綜采自動(dòng)化采煤技術(shù)分析研究

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摘要：煤礦綜采自動(dòng)化采煤技術(shù)的應(yīng)用，提升了煤礦開(kāi)采的生產(chǎn)效率，符合當(dāng)代社會(huì)的發(fā)展需要。該技術(shù)的應(yīng)用提高了開(kāi)采的安全性，減少了安全事故的發(fā)生，還實(shí)現(xiàn)了對(duì)綜采工作面的遠(yuǎn)程操控，為采礦的安全生產(chǎn)提供了有利保障，可有效促進(jìn)煤炭開(kāi)采行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。鑒于此，主要對(duì)綜采自動(dòng)化采煤技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)及發(fā)展進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：煤礦；綜采；自動(dòng)化采煤

隨著當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)及科技的迅猛發(fā)展，煤礦自動(dòng)化生產(chǎn)的程度也在不斷提升。當(dāng)前煤礦企業(yè)在信息化建設(shè)過(guò)程中基本上都認(rèn)識(shí)到進(jìn)行現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要性，提升采煤技術(shù)的自動(dòng)化程度是當(dāng)前煤礦企業(yè)信息化建設(shè)的重要內(nèi)容。國(guó)內(nèi)采煤技術(shù)的發(fā)展是當(dāng)前煤礦企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)轉(zhuǎn)型的重要標(biāo)志，為煤礦企業(yè)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級(jí)提供了重要助力。在煤礦自動(dòng)化開(kāi)采發(fā)展的過(guò)程中，電氣自動(dòng)化技術(shù)發(fā)揮了非常重要的技術(shù)支持作用，也是煤礦企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)行的重要助力，極大地提升了煤礦企業(yè)的綜合生產(chǎn)力。因此必須對(duì)電氣自動(dòng)化技術(shù)在煤礦采、掘、運(yùn)等生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用進(jìn)行探討。

1綜采工作面概述

綜合機(jī)械化采煤簡(jiǎn)稱綜采，是指采煤工作面的全部生產(chǎn)過(guò)程，包括破煤、裝煤、運(yùn)煤、支護(hù)、采空區(qū)處理、回采巷道運(yùn)輸及掘進(jìn)過(guò)程的全部機(jī)械化。它的設(shè)備主要是“三機(jī)”及其他附屬設(shè)備?！叭龣C(jī)”即自移式液壓支架、可彎曲刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)，其他附屬設(shè)備有轉(zhuǎn)載機(jī)、可伸縮的皮帶運(yùn)輸機(jī)、乳化泵站及供電設(shè)備。煤礦綜采工作面技術(shù)較為復(fù)雜，設(shè)備應(yīng)用較多，當(dāng)前煤礦一般要用到近200臺(tái)設(shè)備及200組支架共同運(yùn)轉(zhuǎn)，自動(dòng)化難度較高。目前的綜采工作面系統(tǒng)一般分為五大系統(tǒng)，如表1所示。煤礦綜采工作對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)有較高的要求，以保證煤礦的高效運(yùn)行及安全生產(chǎn)。綜采工作面系統(tǒng)應(yīng)能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程集中控制、就地集中控制、就地分布控制，這不僅能對(duì)工作面上的采煤機(jī)、運(yùn)輸機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制，也能對(duì)供電系統(tǒng)、動(dòng)力系統(tǒng)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和控制。同時(shí)綜采工作面應(yīng)具備各個(gè)工作點(diǎn)位的視頻監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，系統(tǒng)故障時(shí)能第一時(shí)間完成故障檢測(cè)。電路故障是導(dǎo)致井下事故的主要原因之一，必須具有可靠的過(guò)流保護(hù)系統(tǒng)，過(guò)流保護(hù)裝置禁止出現(xiàn)誤動(dòng)和拒動(dòng)，需要對(duì)井下瓦斯含量進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，應(yīng)有警報(bào)和應(yīng)急機(jī)制[1]。煤礦綜采工作對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)的要求如圖1所示。由于中國(guó)對(duì)煤礦安全的要求越來(lái)越高，綜采工作面 趨向于無(wú)人化方向發(fā)展，無(wú)人技術(shù)已成為了世界前沿技術(shù)。它最大的優(yōu)點(diǎn)是人不在工作面內(nèi)，通過(guò)無(wú)線或有線控制，實(shí)現(xiàn)割煤、轉(zhuǎn)架、移動(dòng)支架及頂板支護(hù)等工藝流程，最終達(dá)到生產(chǎn)自動(dòng)化、信息化及智能化的目的。

2綜采自動(dòng)化采煤技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

2.1有利于提高機(jī)械化水平

加強(qiáng)綜采自動(dòng)化采煤技術(shù)的應(yīng)用，旨在提升煤礦開(kāi)采工作的自動(dòng)化水平，將開(kāi)采人員的工作量保持在合理范圍內(nèi)，從而降低煤礦開(kāi)采企業(yè)的人員雇傭支出，也有助于升級(jí)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，保障煤礦開(kāi)采發(fā)展。在綜采自動(dòng)化采煤技術(shù)中，計(jì)算機(jī)設(shè)備得到了廣泛應(yīng)用，借助計(jì)算機(jī)的應(yīng)用，可迅速處理諸多數(shù)據(jù)資料，并為運(yùn)算各種數(shù)據(jù)提供幫助，同時(shí)選取一部分?jǐn)?shù)據(jù)，通過(guò)不斷優(yōu)化，推動(dòng)綜采自動(dòng)化采煤技術(shù)效率的提升。

2.2有利于形成對(duì)高難度開(kāi)采工作較高的應(yīng)對(duì)能力

目前，煤炭資源呈現(xiàn)出明顯的減少趨勢(shì)，很難在淺地表開(kāi)采煤礦，必須進(jìn)行深層次的煤炭開(kāi)采。借助綜采自動(dòng)化采煤技術(shù)，可以對(duì)地下深部開(kāi)采中的負(fù)面影響因素，如高地應(yīng)力和高瓦斯等予以控制，促進(jìn)開(kāi)采效率的提升，并防止出現(xiàn)開(kāi)采安全事故。綜采自動(dòng)化采煤技術(shù)的功能主要體現(xiàn)在無(wú)人開(kāi)采、系統(tǒng)檢測(cè)等方面，其應(yīng)用可保證開(kāi)采工作的順利完成。其中無(wú)人開(kāi)采功能是指操作人員在遠(yuǎn)程操作設(shè)備的幫助下，在地面上就可遙控設(shè)備保證煤礦開(kāi)采的順利進(jìn)行，避免出現(xiàn)地下開(kāi)采事故，同時(shí)避免地下復(fù)雜因素影響開(kāi)采工作的進(jìn)行。針對(duì)不同的煤礦開(kāi)采情況，應(yīng)采取不同的煤礦開(kāi)采技術(shù)，比如短壁綜采法，該技術(shù)在空間小、煤層厚等的煤礦開(kāi)采中具有較高的適用性，從而突破空間的限制性影響，不斷提高煤礦開(kāi)采效率[2]。

2.3有利于確保煤礦生產(chǎn)率的穩(wěn)步提升

綜采自動(dòng)化采煤設(shè)備具有較高的自動(dòng)化水平，其電液控制系統(tǒng)的性能優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在高速挖掘、開(kāi)采及支護(hù)等。綜采自動(dòng)化采煤技術(shù)主要應(yīng)用于采煤機(jī)械的鉆井、設(shè)備安裝、開(kāi)采、運(yùn)煤等中，且錨固技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用。在線監(jiān)控、遠(yuǎn)程傳送信息等是綜采自動(dòng)化采煤設(shè)備的重要功能，有助于提升礦井開(kāi)采的智能化和自動(dòng)化水平，確保礦井生產(chǎn)率的穩(wěn)步提高，為煤礦企業(yè)的發(fā)展提供動(dòng)力。比如自動(dòng)化采煤機(jī)，可對(duì)不同煤層結(jié)構(gòu)執(zhí)行自動(dòng)化割煤，即使煤層較硬，自動(dòng)化開(kāi)采速度快，綜采自動(dòng)化采煤設(shè)備的液壓系統(tǒng)可結(jié)合不同受力情況，發(fā)揮監(jiān)測(cè)反饋、自動(dòng)調(diào)節(jié)等功能。在工作面較為特殊的情況下，綜采自動(dòng)化采煤設(shè)備的自動(dòng)識(shí)別功能不可小覷，可給予操作者一定的提示。

3綜采自動(dòng)化采煤的關(guān)鍵技術(shù)

3.1煤礦機(jī)械的自動(dòng)化技術(shù)

a)自動(dòng)化機(jī)械定位。自動(dòng)化機(jī)械定位技術(shù)為采煤機(jī)提供準(zhǔn)確的截面切割位置。采煤機(jī)的自動(dòng)化定位系統(tǒng)由多種組合的控制機(jī)械組成，其中基本的操作控件主要有PLC（可編程邏輯控制器）編程機(jī)械控制器、集中多端化控制中心及各種各樣的組合型傳感裝置。在采煤機(jī)的探測(cè)部位安裝紅外線統(tǒng)籌發(fā)射裝置，通過(guò)綜合定位機(jī)械及監(jiān)測(cè)采煤機(jī)的運(yùn)行位置，控制采煤機(jī)的多功能性質(zhì)切割。b)自動(dòng)規(guī)劃的機(jī)械定姿。在采煤機(jī)械開(kāi)采過(guò)程中，針對(duì)具體出現(xiàn)的一系列狀況，采煤的機(jī)械切割裝置可準(zhǔn)確運(yùn)用定姿技術(shù)控制行進(jìn)方向、機(jī)械運(yùn)動(dòng)方向、機(jī)械啟動(dòng)及集控性停止、機(jī)械的綜合加減速等。

3.2自動(dòng)化切割技術(shù)

a)機(jī)械自動(dòng)設(shè)定記憶切割路線。在煤礦的統(tǒng)籌機(jī)械化開(kāi)采中，機(jī)械操作人員控制采煤機(jī)沿著煤層截面進(jìn)行切割，這樣可以起到示范的作用。在機(jī)械自動(dòng)設(shè)定記憶切割路線的情況下，對(duì)煤層切割位置及具體高度、截面、深度等信息進(jìn)行處理，并讓信息系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化存儲(chǔ)。在切割過(guò)程中，控制中心安裝記錄儀器進(jìn)行示范性操作，通過(guò)其來(lái)識(shí)別到煤層及具體切割位置，最大限度實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤速度的循環(huán)控制。b)預(yù)設(shè)性質(zhì)的切割軌跡。依據(jù)煤層厚度、地質(zhì)解析狀況、煤層硬度、底板的狀態(tài)變化信息等，在預(yù)先設(shè)定的機(jī)械化控制中心對(duì)采煤機(jī)械進(jìn)行切割軌跡的確定[3]。分析研究機(jī)械化綜采、技術(shù)掃描、統(tǒng)籌探測(cè)等變化情況，并將這些變化情況傳輸?shù)娇刂浦行倪M(jìn)行儲(chǔ)存，結(jié)合實(shí)際情況對(duì)切割路線等進(jìn)行具體分析處理。在綜合化控制中心依據(jù)切割煤層的基準(zhǔn)高度對(duì)機(jī)械進(jìn)行全方位統(tǒng)籌控制，在對(duì)工作面進(jìn)行處理時(shí)需對(duì)設(shè)備進(jìn)行隨時(shí)調(diào)控，對(duì)于煤層的基準(zhǔn)高度要事先測(cè)量。

3.3無(wú)人化系統(tǒng)

a)位置檢測(cè)方面。檢測(cè)井下綜采工作面的位置信息，是遠(yuǎn)程無(wú)人操作的重要工作內(nèi)容之一，借助光柵實(shí)時(shí)檢測(cè)采煤機(jī)的移位情況，并基于光柵實(shí)時(shí)檢測(cè)原理進(jìn)行分析，主要采用信號(hào)處理裝置和光學(xué)傳感設(shè)備，借助光照射，促使莫爾條紋的產(chǎn)生，再加強(qiáng)A/D（模數(shù)轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換技術(shù)的應(yīng)用，不斷調(diào)整采集的信號(hào)，從而確保采煤機(jī)位置信息感知的準(zhǔn)確性。b)狀態(tài)監(jiān)控方面。采煤機(jī)主要包括截割部和牽引部，截割部歸屬于機(jī)械結(jié)構(gòu)的范圍，有助于傳動(dòng)減速機(jī)構(gòu)可靠性能的提升，以此來(lái)進(jìn)一步改善其整體結(jié)構(gòu)。同時(shí)，遠(yuǎn)程控制技術(shù)的應(yīng)用可為地面操作人員遠(yuǎn)程監(jiān)視井下巷道創(chuàng)造條件，準(zhǔn)確診斷采煤機(jī)關(guān)鍵部件，確保采煤機(jī)智能化水平的穩(wěn)步提升，從而滿足綜采工作面的需求。

4綜采自動(dòng)化采煤技術(shù)的發(fā)展

4.1機(jī)械化水平高替代人工開(kāi)采大部分工作

現(xiàn)在對(duì)綜采自動(dòng)化采煤技術(shù)的使用越來(lái)越成熟，其替換了大部分的人工開(kāi)采工作，大幅度減少了工人的數(shù)量，降低了工人的工作強(qiáng)度，提高了效率。在進(jìn)行自動(dòng)化作業(yè)時(shí)，工人可對(duì)開(kāi)采工作進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和及時(shí)調(diào)整，提高了開(kāi)采的準(zhǔn)確性，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行不正常可及時(shí)終止開(kāi)采工作，但之前的人工開(kāi)采就很難做到如此精確的開(kāi)采作業(yè)。不僅如此，自動(dòng)化采煤設(shè)備還具備現(xiàn)代控制系統(tǒng)，可做到迅速的計(jì)算機(jī)計(jì)算，計(jì)算完成后還可實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，保證開(kāi)采的后續(xù)工作順利進(jìn)行[4]。機(jī)械化采煤技術(shù)相對(duì)于人工開(kāi)采來(lái)說(shuō)，便于管理和實(shí)時(shí)監(jiān)控，能及時(shí)糾正開(kāi)采時(shí)的錯(cuò)誤。一些地質(zhì)比較復(fù)雜的煤礦，若采用人工開(kāi)采，不僅會(huì)降低安全性，還會(huì)降低工作效率，但綜采自動(dòng)化采煤技術(shù)的應(yīng)用就可避免上述問(wèn)題的發(fā)生，人工無(wú)法操作的地方可以采用自動(dòng)化采煤設(shè)備進(jìn)行操作，避免出現(xiàn)由于無(wú)法開(kāi)采而放棄開(kāi)采難度較大資源的情況，大大提高了資源利用率，值得全國(guó)推廣使用[5]。

4.2開(kāi)采效率相對(duì)高

尤其在開(kāi)采質(zhì)量與速度上綜采自動(dòng)化采煤技術(shù)的發(fā)展極為迅速，由于其高效性，大大提高了煤炭產(chǎn)量。電液控制系統(tǒng)被運(yùn)用于自動(dòng)化采煤設(shè)備中，可避免人為因素對(duì)煤礦開(kāi)采的影響。數(shù)據(jù)采集設(shè)備的使用具有實(shí)時(shí)性，可及時(shí)發(fā)現(xiàn)開(kāi)采過(guò)程中遇到的問(wèn)題，便于采取相關(guān)措施來(lái)解決問(wèn)題，相對(duì)于以前的人工開(kāi)采，增加了作業(yè)的安全性和有效性。不僅如此，該技術(shù)還具有遠(yuǎn)程控制功能，接收相關(guān)信息后可立即進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，體現(xiàn)了開(kāi)采作業(yè)的智能性，有利于增加煤炭產(chǎn)量。自動(dòng)化采煤技術(shù)的數(shù)據(jù)收集體系接收到數(shù)據(jù)信號(hào)后，可以有針對(duì)性地對(duì)不同的煤層進(jìn)行自動(dòng)化割煤，對(duì)于質(zhì)地不同的煤層還可以調(diào)整切割速度，減少了人為干預(yù)所帶來(lái)的誤差，提高了資源利用效率。開(kāi)采過(guò)程中出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，設(shè)備可立即識(shí)別并進(jìn)行內(nèi)部判斷，之后根據(jù)具體情況進(jìn)行設(shè)備報(bào)警，機(jī)器操作者收到設(shè)備的報(bào)警信息后可及時(shí)進(jìn)行干預(yù)和處理，避免可能出現(xiàn)的危險(xiǎn)發(fā)生。此技術(shù)的應(yīng)用加快了數(shù)據(jù)處理效率，同時(shí)提高了采煤效率，是煤炭開(kāi)采業(yè)的強(qiáng)有力助手[6]。

5結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)與科技的迅猛發(fā)展，城市建設(shè)對(duì)于煤炭資源的需求與日俱增，因此對(duì)煤礦開(kāi)采過(guò)程中綜采自動(dòng)化采煤技術(shù)的有效應(yīng)用進(jìn)行分析非常必要。主要分析了當(dāng)前綜采自動(dòng)化采煤技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，并從不同的方面分析和闡述了綜采自動(dòng)化采煤技術(shù)應(yīng)用的有效性。煤礦綜采自動(dòng)化采煤技術(shù)的有效應(yīng)用拓展了當(dāng)前中國(guó)煤礦開(kāi)采工作的新視野，能有效促進(jìn)煤礦自動(dòng)化生產(chǎn)和開(kāi)采模式的優(yōu)化和升級(jí)，避免傳統(tǒng)煤礦生產(chǎn)過(guò)程中存在的問(wèn)題和安全隱患，針對(duì)煤礦生產(chǎn)過(guò)程中的不安全因素能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決，盡可能降低煤礦生產(chǎn)過(guò)程中安全事故的發(fā)生概率，促進(jìn)煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的共同提升。

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［6］黃曾華，苗建軍.綜采工作面設(shè)備集中控制技術(shù)的應(yīng)用研究［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，41(11)：14-17.

作者：段耀武 單位：晉能控股煤業(yè)集團(tuán)臨汾公司