煤礦綜采無人化開采技術分析

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摘要：煤礦作業(yè)環(huán)境相對比較惡劣，危險性較高，其中以綜采工作面的安全風險最高，是影響煤礦安全生產的關鍵因素之一。近年來，我國在無人化開采技術發(fā)面取得了重大突破，無人化開采技術逐漸發(fā)展成熟，已經在煤礦綜采工作面投入使用，并取得了良好的效果，有效控制了安全風險，充分保障了綜采面作業(yè)人員的安全。本文某煤礦為例，對煤礦綜采工作面無人化開采技術優(yōu)勢進行分析，重點研究煤礦綜采工作面無人化開采技術的實現(xiàn)路徑。

關鍵詞：煤礦；實現(xiàn)路徑；綜采工作面；無人化開采技術

1項目概況

某煤礦為提升生產效率、保障生產安全，首次嘗試無人化開采技術，在綜采面安裝了無人化開采設備，通過自動化控制與遠程操作兩種方式實現(xiàn)無人化作業(yè)。采煤機控制以記憶切割為主，輔以遠程干預；液壓支架以自動化控制為主，輔以遠程干預；設備監(jiān)測以數(shù)據(jù)監(jiān)測為主，輔以視頻監(jiān)測，全面實現(xiàn)綜采面無人化作業(yè)。項目控制系統(tǒng)采用的SAC電液控制系統(tǒng)、SAM自動化集成控制系統(tǒng)以及SAP集成供液控制系統(tǒng)，此外，還配置了KTC101通訊系統(tǒng)，采煤機選用的是MG2×200-AMD；液壓支架采用的是ZY6800；轉載機采用的是SZZ800。

2煤礦綜采面無人化開采技術的優(yōu)勢分析

在煤礦生產作業(yè)過程中，安全問題一直是重點，一旦發(fā)生事故，不僅會影響煤礦正常生產，還可能造成人員傷亡，影響極為惡劣。在煤礦綜采作業(yè)面作業(yè)過程中，以往主要是依靠人力完成大部分工作，在開采作業(yè)過程中，作業(yè)人員的安全問題受到多方面因素的影響，包括環(huán)境因素、技術因素、設備因素以及人為因素等，整個作業(yè)過程風險性比較高。煤礦綜采面無人化開采技術的優(yōu)勢在于可以實現(xiàn)智能化、自動化、無人化作業(yè)，不僅可以最大限度減少作業(yè)人員的工作量，同時也能降低作業(yè)過程中人為因素的影響，確保開采作業(yè)安全。煤礦綜采工作面無人化技術是煤礦開采領域的重大進步，無論是從安全、成本還是效率方面考量，無人化開采技術都具有明顯優(yōu)勢。

3煤礦綜采工作面無人化開采技術的實現(xiàn)路徑

3.1無線通信網(wǎng)絡

當前，煤礦綜采作業(yè)面通信網(wǎng)絡主要存在可靠性差以及傳輸效率偏低等問題，電纜載波傳輸方式傳輸速度慢、傳輸?shù)臄?shù)據(jù)量較小，難以滿足信息實時化需求；光纜傳輸雖然傳輸?shù)膶崟r性以及信息量符合需求，但在使用壽命、信號穿透性、抗干擾因素以及建設成本方面光纜傳輸不具備明顯優(yōu)勢，難以滿足煤礦無人化生產的要求。上述幾種傳輸方式都存在一定的缺陷，因此，必須要研究一種可以滿足無人化開采實時性、可靠性需求的通信網(wǎng)絡，以當下的技術手段而言，有兩種新型無線通信網(wǎng)絡可以選擇，考慮的到本項目的實際情況，最終選擇的是Wireless網(wǎng)絡。Wireless網(wǎng)絡具備自動化管理、自動化組網(wǎng)、自動化平衡以及自動化修復的特征，最高傳輸帶寬可達到50Mbit/s以上，并且Mseh網(wǎng)還可以接入工業(yè)以太網(wǎng)，和煤礦主干網(wǎng)絡共同構成完成的系統(tǒng)。二是Li-Fi（LihgtFidelity）網(wǎng)絡，這是新型無線連接技術，依靠可見光譜完成數(shù)據(jù)傳輸，需要在照明設備上設置微型芯片，使其兼具照明以及信息傳輸?shù)碾p重功能，而煤礦綜采作業(yè)面本身對于照明的需求較高，基本上3臺左右的支架就需要配備1臺照明設備，因此，在進行網(wǎng)絡部署時更為方便、快捷。

3.2數(shù)據(jù)標準化處理技術

在傳統(tǒng)作業(yè)模式下，煤礦綜采面作業(yè)系統(tǒng)相互獨立，關聯(lián)度較低，作業(yè)信號首先傳輸至系統(tǒng)主機，然后在不同系統(tǒng)主機之間交換數(shù)據(jù)信息，通常數(shù)據(jù)交換主要是以OPC、RS485、TCP/IP以及現(xiàn)場總線等形式完成，這種模式的缺陷在于數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹修D環(huán)節(jié)過多，系統(tǒng)兼容性極差，若采用的是不同廠家的設備，則相互之間還存在技術保護，會影響正常使用?？紤]到煤礦綜采作業(yè)面無人化開采技術的應用，使用的相關設備必須要符合EtherNet/IP通信協(xié)議的規(guī)定，所有配套設備都必須具備統(tǒng)一接口。在此基礎上，系統(tǒng)就可以根據(jù)不同作業(yè)任務需求定義通信需求，將通信任務劃分為參數(shù)配置、遠程操作控制以及遠程監(jiān)測等，并搭建不同對象模型，完成通信任務，對于傳輸實時性要求的可以采用UPD/IP協(xié)議1類傳輸連接，其余數(shù)據(jù)則采用TCP/IP協(xié)議3類傳輸連接。通過對數(shù)據(jù)進行分級，不僅可以明確處理的優(yōu)先級，對于保障系統(tǒng)安全、高效運行以及提升數(shù)據(jù)處理效率也具有重要作用。

3.3支架跟機自動化技術

煤礦采用的支架跟機自動化技術主要的缺陷是頂板控制能力不足、支架拉架不及時以及頂板破碎的情況下難以完成自動化操作等問題。支架難以實現(xiàn)追機甚至是超前拉機，其主要是考慮到安全方面的問題，采煤機身區(qū)域屬于操作人員主動活動區(qū)域，此區(qū)域內的支架需要保持靜止狀態(tài)。然而這種設計會導致支架拉架動作滯后，若頂板條件相對較好，則可以正常運行；若頂板條件較差，采煤機身會形成長距離的空頂，如果不及時進行支護，則很容易出現(xiàn)頂板冒落的情況。基于上述問題，考慮到無人化開采技術的現(xiàn)實需求，可以采用伸縮性頂梁支架，采用伸縮頂梁支架，采煤機頂滾筒過后支架先伸出伸縮頂梁控制頂板，再按要求完成支架拉架、推溜等動作；同時采用可雙向傳輸?shù)倪b控器，采煤機通過遙控器實時掌握采煤機運行狀態(tài)，不需要再觀察采煤機的顯示屏，這樣就可以縮小操作人員的活動區(qū)域，這樣支架就可以實現(xiàn)追機甚至是超前拉機，支架拉架動作滯后的問題就可以得以有效解決。此外，對支架控制系統(tǒng)程序需要進行調整優(yōu)化，強化其監(jiān)測功能，從而實現(xiàn)對系統(tǒng)運行狀態(tài)的實時監(jiān)測。

3.4自適應割煤技術

要實現(xiàn)煤礦綜采作業(yè)面的無人化開采，采煤機必須要具備自適應功能，可以對開采過程中可能出現(xiàn)的各種情況及時作出精準的判斷，并根據(jù)情況進行優(yōu)化調整。采煤機自適應功能最為關鍵的是模糊判斷以及趨勢控制，在實際作業(yè)過程中，割煤與割巖存在明顯不同，最為直觀的區(qū)別的就是能見度明顯存在差距，對割煤或者割巖時的能見度進行檢測，以明確煤巖的分界參數(shù)。而傳感器傳輸?shù)淖鳂I(yè)面粉塵濃度信息可以準確判斷采煤機當前是割頂或割底，進而有針對性的調整滾筒的高度，注意控制調整幅度，不宜過大，否則可能會導致頂板過度出現(xiàn)問題。

3.5綜采面監(jiān)控技術

在綜采面構建開放性的工業(yè)控制網(wǎng)絡，將設備信息傳輸至順槽監(jiān)控中心，為設備控制決策提供依據(jù)；綜采面每6個支架配置1臺攝像儀，以實時監(jiān)控綜采面作業(yè)情況以及設備運行情況；在順槽列車上設置井下中控室，負責監(jiān)控綜采面無人化作業(yè)，值班人員僅需要在監(jiān)控中心值班即可。

4效益分析

4.1經濟效益方面

煤礦綜采面采用無人化開采設備后，綜采面作業(yè)人員明顯減少，原來需要9個工作人員完成的工作，現(xiàn)在只需要1名值班工作人員即可，同時工作強度也顯著降低，僅此一項每年可以為煤礦節(jié)約人力資源成本超過500萬元。無人化生產最大的優(yōu)勢不僅僅體現(xiàn)在作業(yè)效率的上升以及生產成本的下降上，更為關鍵的是這為煤礦發(fā)展提供了一條具有實踐意義的道路，積累了豐富的無人化開采作業(yè)經驗，從長遠發(fā)展的角度來看，對于煤礦的發(fā)展具有極大的積極意義。

4.2社會效益方面

第一，無人化開采設備的應用使得工人從高風險的工作面采場轉移到了比較安全的順槽監(jiān)控中心來，這樣巨大地保障了礦工的人身安全，降低了煤礦采掘的風險性。第二，我國國產成套無人化開采裝備的投入應用，開創(chuàng)了我國無人化開采的先河，成熟的技術可以完全替代進口設備，這對我國綜采工作面開采尤其是針對一些薄煤層工作面的開采具有重要意義。第三，無人化開采技術的應用原有的采掘工人從體力勞動轉變?yōu)檠矙z工，這樣極大地降低了工人的勞動強度，同時也為工人創(chuàng)造了良好的工作環(huán)境。第四，無人化開采技術的應用有效提升了煤礦原煤開采率及煤炭資源的回收率，起到了節(jié)能減排的功效。

5結語

綜上所述，煤礦綜采面無人化開采是煤礦發(fā)展的必然趨勢，無人化開采技術雖然目前尚存在一定的限制性條件，但是未來必然會廣泛使用。需要注意的是，無人化開采技術必須要依賴于各種先進技術手段，這樣才能真正實現(xiàn)無人化開采，推動煤礦發(fā)展。

參考文獻

[1]張良,李首濱,黃曾華,王旭鳴.煤礦綜采工作面無人化開采的內涵與實現(xiàn)[J].煤炭科學技術,2014,42(09):26-29+51.

[2]索智文.煤礦綜采工作面無人化開采技術研究[J].工礦自動化,2017,43(01):22-26.

作者：趙剛 單位：晉能控股煤業(yè)集團四老溝礦