1301综采工作面智能化系统运行设置探究.pdf

2023 年 11 月2023 年第 11 期煤炭是支撑国民经济发展的重要能源，与社会发展息息相关1。煤矿生产过程中的关键在于保证采面割煤的工作效率，随着煤矿智能化的大力发展，只有不断优化和升级采面智能化系统的运行设置，才能让煤矿智能化向着减人、少人及安全高效的方向发展2-3。1工作面煤层、地质情况及采煤工艺玉溪煤矿 1301 综采工作面位于一盘区南部东侧，开采 3#煤层，煤层厚度为 5.56.0 m，平均厚度为5.85 m，工作面切眼宽度为 200 m，顺槽设计长度为1 267.75 m，停采线为 120 m，可采推进长度为 1 101 m，预计可采储量约为 1.88106t。开采煤层为近水平煤层，煤层倾角为 0毅10毅，平均 3毅。煤层普氏硬度系数f=12。1301 回采工作面内未发现断层构造，根据已有资料分析 1301 工作面回采范围内发现 DX32-1，DX33，DX12-1 共 3 个陷落柱。煤尘无爆炸性，无自燃倾向性。工作面通风系统为“两进三回”U 型，其中，辅运顺槽、胶带顺槽位于工作面南部，担负工作面进风任务；回风 1，2，3 巷位于工作面北部，担负工作面回风任务。1301 综采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，一个循环推进 0.865 m；液压支架支护顶板，采用全部垮落法处理采空区。21301 综采工作面智能化控制系统的应用综采工作面智能化控制系统以电液控系统、三机通信系统、泵站控制系统、采煤机记忆截割控制系统为核心，包括液压支架姿态监测、安全监测监控、通信、工作面视频系统，通过将玉溪煤矿 5G 工业环网作为通信通道，将监控信息汇集到调度室；通过玉溪煤矿智能化管控平台实现采煤信息共享，可实时监测采煤支架、三机、视频等各类信息。2.1智能化系统总体实现功能以下功能是由采煤机、三机通信系统、泵站控制系统、电液控制系统、供电系统、语音通信控制系统等开放相应的通信接口、数据及远程控制权限才得以实现。1)在工作面出煤时，液压支架随着采煤机运行状态自动跟机，在系统中设定后，采煤机记忆割煤，工作面视频监控自动跟机，可在 1301 胶带顺槽集控仓对采面设备进行远程控制，最大程度减少人工操作，降低劳动强度。2)1301 工作面设备实时数据可上传到安全生产指挥中心，在井下集控仓授权的情况下可对工作面设收稿日期：2023-03-07作者简介：王杨袁 1988 年生袁 男袁 山西泽州人袁 工程师袁 主要从事煤矿智能建设工作遥1301 综采工作面智能化系统运行设置探究王杨（山西兰花科创玉溪煤矿有限责任公司，山西 沁水 048200）摘要：针对玉溪煤矿 1301 综采工作面生产过程尧 开采系统尧 地质环境袁 通过对现有综采工作面智能控制系统的探究袁 总结出了综采工作面智能化生产模式袁 重点介绍了智能化工作面主要应用技术尧 应用效果及存在的问题遥 通过玉溪煤矿厚煤层智能化无人开采的试验袁 证明了在地质条件较差的矿井袁 智能化开采还需要更加成熟和稳定的技术来克服井下恶劣环境曰 在地质条件较好的工作面袁 智能化开采有较大的应用价值遥关键词：智能控制系统曰 综采工作面曰 矿井中图分类号：TD823.97文献标志码：A文章编号：2095-0802-(2023)11-0159-03Operation Settings of Intelligent System for 1301 Fully Mechanized Mining FaceWANG Yang(Yuxi Coal Mine Co.,Ltd.,Shanxi Lanhua Sci-tech Venture Co.,Ltd.,Qinshui 048200,Shanxi,China)Abstract:Based on the production process,mining system,and geological environment of the 1301 fully mechanized mining facein Yuxi Coal Mine,this paper explored the existing intelligent control system of the fully mechanized mining face,summarized theintelligent production mode of the fully mechanized mining face,and focused on introducing the main application technologies,application effects,and existing problems of the intelligent working face.The experiment of intelligent unmanned mining of thickcoal seams in Yuxi Coal Mine has proven that in mines with poor geological conditions,intelligent mining still requires moremature and stable technologies to overcome the harsh underground environment;in working faces with good geological conditions,intelligent mining has great application value.Key words:intelligent control system;fully mechanized mining face;mine（总第 218 期）实践运用1592023 年第 11 期2023 年 11 月备进行远程操控。3)对工作面设备、人员无盲区监视（数据及视频），确保工作面设备与人员安全。4)安全生产指挥中心对 1301 工作面智能化系统能进行“一键启停”。5)1301 胶带顺槽集控仓可对工作面设备如采煤机、液压支架、转载机、破碎机、采煤机、泵站系统进行工况监测和远程控制，以及数据集成、处理及故障诊断、管理等，此外通过玉溪煤矿 5G 工业环网，在工作面实现数据的高速传输，大大提升了井上下数据传输的效率。当工作面控制系统出现故障时，可切换成人工控制，自动化系统控制不会影响到安全生产。2.2集控系统组成支架电液控制系统由耦合器、位移传感器、驱动器、中继器、支架警示灯和架间连接器等部件组成。1)地面显示器 4 台和主机 2 台，用于在地面显示采煤机、三机控制系统、液压支架、工作面视频；2)矿用隔爆兼本质安全型电脑 2 台，放在 1301 胶带顺槽设备列车集控仓，用于监测和控制工作面智能化设备，确保设备安全稳定运行；3)井下集控中心，矿用隔爆兼本质安全型显示器 6 台，放在 1301 胶带顺槽设备列车集控仓，其中 3 台用于视频监控，另 3 台用于对应操作台；4)采煤机操作台，放在 1301 胶带顺槽设备列车集控仓，用于对采煤机进行远程控制；5)支架操作台，放在 1301 胶带顺槽设备列车集控仓，用于对液压支架进行远程控制；6)集控仓，对刮板输送机、转载机、破碎机和泵站等设备“一键启停”；7)矿用本质安全型摄像仪，根据工作面切眼长度，每 6 架支架安装1 台矿用本质安全型云台摄像仪，安装位置在支架的顶梁上，用于跟踪采煤机视频监控。2.3采煤机自动化采煤机自动化包括位置定位、姿态定位、远程控制、数据上传、自动截割和自动化接口六大功能。其中，姿态定位包括采高监测、俯仰采监测，自动截割采用记忆截割原理。在采煤机记忆截割模式下，人工操作可随时干预，具备最高优先级。当工作面环境发生变化时，可直接使用人工干预模式。2.41301 胶带顺槽监测控制系统远程控制箱位于设备列车上，主要用于实现对采煤机的数据采集和为第三方提供数据传输以及通信接口的功能，采煤机具有位置定位、姿态定位和数据传输等功能，能在胶带顺槽集控仓中显示，并向调度室传输数据。可远程启动记忆截割，在记忆截割模式下，各项操作均可进行人工干预，本地操作优先级最高，用以保护采煤机操作的安全性等。3各主要系统功能的实现3.1液压支架姿态监测在液压支架的底座、连杆、顶梁、尾梁及护帮上安装倾角传感器，根据支架运动状态计算出支架实时坐标，包含支架高度、仰俯角度、护帮伸收状态等。3.2工作面视频监控系统云台摄像仪悬挂于支架顶部，能够根据系统得到的采煤机位置信息，自动跟机并实时进行调整，确保能够随时看到采煤过程。当采煤机运行离开某一摄像仪的监控范围后，系统能够自动切换合适位置的摄像仪进行不中断的监控。3.3工作面人员定位和支架警示灯功能1)采煤工作面人员携带识别卡，确定工作面内每一个人员的精确位置；2)系统显示工作面人员位置、数量等；3)当支架处有人员活动时主动闭锁，保证人员安全；4)配合声光报警灯实现危险区域声光报警；5)支架警示灯实现支架动作预警，动作区域、安全区的预警提示。3.4工作面自动找直系统1)通过惯导设备确定采煤机位置、姿态，在系统中计算出采煤机水平方向和前后方向的相关数据，并且检测刮板运输机直线度，实时调整工作面直线度；2)采煤机将检测到的数据传输给系统，系统通过自我分析，自主协调控制，将需要调整的数据发给电液控系统，由电液控系统对刮板运输机进行调整，实现对工作面的调直功能；3)实现运输机平直度测量偏差50 mm，全工作面直线度偏差臆500 mm。4地面及顺槽集中控制系统4.1设备工况监测1)采煤机工况监测。1301 综采工作面采煤机运行状态如图 1 所示。可在系统中随时查看采煤机的位置、速度、牵引方向、机身仰俯角度、左右滚筒高度、各电机工作电流、冷却水流量、冷却水压力、泵箱液压油油位、泵箱液压油油箱温度等。2)集控监测。1301 综采工作面集控监测状态如图 2 所示。可随时查看启停状态、电机转速、冷却水压力、流量、工作电流等。3)泵站工况。可实时监测泵站润滑油油温、进出液压力、乳化液浓度、乳化油油箱油位等信息，并可实时诊断各类传感器等设备故障信息。4)设备运行信息监测。可实现对支架、泵站、采煤机、开关、皮带、运输机等设备运行状态和故障的监测。倾角传感器可随时采集采煤机倾角变化数据，根据系统算法，计算出工作面起伏的曲线。4.2设备启停顺序1)启动流程，泵站胶带输送机破碎机转载机煤流采煤机记忆割煤液压自动化；2)运行流程，实时监控综采设备运行情况，若出现异常状况，人工可随时进行干预，停止自动运转；3)停止流程，液压支架停止采煤机停机煤流停机转载机停机破碎机停机胶带输送机停机；4)急停，按下“急停”按钮，可停止工作面所有设备。1602023 年 11 月2023 年第 11 期额定电流/A000000系统电压/V000000油温/益000000油压/MPa0001 号喷雾泵2 号喷雾泵3 号喷雾泵1 号乳化泵2 号乳化泵3 号乳化泵纯水箱油箱油泵油桶液箱水泵纯水入口图 21301 综采工作面集控监测状态图图 11301 综采工作面采煤机运行状态图5远程控制5.1液压支架远控以电脑主机系统和工作面摄像头视频数据为依据，通过井下集控仓和地面调度室操作台实现对液压支架的远程控制；可远程操作液压支架单架、成组推溜、拉架、降架、升架等。5.2采煤机和三机系统远控以采煤机及工作面视频为依据，通过远程控制台控制采煤机；远程控制功能包括采煤机滚筒升降，采煤机组的左牵、右牵、急停等。61301 综采工作面实现智能化存在的困难1)智能化综采工作面割煤时，由于工作面粉尘浓度较高，云台摄像仪防尘效果不理想，无法清楚看到采煤机下风侧情况，为矿井安全生产考虑，采用远程可视化控制采煤功能较少；2)智能化系统在使用过程中不够稳定，偶尔出现蓝屏等情况，重启电脑后恢复正常；3)玉溪煤矿智能化综采系统具备记忆截割、自动跟机移架等功能，但由于受煤层埋藏较深，瓦斯抽采后煤体松软，现阶段过构造等不良因素影响，工作面作业时易发生片帮、架前冒顶等，为保障矿井安全生产，记忆截割、自动跟机移架功能未正常使用，采取人工干预辅助作业。7结束语随着智能化不断发展，国家在智能化方面的政策不断地完善和改进，智能化开采中遇到的问题和难点将会持续得到解决，实现智能化开采任重而道远。煤矿企业应为煤矿职工创造舒适的工作环境，为提升智能化装备水平，为实现“无人则安”的安全生产作业目标而不懈奋斗。参考文献：1 宋启.薄煤层综采工作面液压支架智能选型与应用研究 D.徐州：中国矿业大学，2016.2 龚轩.综采工作面智能化开采技术研究及应用 J.煤矿机械，2022，43(5)：152-155.3 程超峰.综采工作面智能化系统及其应用研究 J.机械管理开发，2022，37(5)：280-281.（编辑：刘晓芳）王杨：1301 综采工作面智能化系统运行设置探究161