道。工作面倾斜长度为120米，走向长度1036米。2011年5月19日0点班开始进入初采初放阶段，整个工作面将于2012年7月15日结束末采任务。在工作面回采过程中，工作面共揭露大小落差7条断层和四个无炭柱，对回采都有较大的影响。

二、技术方面：

1、工作面顶板情况：

在初采初放期间，先后收集了直接顶垮落步距、老顶初次来压步距和周期来压步距，具体为：直接顶垮落步距为10米、老顶初次来压步距为30米和周期来压步距为50米。

2、工作面过断层情况：

在回采期间先后揭露了H=1.5m、H=1.0m、H=2.1m、H=8.0m、H=4.0m、H=1.3m、H=1.7m的 7条断层，在过断层期间，提前编写了过断层安全技术措施，在断层处如果揭露的岩性较硬必须采取放震动炮，采取沿底板或顶板适当破顶或破底割煤，在过断层期间适当控制采高，确保过断层期间顶板支护到位，整个工作面先后过断层7条，经过这样的经历后，积累了很多经验。

3、工作面过无炭柱情况：

工作面先后揭露四个无炭柱，第一个无炭柱长轴为30米，短轴为25米；第二个无炭柱长轴为90米，短轴为50米，第三个无炭柱长轴为60米，短轴为32米；第四个无炭柱长轴为95米，短轴为40米。无炭柱充填物为K2灰岩、砂岩、泥岩；胶结较好，质硬，无水。过无炭柱主要采取了以下施工工艺：（1）无炭柱顶板胶结较好时：打眼放炮—割煤—顺序降架移架—升架—移溜。（2）无炭柱顶板胶结不好时：铺金属网—打眼放炮—割煤—顺序降架移架—铺设木板梁、升架—移溜。

4、工作溜子的上窜下滑情况：

由于工作面最大倾角超过15°，在回采过程中工作溜子上窜下滑难以控制，影响工作面的正常推进，很可能造成工作面顶板压力过大，特别是在过高冒区及过空巷期间，出现漏顶现象严重，顶板难以控制。在控制溜子上窜下滑时，必须根据现场情况进行合理调整。经过多次研究针对工作溜子上窜下滑制定了相应的措施，具体采取的措施为：（1）、采用调斜的方式进行回采：即将工作面调整为伪倾斜。（2）、在生产过程中应根据煤层倾角的变化调斜工作面。

通过对15101综采工作面的回采，我们积累了丰富的经验，为下一步的工作打下了坚实的基础。通过对过断层、无炭柱、空巷等条件下的回采施工，对工作溜子上窜下滑的控制，我们在技术业务方面发现了很多欠缺，并及时加以解决，同时也得到提升。通过这次经验，我们认识到必须结合工作面现场实际情况，认真研究制定出相应的技术措施，让施工单位可以更安全、更科学的在各种复杂地段进行回采施工。我矿综采队职工在过各种地质构造段回采施工中积累了很多经验，并且在毅力方面得到了培养，值得广大职工学习。

综采工作面收尾安全技术措施研究 篇6

關键词：综采工作面；收尾；技术措施；安全事项；研究

引言

回采工作面进入收尾阶段后，需要进行系统性的物资回收和采空区处理，以确保资源的合理利用，以范各庄矿2120（1）工作面为例进行综采工作面收尾安全技术措施研究。2120（1）综采工作面工作面工程临近末期，需进行收尾工作，为确保收尾工作的安全顺利的进行，必须制定具有针对性的安全技术措施。

1.技术措施分析

1.1 改变风道超前支护形式

（1）当上超前进入风道120m时，采取在每架棚梁下打单体液压支柱加强支护。

（2）距煤壁10m范围内每架棚梁下打两颗单体液压支柱，10—20m范围内每架棚梁下打一颗单体液压支柱。

（3）超前支护距离不少于20m，所打的单体液压支柱必须迎山有劲并用铅丝拴牢。

1.2 改变运道超前支护形式

（1）当下超前进入运道185m时，在每个棚梁空沿倾向打一块3m大板加强支护，要求一板两柱，且支护距离不少于10m，保证距煤壁10m范围内为双排支护；

（2）运道175m以外，采取在每个棚梁下打一颗单体液压支柱加强支护；

（3）超前支护距离要求不少于20m，所打的单体液压支柱必须迎山有劲并用铅丝拴牢。

（4）打倾向板时要将两腮找平，并用小板、木垛或旧料将大板上顶背实；

（5）打板时需要进入转载机内作业时，必须先将转载机闭锁或停电。

1.3 收尾技术措施

（1）当工作面下机头推进至运道200m时，工作面风、运道按3：1开始找斜子，推移输送机时坚持由下向上推移，并及时调整支架状态及工作面工程质量，使支架不挤不咬。

（2）工作面下机头推进至运道195m时，工作面开始建网，要求沿倾向搭接400mm，沿走向搭接400mm，网扣呈三角形布置，间距不大于200mm，建网期间确保把网铺平整，确保支架托网均匀，若支架托网不好的区域，可用支架带半圆或栏板方法帮助托网。当采面第一联单网被支架托上后，开始联双网，要求沿倾向搭接400mm，沿走向搭接600mm，网扣呈三角形布置，间距不大于200mm，铺网时采面上下端头剩网不少于1.0m。

（3）待工作面双网吃进后开始上绳，要求第一条绳沿着支架前梁下沿上，绳要上直，绳间距要求为600mm，绳搭接处的搭接长度不小于6m，用铅丝拴好。工作面全面收尾上绳不少于12条，绳必须与金属网用网丝固定好，网扣间距不大于400mm。采面上下端头各留2m以上的绳头，同时上下端头的钢丝绳要3.0m大板压实。

（4）随着工作面的推进，当第一条钢丝绳到达支架后尾梁部落地以后，工作面支架不再前移，随着机组割煤要将支架与前溜连接的十字头或软连接摘开。然后开始用单体柱进行移溜，在此基础上机组再割煤一刀，保证支架前梁到煤壁有14m的宽度。

（5）工作面支架定位后，开始在每组支架上沿工作面走向带3.0板，每组支架两块，板的前端顶到煤壁，后端搭在支架的顶梁上。然后，机组开始割煤，割完之后，将支架上的3.0m板前移，前端顶至煤壁，并将支架升到初撑力。然后将金属网联至工作面底板，在每块3.0板下打好帖帮柱，用铅丝拴好、拴牢，打帮柱时单体柱的柱脚不得踩网。

（6）工作面帮柱打完以后，垂直煤壁打两排锚杆，呈三花眼布置，眼距1.5m，排距1m，锚杆末端使用锚杆盘将金属网压住。

（7）工作面割完最后一刀煤以后，机组下行，将机组上部的面溜用单体柱顶回老塘侧，并将机组行至上机头，确保机组滚筒与帮柱之间有1m以上的距离，便于机组的拆卸。

1.4 爆破技术措施

（1）爆破工作由通风区专职爆破员进行，到达工作现场后，炮机必须锁在炮机箱内。

（2）爆破前应检查爆破地点顶板、煤帮、支架情况，电缆、液压支架、通信、照明设施等要妥善保护好，机组距放炮地点不得小于10m，并关闭响炮点附近支架的主管路。

（3）爆破前，爆破地点20m范围内进行洒水灭尘，瓦斯浓度达到1%时严禁爆破。

（4）爆破前必须在通向爆破地点的各通道设专人截人，由现场班组长负责，负责截人人员必须佩带袖标，并挂好截人牌板，工作面爆破截人距离不小于50m。

（5）爆破现场严格执行“一炮三检”制度，并执行好“三人连锁”放炮制度及其他有关规定。

（6）装药时必须使用好水炮泥和炮泥，封泥长度必须符合《煤矿安全规程》的规定。

（7）爆破后，必须由班长、炮工和安全员先验炮，并由班组长检查顶板、煤帮、支架等情况，有不安全因素应立即处理，处理好后再开工。

2.安全注意事项分析

（1）施工人员听从现场班组长指挥，做好工作面的收尾的安全确认工作，并保证好安全和质量。

（2）工作面带板、串板、打板时，高度较大必须搭好牢固的脚手板，确保施工人员的安全。

（3）采面上板和串板时，要先观察顶板情况。需降架时，必须先和周围人员打好招呼，待人员撤到5m以外架箱中后再操作支架。严禁同时升降相邻的支架，分段进行此项工作时，必须保证有10m以上间距，以保证相互之间不受干扰。

（4）为了防止煤壁片帮，要按规定要求打好帮锚杆，打锚杆眼过程中，操作人员按打眼工操作规程执行，打眼时要扎紧工作服袖口，不许戴手套。开钻时两手要把钻机握紧，以防伤人，打眼中换眼时必须停钻，严禁人身体各部位接近旋转处。

（5）收尾工作完毕后，必须将采面全部清理一遍，面溜必须清出底沿，支架清出架脚，不得有浮煤、浮矸堆积，不用的物料及时运走，保证回撤工作顺利进行。

结语

总上可知，综采工作面的收尾工作是一项复杂的系统性工程，期间涉及到顶板处理，设备拆解、回收等诸多的工作，施工周期长、施工内容繁多，必须高度重视并根据综采工作面的实际情况不断改进安全技术措施，以保障收尾工作顺利完成。

参考文献：

[1]孟召平，刘宏军，冯树国.范各庄矿井地质报告[M].北京：中国矿业大学，2009（3）.

[2]姚忠宝.浅埋深复合顶板大架型工作面收尾方式探讨与实施[J].煤矿现代化，2015（03）：6-7.

[3]张继兵.锚网绳联合支护在综放工作面收尾中的实践[J].煤，2015（03）：36-38.

浅谈煤矿综采工作面自动化技术 篇7

我国的煤炭开采虽然经过多年的发展, 依然存在很多问题, 作为煤炭工作的第一线, 综采工作面的技术水平决定着采煤的工作效率。只有保证综采工作面的安全, 才能确保煤矿企业的安全生产。目前, 个别矿井已经将自动化技术应用到综采生产上, 自动化技术与相关设备得到了传播应用。

1 自动化综采工作面的现状

综采工作面是煤矿生产的第一线, 也是整个采煤系统中最复杂的部分, 大部分的采煤设备都集中在这里, 并且设备之间相互协作, 共同完成采煤工作, 任何设备都不能脱离其他设备单独工作, 设备与设备之间的联系非常密切, 同时这些设备的运行还要考虑其所在环境的影响, 设备所处地方的地质条件也是制约采煤设备运行的一大重要因素。一个标准的综采面需要多达200台甚至300多台设备共同工作, 这些设备中有采煤机、刮板输送机、液压支架、转载机、破碎机等等, 其中的支架数量就有100多至200多架, 这么多设备共同工作, 要做到完美配合, 实现自动化难度很大。随着自动化技术的研究日渐成熟与采煤工艺的日趋完善, 在某些地质条件允许的情况下, 可以做到采煤工作的自动化。综合目前部分自动化矿井的实验研究以及在实现项目上技术的突破, 综采工作面的自动化技术已经日渐成熟, 并且进入实用阶段, 随着实验项目的不断运行, 不断地发现问题并且改进设备性能, 产品的性能会不断提高, 标准化的设备也将会在不远的将来出现, 目前少人或无人的自动化综采工作面已经安全稳定的运行了。

2 综采工作面设备及自动化系统构成

(1) 综采工作面主要设备构成。1) 主采机组:液压支架设备、乳化液泵站设备、采煤设备、刮板设备;2) 转载运输:破碎设备、皮带输送设备、转载设备等。其中在工作系统中, 液压支架设备属于工作面支护设备, 支架的种类很多, 各自所起的作用也各不相同, 其中端头支架主要支护端头空间巷道围岩, 超前支架主要是对两侧巷道围岩进行超前支护。乳化液泵站设备则是液压支架设备的动力源, 其中喷雾泵站主要是给采煤机等设备供应冷却水和喷雾压力水。输送机属于移动式设备, 能够随着工作面自行移动, 破碎机则是位于转载机上部, 把工作面运来的煤破碎到一定粒度后转载到皮带机上运走。

(2) 综采工作面自动化系统构成。综采工作面的自动化系统主要包括计算机、传感器、工况检查、故障诊断等系统, 各个设备的自动化技术有机结合, 协同工作才是采煤自动化的核心。其中的重点技术有煤层与岩石分界技术、刮板推进技术、故障诊断技术等。

3 煤矿综采工作面生产作业自动化

(1) 采煤机控制。在实际生产作业中, 采煤机的工作依靠储存参数的设定进行自动运行, 采煤机的自动控制主要分为牵引控制、滚筒控制。我们根据采煤机所处的实际地质状况确定采煤机的控制方式。采煤机在第一刀割煤后, 及时储存所取得的技术参数, 并于后续技术参数做对比, 加以限制, 禁止割煤超出储存尺寸。

(2) 综采工作面输送机负载控制。根据输送机的电机工作电流的变化我们可以知道输送机的负载变化, 同样, 根据刮板链条的的受力大小变化我们也可以监控到这一现象, 根据电机电流变化及刮板链条受力变化我们可以利用自动控制系统调节采煤机的速度实现落煤量的调整, 同时, 如果电流过大或刮板链条受力太大, 输送机控制系统会向采煤机发出信号, 使采煤机降低速度或者停止工作。

(3) 液压支架的控制。液压支架的自动控制原理是液压支架通过接收采煤机的信号, 确定采煤机所处位置进行推溜或移架, 从而实现支架的运动功能。采煤机需要通过自身所带的红外线发射装置发射红外线信号, 由液压机上的控制装置接收信号并且确定其位置, 然后由液压支架上的电液控制系统要求支架完成一系列动作, 电液控制系统采用PM4控制器。

4 煤矿自动化综采工作面的发展途径

要想实现综采工作面的自动化, 我们需要着重从下面三个方面改变我们的认识: (1) 建立系统概念, 综采工作面上的所有设备需要共同协作, 一起完成采煤工作, 所以我们要把所有设备当作一个系统机组, 整个综采工作面上的所有设备整体协同工作, 其中的采煤机, 输送机等等设备只是其中的一个设备所有设备在整体测控系统的联络控制下形成一个有机整体, 共同完成回采工作; (2) 建立系统概念后, 要有意识弱化局部设备的控制功能, 把重心放在局部设备的执行、通信、保护功能上, 局部设备不停收集大量信息:设备状态、位置、速度、所处地质数据等, 在信息回传后控制系统进行大量运算, 然后根据所处地质条件和各部分关系确定所应该进行的动作, 只有这样才能保证各个设备独立运行、相互配合、各不干涉; (3) 自动化技术运行与人工操作截然不同, 在设计控制软件时应该尽量优化程序, 使各个设备能更好运行, 真正的自动化运行不是以设备为主, 而是以自动化控制系统为主导, 这就需要我们真正的深入生产现场, 了解设备的工作情况, 各设备之间的配合状况。在实际工作时由采煤工艺工程师操作采煤系统。从这个角度理解自动化综采面应该被认为是一个具备割煤、支护、装煤、运煤等一系列动作的大型机器, 操作人员操作的不是每一台具体的设备, 而是整体的控制系统。

5 结语

总之, 由于煤矿工作环境恶劣, 地质条件复杂等原因, 要想提高采煤技术, 只有实现综采工作面的全面自动化, 而这样才能提高煤矿企业的生产效率, 降低生产成本, 减少安全隐患, 加快煤炭企业的发展。

参考文献

[1]李东晓.机器人技术在煤矿自动化中的应用[J].煤炭科学技术, 2007 (05) .

[2]胡穗延.煤矿自动化和通信技术现状与发展趋势[J].煤炭科学技术, 2007 (08) .

[3]贾思学.煤矿自动化系统的几点分析[J].煤, 2010 (02) .

[4]时海蓓.煤矿自动化系统实现的配套装置简析[J].科技创新导报, 2010 (11) .

[5]高保昌.我国煤矿自动化的发展状况与趋向[J].科技风, 2010 (22) .

综采工作面自动化控制系统研究 篇8

我国是世界上煤炭产量最多的国家, 煤炭开采历史悠久, 然而由于煤炭所处的环境复杂, 地质情况变化多, 井下煤尘大、能见度低, 导致煤矿生产常常伴随着事故的发生, 严重威胁着煤矿工人的生命, 造成经济损失和社会伤害。提高煤炭开采的自动化水平, 以现代化设备和控制技术改造传统生产工艺技术, 实现综采工作面少人乃至无人开采, 是实现煤矿安全生产的根本所在, 也是提高煤矿功效和经济效益的关键。因此研究综采工作面自动化控制系统具有十分重要的意义。

1 综采工作面自动化控制系统的基本原理

综采工作面自动化控制的基本原理:基于液压支架电液控制系统的工作面自动化控制途径, 实现煤机采煤过程自动控制、支架跟机自动化、泵站智能供液控制、三机 (运输机、转载机、破碎机) 自动控制、工作面煤机前后视频图像以及煤机、支架、三机、泵站和各供电开关等实时参数 (包括支架压力、护帮板情况、煤机各参数、泵站各参数、三机开关状态、电流等情况) , 通过各自接口传输到PLC主控计算机, 经过主控计算机内自动化控制软件及程序的处理, 完成综采工作面的自动化割煤的全过程控制, 并以窗口界面形式显示出来, 同时数据上传到地面各需要观察工作面情况的调度中心、领导办公室、集团调度等地方, 实现远程监测和控制工作面生产情况。

2 综采工作面自动化控制系统组成

综采工作面自动化控制技术主要包括:顺槽胶带控制系统;转载机、破碎机、刮板运输机“三机”控制系统;工作面供电控制系统;泵站智能化控制系统;液压支架自动控制系统;采煤机自动控制系统;工作面视频系统;综采工作面信息传输及自动化控制平台系统。

3 主要系统的技术要求

3.1 顺槽胶带控制系统

能够自动、手动、试验三种方式控制顺槽胶带的启动、停止, 有远程故障查询、故障显示、故障解锁的功能, 有故障性质和地点的报警功能, 能够远程监控, 和搭载设备自动闭锁, 能就地维修控制, 皮带保护齐全有监测、显示和投、撤功能, 检测皮带电机的电流、电压、功率。

3.2 综采面三机控制系统

能够实现转载机、破碎机、刮板运输机的远程、就地、检修控制开停, 三机相互之间的闭锁控制, 有急停闭锁, 能实现与顺槽皮带和煤机之间的相互通讯闭锁, 三机的状态检测, 电机的数据显示, 有设备起停是的预告, 有故障报警, 整个工作面的通话系统和保护急停等, 能够和整个自动化系统之间有网络接口, 实现通讯和控制。

3.3 工作面供电控制系统

能实现对三机、供液泵站、采煤机的负荷开关及供电变压器等的状态、运行参数、故障报警进行监测;能做到对工作面整个供电系统实现远距离控制;对整个自动化系统进行通讯和控制的网络接口。

3.4 泵站智能化控制系统

对工作面泵站、过滤系统集中自动化控制, 能够实现泵站智能联动控制、多级过滤、工作面紧急卸荷、自动补液 (水) 、乳化液自动配比、系统运行信息检测与上传等功能, 实现集成供液系统智能自动控制。

3.5 液压支架自动控制系统的基本功能

(1) 电液控制系统、支架控制中心及控制软件必须先进、可靠, 功能齐全, 满足对液压支架各种动作 (成组拉架、成组推溜, 单台支架动作) 的控制, 跟随煤机完成自动移架、推溜等, 实现跟机自动化的功能, 能实现对自身控制系统的故障能够诊断、显示和报警, 并传输到计算机控制中心; (2) 能实现支架的远程和就地操控、闭锁、急停; (3) 应有检测支架压力、推移油缸位移量、护帮板状态、前梁伸缩状态、平衡油缸状态、顶梁纵向倾角、支架横向倾角的各类型传感器; (4) 具有红外线或者数字等传输方式的采煤机位置接收器; (5) 有回液压力传感器和相应配套的综采集成供液系统, 实现支架乳化液的自动供液、自动清洗功能; (6) 有信息传输功能和通讯接口, 能够和煤机、运输机、控制中心实现畅通的数据传输、交换和通讯;能够把支架移架完成状态、侧护板伸出或收回状态、伸缩前梁状态以及输送机推移直线还是曲线的完成状态等数据不断传输给煤机, 以便煤机能够根据情况进行割煤动作。

3.6 采煤机自动控制系统

(1) 能准确检测自身位置、方向和速度的装置; (2) 能准确检测摇臂的位置, 并控制采高的功能; (3) 能准确检测自身纵向和横向倾角的装置; (4) 有煤岩的分辨功能, 从而控制摇臂的自动调高和降低; (5) 能够对液压支架的信息进行接收和分析判断能力; (6) 煤机自动控制软件能对煤机的各种参数进行监测和控制, 能够记忆和存储示煤机在割范刀时的各种参数, 并把示范刀的这些数据作为自动割煤的基础数据, 实现自动化记忆割煤; (7) 有信息传输功能和通讯接口, 能够和支架、运输机、控制中心实现畅通的数据传输、交换和通讯。

3.7 综采工作面液压支架与采煤机联动作业 (跟机自动化)

综采工作面液压支架与采煤机联动作业也叫跟机自动化作业, 是指支架跟随煤机的割煤, 支架控制器检测到煤机的方向和位置信息后, 液压支架会按照支架移动程序, (这些程序是工程师根据不同的采煤工艺, 编制支架执行动作程序, 并写入控制器程序中) , 自动完成相应的动作, 包括自动移架、推溜、收开护帮板、自动喷雾等, 配合煤机完成自动化割煤全过程。煤机与支架间的通讯、液压支架的电液控制系统以及控制软件是跟机自动化能否实现的三大关键点。煤机与支架之间的通讯, 目前主要有两种方式: (1) 脉冲信号传输方式; (2) 红外线传输方式。这两种方式各有优点但也各有不足之处。脉冲码传输方式不受环境的影响, 尤其是井下恶劣的环境对它的影响比较小, 但是它对技术要求高, 传递过程复杂, 实际操作起来, 产生的问题也较多;而红外线传输方式就比较简单, 技术要求也不高, 但是它最大的缺点是受工作面地板变化、煤尘状况及设备情况等影响大, 干扰煤机数据的准确性。

煤机与液压支架要实现联动作业, 液压支架必须使用具有自动化控制功能的电液控制系统, 并安装计算机程序的主控制器, 在整个工作面形成网络, 每台支架的信号传到主控制器, 主控制器经过设定的控制程序进行分许、判断, 最后形成指令发给每台支架, 控制支架动作。当支架上的红外线接收器 (或其他方式) 接收到煤机的信号后, 控制系统检测出煤机的运行方向和位置, 触发相应的程序, 实现支架随煤机割煤而运动, 这样就实现了煤机与液压支架的联动作业。支架联动作业包括:随着采煤机的持续割煤, 持续不断的进行收护帮板, 成组拉架, 打护帮板, 推溜, 开启、关闭架间喷雾。

同时, 主控制器也把采集来的信号, 通过与工作面总控制系统连网、通讯, 把工作面支架的各种主要参数、以及位移、推拉量、护帮板开闭情况和采煤机的位置、行走方向等状态传输到地面控制室, 再通过可视化软件平台、显示器等实现远程操作、指挥或浏览。

3.8 综采工作面采煤机

如果我们非常清楚工作面的地质、构造、采煤高度变化、顶底板情况、煤中加矸程度等, 沿割煤方向在煤机割煤的不同时间段里, 以1秒钟为一个时间单位, 设定好工作面煤机的方向、速度、倾角、摇臂位置、采煤高度等参数在控制程序中, 像拍电影一样, 安排好煤机不断割煤的每时每刻的参数, 然后煤机会按照设定的参数情况进行自动化割煤, 这样煤机在程序的控制下根据不同时间不同参数进行割煤, 完全没有人工去操作, 实现真正的无人自动割煤工艺。但是由于井下条件复杂、变化多, 而且随着采煤的进行, 还不断的在变化, 工作面情况我们无法完全准确的掌握, 而且在采煤过程中还有可能遇到一些不可预测的事情, 所以目前采取记忆割煤的自动化采煤方式。

3.8.1 记忆割煤

记忆割煤是目前比较先进、智能化的无人操作, 煤机自动割煤的一种采煤方式。这种采煤方式的煤机要具有学习功能, 每班在实现自动化割煤前, 先用学习模式割两刀煤也叫示范刀, 就是煤机司机在工作面先手动采煤一个循环, 采煤机记录并存储学习的数据, 然后根据这些数据 (地质情况、采煤高度等) 再使用自动化割煤方式进行割煤;同时液压支架设置为自动方式, 液压支架和煤机联动作业, 即降架、移架、升架、推溜整个过程液压支架都是随着采煤机的割煤自动完成跟机过程, 中间不再需要人工操作液压支架。煤机和支架的信号传递是由煤机上的红外线发射器和支架上的接收器来实现的, 自动跟机是由控制软件完成的。

3.8.2 示范刀

示范刀顾名思义就是在正式割煤前的示范割煤, 也就是在自动化割煤前, 由煤机司机给煤机教怎么割煤的示范过程, 煤机司机进行手动割煤, 控制系统软件把煤机的整个过程记忆下来, 储存所有相关的数据, 包括每时每刻煤机的割煤速度、左右摇臂的位置、煤机前进方向、横向倾角、纵向倾角以及煤机的位置等, 根据这些数据控制软件给出自动割煤的程序。这样煤机在自动割煤时怎么行走, 前面有什么情况, 怎么合理的降低或者提高滚筒等等, 就能按照程序的设置有条不紊的进行, 自动割煤就不会是盲割、瞎割, 保证割煤质量, 工作面质量, 确保安全、高效生产。一个完整的示范刀, 必须是一个采煤循环, 即从工作面一头开始, 一来一回, 走过整个工作面, 在同一端头结束。

3.8.3 自动割煤

示范刀结束后, 煤机被切换到自动割煤状态, 它将会以示范刀割煤过程中存储的割煤程序, 按照示范时煤机的方向、速度、倾角、位置以及摇臂位置、采煤高度等等, 反复重复进行割煤, 这些过程包括三角煤割煤的过程。自动割煤过程中, 煤机的一切活动都是自动进行, 不需要人去干预和指挥的, 完全实现了煤机的自动化采煤。

3.8.4 人工干预割煤

因为井下条件不断变化, 难免遇到过构造, 割三角煤等比较复杂、特殊的情况, 自动割煤有时还需要人工干预。遇到这类情况时在综采工作面现场配备一名司机跟机作业, 根据工作面现场情况及时进行人工干预, 如调整煤机的采煤机高度和牵引速度, 增加刮板机过载、拖拽电缆卡死保护等措施, 以防出现安全事故, 提高生产效率;这就要求自动化割煤的程序要灵活可靠, 可以随时退出;人工干预调整后, 煤机应能够记忆这一调整, 并对原来学习刀的记忆进行修改;同时, 人工干预完成后, 应能够在任意位置进入自动化状态。

3.8.5 三角煤

由于煤机在端头割煤, 尤其是割三角煤比较复杂, 情况变化很多, 而自动化割煤的煤机动作是一旦规定好了, 中间不能改变, 比较死板。所以为了防止在端头时出现问题, 可以选择自动化关闭, 用手工操作切割工作面端头, 等割完端头的三角煤之后, 再选择激活自动化割煤, 进入自动割煤状态。这样比较灵活, 又避免了端头三角煤割煤复杂的问题。

3.8.6 远程干预

全自动化综采工作面, 现场没有人, 可以在顺槽设立一个控制室进行远程干预。当然也可以在地面调度室设置综采自动化指挥系统进行远程干预, 但是为了应对特殊情况, 方便人员及时进行人工干预, 所以在顺槽设置远程干预控制室是最好的选择。在控制室设置主控计算机和显示装置, 把综采工作面的全部参数、状态经过软件程序以可视化的形式显示出来, 再加上工作面的工业电视系统, 生产人员就能够完全掌握工作面的情况, 随时清楚现场自动化割煤, 当遇到特殊情况或者其他情况, 能够及时进行人工干预, 使自动化采煤作业安全可靠的进行。

3.9 综采工作面视频技术

全自动化综采工作面, 由于煤机和支架的自动运行, 不适合人员进入, 但是为了清楚工作面的具体开采情况, 让采煤机前后的情况一目了然, 就要在工作面安装工业电视摄像系统, 以保证安全操作。摄像系统可采用光缆传输, 光缆与采煤机拖拽电缆和水管布置在电缆夹内, 同时光缆最好安装在防护良好的水管内, 防止光缆损坏。

3.1 0 综采工作面信息传输及自动化控制平台系统

工作面信息传输采用光纤环网交换机作为核心, 主交换机通过不同的通讯接口, 实现工作面各设备、系统之间信息、数据的传输和相互通讯等;通过自动化控制软硬件如ROCKWELL集成化网络结构等组建控制平台, 把低层设备控制层的信息同上层网络信息层的信息进行交换和管理, 把工作面所有设备的状态、关键参数、故障报警等上传控制中心, 并进行集中自动化控制, 对设备下达起停、闭锁等命令, 控制三机运行、液压支架动作、煤机割煤, 实现自动化采煤;对工作面所有设备的故障进行监测和报警, 对设备主要参数, 如支架压力、电动机电流、煤机位置等进行实时监控。再通过TCP/IP等协议实现地面控制系统与互联网的连接, 通过客户端软件和不同密码授权功能, 实现工作面远程控制和远程状态查询、故障判断等, 让工作面的整个系统情况在世界任何角落的人可以实现远程监测、控制、诊断、处理, 实现真正意义上的远程自动化采煤。

4 结束语

综采工作面自动化控制技术是通过先进的综采设备工艺和自控技术, 加上信息和计算机通讯等技术实现采煤工作面各设备的联合自动工作, 实现煤炭开采自动化, 工作面无人化;从而减轻煤矿工人劳动强度, 改善工作环境, 提高生产效率和安全水平, 推进煤矿机电技术水平, 增强煤炭开采科技含量, 让煤矿彻底摆脱脏、累、危的境界;是实现工作面高效、安全的现代化高科技采煤工艺, 是煤炭工业的发展方向。目前, 综采工作面自动化控制系统研究是我国采矿工业的研究热点, 也是我国采矿业赶超世界的契机, 随着人们对煤炭开采技术的更深入研究和探索, 采煤工业一定会成为高科技技术的集成、融合和体现, 为人类利用现代化技术改造自然、利用自然的典范。

参考文献

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[5]玛珂.综采工作面自动化技术交流[J].北京天地, 2009.

自动化综采工作面 篇9

关键词：综采工作面,无人工作面,自动化开采,协同控制,远程控制

0 引言

随着对煤炭需求的增长,单纯依靠大量人工手动操作难以满足高效、快速开采要求。因此,降低综采工作面劳动强度,提高工作人员安全系数和采煤效率,最终实现井下采煤的无人化,已成为国内外采煤行业的重要研究方向[1]。目前中国自动化综采工作面占开采工作面比重相比美国、澳大利亚等国家较小,而且所谓自动化综采工作面多是在单个设备或自动控制功能基础上增加部分设备的联动过程,自动化设备之间的协同性及开采环境适应性有待加强[2]。

本文提出了以协同控制技术为核心的综采无人工作面自动化开采技术方案,并介绍了该方案在黄陵矿业集团有限责任公司一号煤矿(以下简称黄陵一矿)1001工作面实现的具体情况。该方案以工作面“三机”设备(液压支架、采煤机、刮板输送机)的自动控制技术为基础,以运煤设备(带式输送机、转载机)的自移控制技术为辅助,通过计算机技术实现综采工作面设备协同控制以及无人工作面自动化开采作业。同时在巷道监控中心以视频、数据展示平台为依托,对工作面开采过程设备运行进行远程监控,可实现设备干预操作,提升开采自动化的连续推进能力。

1 综采无人工作面自动化开采技术

1.1 液压支架跟机自动化

液压支架电液控制系统作为跟机自动化开采的基础,是综采无人工作面自动化开采技术重要组成部分[3]。液压支架电液控制系统在每台液压支架上均配置1台支架控制器,通过现场通信总线将工作面支架控制器连接成为一个系统。同时在每台液压支架上配备多功能电液换向阀,控制液压支架实现立柱升降、拉架、推移刮板输送机、伸/收平衡千斤顶等相关动作。在实现自动化开采过程中,采煤机位置是液压支架跟机自动化控制的重要依据。液压支架上安装的红外线传感器可接收采煤机上的红外线发射器信号,从而对采煤机位置进行识别。支架控制器通过分析采煤机所在位置,控制相应区域内液压支架进行移架、推移刮板输送机等相关动作,实现液压支架跟随采煤机自动推进。

黄陵一矿1001工作面采用SAC型液压支架电液控制系统。为实现全工作面液压支架跟随采煤机自动推进要求,设计了基于采煤机工艺阶段划分的液压支架全工作面跟机方法。该方法将全工作面液压支架按照采煤机工艺阶段划分为不同动作区域,通过对不同动作区域内液压支架分别进行控制,实现全工作面跟机。

液压支架跟机自动化区域划分如图1所示。跟机自动化过程中,液压支架全工作面跟机流程如下。

(1)区域d,l作为中部正常跟机范围,执行跟机自动移架、跟机推溜动作。

(2)区域c,e作为中部补充移架范围,当采煤机前滚筒割透煤壁时,该区域液压支架执行跟机补充自动移架动作;区域b,f作为三角煤补充移架范围,当采煤机返刀截割工作面端头底煤时,该区域液压支架执行自动移架动作;区域a,g作为端头补充移架范围,当该区域液压支架推溜后,立即执行自动移架动作,对巷道顶部进行及时支护。

(3)区域n,p作为蛇形弯曲段范围,当采煤机前滚筒割透煤壁时,执行蛇形弯曲段推溜动作。

(4)区域m,q作为端头推溜段范围,在采煤机进行三角煤区域割煤前,执行跟机端头段推溜动作。

图1 液压支架跟机自动化区域划分

1.2 采煤机自动化

采煤机自动化控制集成了滚筒采高控制、行走位置控制、与配套设备的协同运行控制等相关技术。采煤机作为自动化综采工作面最核心设备之一,其自动化控制技术对实现采煤机运行自动化、提升工作面开采效率、降低工人劳动强度、提高煤矿安全生产水平起到重要影响[4]。近年来出现一种新的采煤机控制技术:采煤机能够学习并记忆工人实际操作,在生产过程中自动运行记忆存储单元数据,实现采煤机记忆割煤。在工作面开采过程中,煤壁走向不定,但在一定区域内变化较小。在割煤过程中,采煤机通过示范学习模式记录工作面煤层情况,在完成学习后,通过调用记忆参数控制截割部随工作面煤层变化而调整高度,从而更好地适应工作面采煤要求,实现采煤机自动割煤。

黄陵一矿现场生产过程采用采煤机十四象限记忆割煤工艺,见表1。采煤机处于上行记忆割煤工艺阶段时,由小号液压支架向大号液压支架方向运行,同时配合记忆割煤工艺1—7象限;采煤机处于下行记忆割煤工艺阶段时,由大号液压支架向小号液压支架方向运行,同时配合记忆割煤工艺8—14象限。采煤机记忆割煤工艺8—14象限与1—7象限对称,当采煤机完成全部象限记忆割煤工艺后,进入下一工作循环。

在采煤机记忆割煤过程中,要求精确控制截割部高度,从而达到对煤炭含矸量、采出率、顶底板平整度的要求。精确测定采煤机位置及记忆截割自动调高对于综采无人工作面采煤机自动化控制至关重要。采煤机行走箱利用安装在传动轴上的多圈绝对值轴编码器记录采煤机位置;同时在行走过程中通过安装在采煤机摇臂铰轴处的单圈绝对值轴编码器或摇臂液压油缸内部行程传感器记录摇臂高度,配合摇臂采高换算模型对摇臂高度进行精确定位,从而按照记忆参数调整截割部高度[5]。

表1 采煤机十四象限记忆割煤工艺

将采煤机工作流程按照象限进行分割,将工作面分割成不同区段,通过定义在各个区段的采煤机割煤方式,实现全工作面采煤机记忆割煤。当工作面推进一定时间或长度后,煤层发生较大变化,再重新进行记忆割煤示范刀学习,满足现场调整要求。

1.3 带式输送机、转载机自移

带式输送机、转载机属于运输系统的一部分,对工作面出煤系统来说不可或缺。自移装置作为带式输送机、转载机重要组成部分,在工作面推进过程中实现转载机推进和带式输送机机尾移动的协同动作,从而实现运输巷设备随工作面快速推进的目的,同时降低工人劳动强度、改善工人工作环境[6]。带式输送机自移机尾是运输巷转载机与带式输送机中间衔接部分,当工作面推进度满足机尾1次推移行程时,机尾自移装置执行水平推移动作,完成带式输送机机尾自移动作。转载机快速推移装置利用摩擦力,将机身与导轨互为支点,实现转载机迈步自移动作。该工作方式突破了传统的锚固拉移作业方式,操作简单,采用一刀一推作业方式,可实现工作面快速推进要求。

黄陵一矿设备原有自移装置需要手动操作、多人协作配合完成,工作效率低且环境噪声大、粉尘大,对工人身体有很大威胁。为满足高产高效工作面推进,提高物料转运效率,同时降低工人劳动强度和改善劳动环境,带式输送机与转载机均引入了SAC型电液控制系统,将之前人工手动操作改进为电控操作,配合自动控制程序,实现设备自动控制功能。同时,为达到工作面高产高效目的,研发了基于工作面端头支架联动的带式输送机、转载机自移控制模式。该控制模式将带式输送机、转载机的快速自移控制功能与工作面端头支架推进功能进行关联,通过设备间的联动控制,提升设备协同运作能力,实现运输设备的快速前移,从而实现工作面快速推进的生产目标。控制模式具体实现方式如下。

(1)在带式输送机、转载机上配置电液控制系统,实现机身自动前移;同时电液控制系统实现程序控制,在控制过程中通过调整时间参数进行设备动作时序控制。

(2)通过与工作面液压支架电液控制系统通信,实现动作关联,即在端头支架推溜启动时,启动带式输送机、转载机自移装置的自动控制,进行设备间的协调配合。

1.4 综采可视化平台

综采工作面视频监视系统是无人工作面可视化的重要组成部分[7]。该系统利用工业以太网作为通信媒介,通过合理安装布置摄像仪,能够对工作面液压支架、采煤机、煤壁等进行全范围覆盖,实现对综采工作面的视频监控。通过主控计算机及显示设备,视频画面可在监控中心进行集中展示。

在黄陵一矿1001工作面,每6台液压支架安装1台监控支架用矿用本质安全型摄像仪,并安装在液压支架的顶梁上,照射方向与工作面平行;每3台液压支架安装1台监控煤壁用矿用本质安全型摄像仪,并安装在液压支架的顶梁上,照射方向与工作面垂直。矿用本质安全型摄像仪的视频数据通过工业以太网传输至矿用本质安全型显示器显示,矿用本质安全型显示器可同时显示采煤机附近4台矿用本质安全型摄像仪拍摄的图像,且显示图像可跟随采煤机行走而自动切换。

2 综采工作面设备协同控制系统

实现综采无人工作面自动化开采的关键在于打破综采工作面各子设备单独运行状态,在综采设备之间建立联系,使工作面设备融合为一个整体的出煤系统,实现各综采设备协同化、自动化运行。

综采工作面设备协同控制主要利用综采工作面各子系统自动控制功能作为本地控制基础,同时利用计算机技术对各子系统的运行状态进行分析、关联及协同控制,从而实现综采工作面无人开采。

实现设备协同控制的前提条件是能够实时监控综采工作面各子系统设备运行数据。综采工作面设备协同控制系统架构如图2所示。采煤机自动化控制系统、液压支架电液控制系统、转载机自移系统、带式输送机机尾自移系统等综采工作面子系统作为独立运行系统,对各自运行状态、传感器相关数据进行监控。同时通过数据通信网络,配合工作面视频监视系统,各子系统将各自运行状态在综采数据集成平台进行汇总,最终在主控计算机上实现数据上传及集中控制。数据展示平台主要实现各子系统运行数据展示,协同控制平台主要实现各子系统协调控制功能,可视化平台实现工作面视频监控。

图2 综采工作面设备协同控制系统架构

实现设备协同控制的关键在于通过井下集控中心主控计算机强大的数据采集、分析、存储、处理能力,将各子系统信息进行汇总,通过对工作面运行状态的实时分析决策,实现设备之间的协同配合、整体调度,实时调整运行设备的工作状态,实现综采工作面设备统一运行。

为实现综采工作面无人自动化开采,保证运行设备安全,协同控制系统要求具有高可靠性。首先,为实现数据链路的高可靠性,系统采用冗余模式设计。双环工业以太网、双冗余交换机、双服务器的总线通信冗余设计可保证网络通信可靠性。同时针对各子系统间通信,增加通信校验,并通过主控计算机进行校验位的循环复位操作,从而实时监控数据传输的可靠性。当系统出现通信或网络故障时,进行故障报警提示并执行系统保护动作。其次,采用模型动作约束控制模式,利用数据分析算法实时分析计算传感器数据,保证执行动作均能够通过控制模型验证,拒绝非允许动作,保证设备控制动作的安全性。

限于篇幅,下面仅对综采工作面设备协同控制系统中采煤机防干涉控制、煤流负荷控制进行介绍。

(1)采煤机防干涉控制。在机械化开采条件下,采煤机司机需要用眼睛实时观察煤壁的工况条件、液压支架护帮板收回状态,以避免采煤机在行走过程中发生碰撞。采用综采无人工作面自动化开采技术方案后,主控计算机可通过液压支架电液控制系统感知采煤机前方液压支架护帮板的收回状态,预先判断可能发生的碰撞情形,提前发出警示或闭锁停机,从而有效保护液压支架及采煤机设备安全。

(2)煤流负荷控制。对综采工作面运输系统承受的负荷进行实时检测,并将检测信息传输给控制中心,控制中心根据运输系统实际承受的负荷与能够承受的理论负荷范围进行比较,主动调整采煤机的割煤速度,控制落煤量,以便将运输系统的负荷量控制在理论范围内。有效的煤流负荷控制机制能够最大程度提升设备运行效率,为高效开采提供保障。

3 远程监控技术

远程监控技术使用控制权限管理分配制度。该制度将设备本地控制作为最高优先级,当有本地操作时,远程控制自动解除,远程控制授权状态解除,设备进入本地控制模式。当本地操作结束后,用户需要再次进行远程控制时,须请求授权通过后才可进入远程控制模式。

远程监控技术将视频数据通过以太网通信链路传输到工作面集控平台,实现图像跟随采煤机位置自动切换。操作人员通过视频图像集合各子系统相关数据,如液压支架状态、采煤机截割部高度、煤层情况,可对工作面液压支架、采煤机进行远程干预。远程干预可实现设备本地控制的所有功能,避免在无人工作面开采过程中由于地质条件或煤层变化时造成设备损坏。可视化平台与数据集成平台为无人工作面开采过程的设备安全运行提供有效保证。

3.1 巷道监控中心远程控制

利用远程控制功能实现对采煤机、液压支架的远程干预。通过安置在巷道设备列车上的监控中心操作台可对采煤机各种动作进行干预操作,目的是增强对变化煤层的适应性。通过远程控制计算机使采煤机进入记忆截割模式,采煤机在工作面按设定工艺程序自动运行、自动调高、卧底、加速、减速。当发现煤层条件变化较大、记忆参数不能满足截割要求时,通过远程控制计算机可人工根据工作面情况随时干预采煤机运行。液压支架操作台对液压支架动作进行干预操作,目的是对在跟机自动化过程中动作不到位或未动作液压支架进行控制,保证工作面所有液压支架均能够正常动作。

3.2 地面调度中心远程监控

通过在工作面运输巷安装专线通信光缆,将巷道监控中心与井上专用服务器连接,实现数据井下、井上一致,地面调度中心即可在井上实现对工作面监控。

通过客户端服务器、OPC(OLE for Process Control,用于过程控制的OLE)发布等技术将工作面服务器数据同地面调度中心或重要岗位人员进行共享,实现地面人员对井下工作面出煤进度、设备工况等工作状态的远程监控。随着远程通信控制系统功能的完善,地面调度中心可实现对工作面“三机”设备的自动启动控制和远程出煤。

4 应用效果

黄陵一矿1001工作面布置如图3所示。该工作面采用长壁后退式采煤法、综采机械化开采方式。采用MG2×200/925-AWD型电牵引采煤机沿煤壁双向割煤和扫煤,采煤机端头斜切进刀,截深700mm。利用SGZ800/2×525型刮板输送机配合采煤机对落煤进行装煤清运,运输到端头后通过SZZ800/250型转载机和PCM200型破碎机进行转运,最后由带式输送机集中运出。

1001工作面采用综采无人工作面自动化开采技术实现了全工作面液压支架跟机自动运行,配合采煤机记忆割煤,自动完成落煤、移架、推移刮板输送机和顶板支护等生产流程,使工作面液压支架、采煤机、刮板输送机、转载机、带式输送机有效地组成一个协同运行系统,初步实现了无人化生产状态。

将综采无人工作面自动化开采技术方案应用于黄陵一矿1001工作面后,工作面每天推进约8 m,平均月产量17.03万t。检修班在工作面工作人员由12人减少为7人,采煤班在工作面工作人员由9人减少为1人,从减人方面提升了矿井安全状态。通过采用自动化开采技术将工人从危险的工作环境中解放出来,在巷道监控中心进行远程操作,改善了工人劳动强度与环境,实现了矿井安全高效生产。

图3 黄陵一矿1001工作面布置

5 结语

通过对综采无人工作面自动化开采技术的研究,以及该技术在黄陵一矿1001工作面的应用,实现了综采工作面无人化开采状态,取得了较好的应用效果,并总结出了一套适用于中国煤矿无人化安全开采的技术方案,将对无人化开采技术应用起到积极示范作用。

参考文献

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自动化综采工作面 篇10

四台矿设计年生产能力5×106t。现有的综采设备仍以人工操作为主,配备人员较多,薄煤层工作面环境恶劣,限制了设备效能的充分发挥。因此,我矿率先引进了一套全国产化自动化综采设备在12#层402辅盘区8213工作面进行了生产应用。

2 8213工作面概况

2.1 地理位置煤层赋存条件

12#层402辅盘区8213工作面可采走向长330.5 m,切巷长度118 m,面积38 999 m2,工业储量83 652t,可采储量79 470t。煤层为单斜构造,煤层厚度1.0～1.72 m,平均厚度1.65 m,倾角1.2～°6°。

2.2 煤层顶底板及地质构造

老顶为细砂岩、中砂岩互层,厚度为12.4 m;直接顶为细砂岩、粉岩互层,厚度为7.32 m;直接底为粉砂岩,厚度为4.12 m。在回采过程中,遇到高度h=0.5 m和h=0.8 m的两条正断层。该面上覆11#层8213面已回采,可能有大面积积水,在回采前已施工放水孔,将水患消除。

3 采煤方法和回采工艺流程

3.1 薄煤层自动化综采工作面的采煤方法

该面采用单一走向长壁后退式综合机械自动化采煤方法。工作面采高1.65 m,当煤厚为1.30～1.65 m时,见顶见底开采;当煤厚>1.65 m时,见顶留底开采。采用自然垮落法和人工强制放顶相结合的办法处理采空区顶板。

3.2 回采工艺

落煤方式:选用MG250/560-WD型双滚筒交流电牵引采煤机进刀割煤。

装煤方式:采煤机滚筒自行装煤。

运煤方式:SGZ-764/400型刮板输送机运煤。

支护方式:工作面采用ZYB4400/8.5/18D型掩护式电液控制液压支架,端头采用ZY6200-15/32D型掩护式电液控制液压支架。超前采用DW28-200/100和DW31.5-200/100型单体支柱配DFB3800/300C和DFB3200/300C型花边钢梁进行支护。

无人工作面控制系统:①在顺槽控制中心,实现工作面的控制;②采煤机自动记忆切割;③液压支架自动定位、推移;④三机自动联动;⑤皮带系统和泵站的自动控制;⑥视频监视自动跟踪。

3.3 回采工艺流程

3.3.1 采煤机进刀、割煤

自动化采煤主要有三种方式:第一种是机组司机用遥控器就近操作;第二种是操作人员控制煤机示范割一刀煤,以后煤机依据示范刀的记忆自动反复地割煤;第三种是通过监视系统对煤机进行有线远程操作。MG250/560-WD型采煤机具有记忆截割功能,即事先由人工操作割一个示范刀,采煤机内部存储器会记下在各个位置时滚筒的截割高度数据。煤机可随着工作面倾角的变化自动调整数据,进行自动补偿。在遇到工作面地质条件变化时,它依然能自动割煤,并保持平直,实现记忆截割。采用端头割三角煤斜切进刀,割刀时前滚筒割顶刀,后滚筒割底刀,如此循环往返,一次进两刀。

3.3.2 移架

ZYB4400/8.5/18D支架采用电液控制系统操作,支架跟随采煤机自动控制,支架立柱具有自动补压功能和安全操作功能(急停、闭锁、停止),可实现以下操作方式:①单架动作的非自动控制;②单架的自动顺序联动控制;③支架的成组自动控制。根据顶板情况,调整跟机自动化参数,在顶板完整、压力小的情况下,移架滞后采煤机后滚筒4架;在顶板破碎、压力大的情况下,采取承载带压移架、追机作业。

3.3.3 移溜

本工作面可实现三种推溜方式,即双向邻架推溜、双向成组自动推溜和本架推溜操作。根据工作面的地质条件和工人的操作熟练程度,本面回采采用自动顺序联动控制,装煤由煤机滚筒螺旋叶片进行主装煤,输送机铲煤板进行辅助装煤,使用自动顺序联动操作

4 设备使用原理和开采系统的技术应用

4.1 SAC型支架电液控制系统

SAC电液控制系统的主要功能是控制支架的所有动作。在每台支架上均安装有控制器、人机操作界面、压力传感器和控制电缆等,组成单台支架单元的控制系统。支架控制器是电液控制系统的核心部件,通过每台支架上的人机操作界面可以发出各种控制命令,通过控制电缆将命令发送到本架控制器上,然后通过控制器,将控制命令转发到邻架(或远程支架)控制器上。执行动作的支架控制器接收到控制器命令后,打开相应的电磁阀驱动电路,控制相应的电磁阀动作,自动完成“降——移一升”、推溜、拉架、自动喷雾降尘等动作(如图1所示)

4.2 采煤机和支架电液控制系统的协调控制技术

综采工作面的采煤工艺过程是以采煤机为中心,按正规流程循环作业:采煤机割煤到某一位置时,在不同位置或区域的支架要对应执行不同的动作。这些开始执行动作的命令要自动地随着采煤机的行进而及时、准确地向不同的支架发出,相关支架自动依程序执行动作,完成后自动停止。要将采煤机的自动记忆截割、支架根据采煤机位置自动追机拉架和实时视频跟踪看成一个整体的控制工艺,实现整体协调、安全保护和可视化控制。

4.3 运输机的状态监控系统

该工作面采用的SGZ764/400型刮板运输机的智能化技术核心在于涡轮技术传动系统,它是以水为工作介质的流量控制液力耦合器。来自于程序控制装置的输出信号进入到组合开关的执行控制器,从而为耦合器水系统提供智能管理和监测,并能通过工作面控制中心,对刮板输送机、转载机和破碎机等设备集中控制,顺序启停车。

4.4 全自动控制乳化液泵站系统

乳化液泵站微机全自动控制和综合保护系统是由乳化液泵站、全自动控制和综合保护系统、进水过滤器组、高压过滤站和自动配液等几部分组成。它可以实现以下功能:①用液自动开机,停用液自动关机;②乳化液泵吸空保护;③液箱自动补液,满液自动关闭;④自动按设定比例配比乳化液;⑤泵低油位保护;⑥低油压保护;⑦过油温保护;⑧可单机启动,也可双机启动。

5 综采工作面可视化监控系统

通过视频监控系统传送工作面图像,操作人员可以根据煤层变化情况、滚筒截割情况和支架状态等信息,通过远程干预避免地质条件和煤层变化时采煤机切割到岩石等情况的发生。工作面视频图像监控系统是实现工作面可视化的重要组成部分,它将视频数据通过无线网络和有线网络相结合的通讯方式传输到工作面集控平台,实现图像自动随着采煤机移动;采煤机运行到什么地方,对应位置的视频图像就切换到什么地方对采煤机的随时监控情况如图2所示。

6 自动化综采工作面的优点

经过综合机械化采煤与自动化综采工作面实践进行对比，总结得出以下一些优点:①实现了减人提效,比普通综采定员减少60%,产量增加50%.②提高了矿井安全保障,解决了矿井定员多、管理手段落后、科技保安不足等问题。③实现了综采工作面从劳动密集型向技术密集型的转变。工作面一系列的数据可直观地显示出来,可实现数据采集和上传,为技术人员操作设备和管理人员监控工作面提供技术保障。④综合防尘效果好,采煤工作面除采煤机的内外喷雾外,又增设支架自动跟机交换功能。设备一旦出现事故,可以直接读出,大大减少了事故排查时间。⑥泵站全自动控制装置大幅提高了泵站的使用效率,使泵站节能约35%左右。泵站自动配液,配液效果好,既节省了乳化油的使用量,又保证了配比浓度,对液压元件和液压系统起到了很好的保护作用。⑦自动化实现了程序控制,避免了人为启动的大电流冲击电网,造成电气设备掉闸。同时,还避免了前台设备未启动而后台设备启动、压死运输机等问题⑧自动化设备增设了过滤水设备,提高了水质,避免了液压管路和设备水冷系统堵塞,延长了设备使用寿命。⑨支架真正实现了带压移架,避免了顶板离层,移架速度快,支护顶板及时,避免了采面掉顶、冒顶现象。支架电液控制系统具有自动补压功能,保证了支架初撑力。推溜、移架采取程序控制,推溜、移架步距准确。⑩采煤机实现了负荷自动监测和调整割煤速度,避免了采煤机过负荷运转。

7 结束语

薄煤层自动化无人工作面开采技术的发展趋势是引入煤岩界面自动识别技术.把数据输入采煤机以控制计算机,采煤机据此自动调整滚筒高度,不再需要生产班每班割煤前进行人工示范,也不需人员监视煤机的割煤视频信号。无人工作面开采技术在我矿的成功应用,提高了综采工作面的生产效率,降低了劳动强度,改善了工作环境、保障了安全生产,对地质条件复杂,薄、较薄、中厚的煤层工作面中推广应用自动化开采技术，具有极大的参考和借鉴价值。

摘要：通过介绍四台矿首个薄煤层自动化采煤无人工作面的自动监控系统的原理、组成和自动化生产情况,对自动化综采设备的选型和薄煤层条件下开采的应用管理效果进行了分析。

关键词：薄煤层,自动化,无人工作面,采煤工艺,技术研究

参考文献

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