18507智能化综采工作面建设及应用分析.pdf

2023 年第 9 期2023 年 9 月18507 综采工作面位于南五下组煤采区右翼，两巷开口于南五下组煤皮带运输下山，工作面皮带巷、辅运巷走向长 1 390 m，倾斜长 251 m。综合考虑可采区域煤层厚度、顶板管理等因素，采煤方法选择走向长壁后退式一次采全高全部垮落综合机械化采煤方法。随着煤矿智能化时代的到来，该工作面开始采用智能化开采方式1-3。1智能化综采工作面分析端头斜切进刀双向割煤，往返一次进两刀为两个循环，循环进度 0.8 m。工作面割煤分为记忆割煤和遥控器远程操控采煤机割煤两种割煤方式4-6。在端头斜切进刀时，在采煤机机尾电机牵引作用下运输机弯曲段开始切割煤壁，每次切割的深度达到 0.8 m 时电机停止牵引并开始推移刮板输送机。在这个过程完成后，开始调整采煤机滚筒的位置，割三角煤，直至将三角煤割完。需要注意的是，端头斜切进刀的长度应大于等于 50 m。采煤机割煤时前滚筒割顶煤，后滚筒割底煤，依靠滚筒旋转自动装煤，剩余的煤在推溜过程中由铲煤板自行装入刮板输送机中。运煤方式：刮板输送机转载机带式输送机采区集中皮带。运用自动、远控和本地（邻架、隔架、成组）3 种模式相结合的方式，采用电液控制，对工作面顶板进行跟机移架支护。移架以滞后采煤机后滚筒 2 架为准，移架步距为 0.8 m。支架接顶要严实，初撑压力不小于泵站压力的 80%。正常情况的移架工艺：移架遵循“收护帮板割煤降架抬架移架升架打护帮板推溜”的顺序。顶板破碎、出现地质构造和煤壁片帮增大时的移架工艺：提前拉架追机作业采用带压擦顶移架法。工作面采用自动、远控和本地 3 种模式进行推溜。推溜应按顺序进行，不得任意分段或由两端向中间推溜，推溜弯曲段不小于 15 m。推溜动作滞后采煤机后滚筒 9 架自动进行。在进行机头、机尾推移作业时，采煤机必须进行停机闭锁。首先，应该检查工作面前方作业空间内的顶板状况，排除安全隐患，并尽量清理完煤壁附近的浮煤和杂物；然后，在专人的指挥下开始作业，其他无关人员应该撤离到安全区域，严禁硬推、硬顶，以防损坏过渡槽等，但必须推移到位。推移转载机与推移工作面输送机机头同时进行，每个循环推移一次。采用自动、远控和本地 3 种模式进行转载机推移。推移前，先清理干净转载机周围及过桥下的浮煤、杂物，检查两侧、皮带机尾自移装置无影响推收稿日期：2022-11-23作者简介：丁超，1993 年生，男，山西晋城人，工程师，主要从事煤矿智能化建设方面的工作。18507 智能化综采工作面建设及应用分析丁超（山西焦煤西山煤电马兰矿，山西 古交 030200）摘要：智能化开采对于实现煤矿的减员增效十分重要遥 介绍了 18507 智能化综采工作面的建设情况袁 重点分析了该工作面自动化集中控制的实现过程遥 在实现智能化开采后袁 日循环数达到 8 个袁 日出勤工数仅 32 个袁 工效达到了 263 t/工袁这充分表明智能化综采工作面的建设可以实现减员增效遥关键词：综采工作面曰 智能化曰 自动化集控系统中图分类号：TD67；TD823.97文献标志码：A文章编号：2095-0802-(2023)09-0046-03Construction and Application of 18507 Intelligent Fully Mechanized Mining FaceDING Chao(Malan Coal Mine,Xishan Coal Electricity Group,Shanxi Coking Coal Group,Gujiao 030200,Shanxi,China)Abstract:Intelligent mining is crucial for reducing personnel and increasing efficiency in coal mines.This paper introduced theconstruction of the 18507 intelligent fully mechanized mining face,focused on analyzing the implementation process of theautomation and centralized control of the working face.After the realization of intelligent mining,the number of daily cyclicnumber has reached 8,the number of daily work attendance is only 32,and the work efficiency has reached 263 t per worker,which could fully indicate that the construction of intelligent fully mechanized mining face can achieve staff reduction andefficiency increase.Key words:fully mechanized mining face;intelligence;automated centralized control system（总第 216 期）能源产业462023 年第 9 期2023 年 9 月移因素后，方可进行推移。推移至少由两人进行，两人分别在转载机机头、机尾观察并传递信号；传递信号必须使用工作面喇叭，严禁采用晃灯、喊话等方式。推移时，作业人员站在安全区域，无关人员远离作业地段，当阻力过大时，不准硬顶硬拉，待查明原因并处理后方可继续推移。表 1 给出了 18507 综采工作面智能化建设评价情况。由此可以发现，该工作面基本实现了智能化开采。表 118507 综采工作面智能化评价2工作面自动化集中控制工作面所采用自动化集中控制系统由集中控制中心、采煤机控制系统、支架电液控制系统、供电设备和泵站监控系统、视频监控系统、防爆网络摄像系统、通信系统等构成7-11。2.1控制原理系统根据回采工艺流程，制定专门的控制策略。在南五下组煤生产集控硐室对工作面进行生产远程控制8-10，控制的设备主要有采煤机、液压支架、转载机、刮板输送机及破碎机。该控制系统可以对工作面的设备运行状态进行实时在线监测，一旦发现设备故障，就可以及时地发现并做出相应的决策，例如系统发出语音提示、自动停机等，可以最大程度上减少设备的损坏，保证开采的安全性和效率。2.2控制模式根据工作面的生产状况，控制模式主要有自动控制模式和检修模式两种。其中，自动控制模式又可以分为就地控制和远程控制两种。远程控制模式是在井下集控中心对工作面的设备运行状态进行控制，采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、带式输送机、破碎机等设备的开停和供液系统可在集控中心分别控制。在正常工作状态，通常采用远程控制模式。该模式是井下作业人员在确认设备工作状态无异常时启动的一种模式。根据生产的需要，还可以启动单独控制模式。在这个模式下，可以实现一些设备的一键启停，应对生产过程中出现的紧急情况。该模式的实现需要依赖设备层的信号反馈、逻辑控制、判定条件等。就地控制模式也是现场控制模式，主要针对一些特殊情况下远程控制难以实现的情况，例如工作面某个区域顶底板不能满足自动生产需求、局部液压支架的阻力过大难以满足继续生产的需要。一旦确定采用就地控制模式，则需要实时监测现场设备的工作状态，一旦发现异常，则应该立即停机。检修控制模式是就地控制模式的一种特殊模式，主要服务于检修时设备的调试。在这个模式下，远程控制模式处于自锁状态，大部分设备不能运行。2.3控制条件根据现场的生产状况，自动控制可以分为所有设备自动控制和部分设备自动控制两类。下面将分别介绍这两类控制的条件。所有设备自动控制的条件：井下作业人员对负责的设备进行全面排查后确认无安全隐患，井下带班班长确认作业环境内无安全隐患，可以满足各种设备正常运行需求。自动控制流程：开机顺序，乳化液泵带式输送机破碎机转载机刮板输 送机喷 雾泵采 煤机液压支架；停机顺序与开机顺序相反。部分设备自动控制的条件：局部地区地质条件不满足正常生产或一些设备出现了故障。2.4人工干预在一些特殊情况下，需要对生产设备进行人工干预，通常可以分为远程干预和现场干预。远程干预是项目名称基本要求标准分值 得分割煤系统具有远程控制、姿态自动调整和定位功能99具有与瓦斯监控系统综合联动控制功能，并能根据现场情况实时调整采高、截割速度以及运动轨迹记忆功能99具有防碰撞功能30具有故障诊断和自动决策功能33支护系统具有自动调节功能、自动跟随和动态实时监测功能，根据对现场作业情况的监测，实时地调整液压支架的工作状态，包括移架、推架以及打开护板106具有远程和自动调直控制功能88可以实现自动放煤和人工遥控控制放煤功能3不涉及可以实现液压支架运行状态的监测和故障诊断及决策99运输系统具有智能变频调速控制系统，可以根据煤量监测结果进行调速，并可以与采煤机实现联动控制108具有多功能保护系统，可以在煤流量、速度等异常情况下对皮带机进行保护108可以实现远程遥控和自动控制33综合保障系统可以在井下控制中心和地面中心对井下生产系统实现协同控制、一键启停以及无人值守88具有智能供液系统66具有精准的人员和设备定位系统、可靠的安全监控系统，可以对工作面回采实现可视化监控63具备设备智能故障诊断、预测与预警功能30加分项综采工作面实现无人（少人）操作，综采工作面生产班单班岗位人员减少至 8 人及以下55丁超：18507 智能化综采工作面建设及应用分析472023 年第 9 期2023 年 9 月根据监测信息在控制中心对设备运行状态进行调整，而现场干预是在现场对设备的运行状态进行直接调整。值得注意的是，在进行干预时，为了保证控制的安全性，各种控制方式应该进行互锁。正在接受自动控制和远程人工干预的设备一旦接到现场干预的指令，将放弃自动控制和远程人工干预相关控制指令，直接执行现场干预的指令。2.5自动化采煤工艺实现过程开机顺序：乳化液泵带式输送机破碎机转载机刮板输送机喷雾泵采煤机液压支架。对泵站进行自动化控制时，通过集控中心泵站集控面板将旋钮旋转至自动模式；对带式输送机、破碎机、转载机和刮板输送机进行自动化控制时，通过集控中心三机集控面板将旋钮旋转至自动模式；对液压支架进行自动化控制时，通过集控中心支架集控面板将旋钮旋转至自动模式。对采煤机进行自动化控制时，通过集控中心采煤机集控面板将旋钮旋转至自动模式。调试前，通过割“学习刀”模式人工割煤，记录割煤工艺段，完整割完一刀煤后，按照记录下的采高和速度进行自动化割煤。上述模式全部在自动控制按钮时，方可实现自动化生产。3工作面效益分析工作面采用端头斜切进刀，双向割煤。采煤机往返一次割煤两个循环，循环进度 0.8 m。工作面循环时间td可以表示为：td=K2（L-l）v1+t2，(1)式中：K2为每刀辅助时间（包括交接班、处理大块煤等采煤机合理停顿时间）系数，取 1.3；L为工作面长度的数值，取 251 m；l为缺口长度的数值，取 50 m；v1为采煤机工作速度的数值，取 5 m/min；t2为进刀时间的数值，包括移机头、机尾及自开缺口，取 30 min。将有关数据代入式(1)中，则得到工作面循环时间为 82.3 min。工作面日循环数N可以表示为：N=60K1（18-t1）td，(2)式中：K1为事故相应系数，一般为 0.60.8，此次取0.8；t1为准备时间的数值，取 4 h。将有关数据代入式(2)中，则得到工作面日回采循环数为 8 个。经过计算，工作面的主要经济指标如表 2 所示。由表 2 可以发现，在建成智能化综采工作面后，日循环数达到了 8 个，日出勤工数仅为 32 个，工效达到了 263 t/工，达到了世界先进水平，这充分表明智能化综采工作面的建设达到了减员增效的目的。4结束语重点分析了 18507 智能化综采工作面的建设情况，经过评价，该工作面基本上达到了智能化的程度。详细地介绍了智能化综采工作面的自动化控制系统，主要包括控制原理、控制模式、控制条件等。通过对工作面的开采效益进行计算发现，工作面的智能化有助于实现减员增效。目前煤矿智能化还处于初级阶段，一些关键技术还有待突破，这导致生产时人员出勤工数依然较高。在未来，应该继续加大对煤矿智能化方面的研发力度，进而突破关键技术瓶颈，实现井下无人开采，进一步提升煤矿开采的效率。参考文献：1 孙晋璐，高贵军，琚林涛，等.寺河二号井薄煤层综采工作面智能化系统设计 J.煤炭工程，2022，54(10)：17-21.2 史超，刘亚明.晋华宫矿大采高智能化工作面建设技术研究与实践探索 J.智能矿山，2022，3(10)：34-42.3 苏伟，张瀚禹，刘海军，等.杨伙盘煤矿 30302 智能化综采工作面建设和应用 J/OL.煤矿机械，2022，43(10)：149-152 2022-11-23.https：/ 韩磊.煤矿智能化综采工作面设计初步探究 J.内蒙古煤炭经济，2022(14)：51-53.5 宋冰清，郑开明.对煤矿综采工作面智能化开采技术的应用 J.中国新通信，2022，24(14)：65-67.6 童保国.智能化综采工作面开采技术应用研究 J/OL.煤矿机械，2022，43(8)：206-209 2022-11-23.https：/ 张晓铖.综采工作面智能化开采技术分析 J.能源与节能，2022(6)：143-144.8 刘玉春，杨航.尔林兔矿智能化综采工作面建设研究 J.中国高新科技，2022(12)：21-22.9 李笑笑，张博，李晋，等.长平矿智能化放顶煤工作面初采工程实践 J.能源技术与管理，2022，47(3)：76-77.10 牛明敏.综采工作面自动化智能化开采技术研究 J.西部探矿工程，2022，34(6)：140-141.11 郭志伟.综采工作面智能化采煤的关键技术 J.矿业装备，2022(3)：93-95.（编辑：刘晓芳）表 2工作面主要经济指标序号指标项目指标1循环产量/t1 0502循环数/个83日产量/t8 4004日出勤工数/个325工效/（t 工-1）26348