对于国内煤矿推行综采自动化的技术探究

翟文

(神华宁夏煤业集团 梅花井煤矿,宁夏灵武 751400)

对于国内煤矿推行综采自动化的技术探究

翟文

(神华宁夏煤业集团 梅花井煤矿,宁夏灵武 751400)

煤矿综采自动化水平的高低成为体现煤矿现代化管理水平和煤机装备是否先进的重要指标,对确保综采工作面各设备协调、连续、高效、安全运行,实现煤炭高效、安全开采至关重要。本文分析了我国综采自动化的发展现状,结合神华宁夏煤业集团梅花井煤矿自动化项目运行情况,深入探讨了煤矿在推行综采自动化过程中存在的瓶颈约束,并详细阐述了这些问题产生的原因,提出了相应的解决措施。

综采工作面 自动化 安全 高效

综采工作面是矿井生产的核心，对综采工作面推行自动化控制是增强煤矿企业核心竞争力的有效手段。近年来，随着自动化技术的发展以及国家对资源的重视，煤炭企业为了打造“集约化、智能化、人性化、本质安全、绿色和谐”矿区，实现煤炭安全、高效开采，提高资源采出率和安全保障能力，对综采自动化的需求越来越迫切。许多煤矿企业开始积极探索研究综采工作面自动化开采。然而，实践证明，在综采自动化实际应用中仍然存在着一些不足和需要改进的地方，主要表现在：现有的综采自动化控制技术不成熟，核心元部件的可靠性不足；采煤机随机摄像系统不能满足实际需要；采煤作业的实时监控与远程干预能力不足等，这一系列问题严重制约了自动化程度的进一步提高和综采自动化技术的推广。因此，本文将结合神华宁夏煤业集团梅花井煤矿自动化的应用实际，试图探讨综采自动化推进过程中的瓶颈约束问题，旨在提高这一关键技术的应用效果。

1 我国综采自动化技术的发展现状

在煤矿领域，我国综采自动化技术的历史落后于德国、澳大利亚等西方国家。二十世纪初，综采自动化应用前期，刨煤机综采机组在中国推广较热，我国煤矿在用的刨煤机综采机组全部采用进口刨煤机配套其液压支架和运输系统。但受其对煤矿开采条件局限性的限制，刨煤机没有得到普遍推广。二十世纪60年代以后，滚筒采煤机的研究越来越深入，滚筒采煤机由于具有截割效率高、破煤岩能力强、适应性好等优点，适应于我国薄煤层赋存多样性的特点，被推广应用，因此，在我国发展较快。经过多年的发展，我国在滚筒采煤机的研制与开发方面积累了大量经验，其应用范围已由薄煤层拓展到中厚煤层甚至厚煤层，其功率也呈现增大的趋势。特别是近十来以来，国内在综采自动化方面做了积极的探索和大量的实践工作，突破了一批综采自动化关键技术，形成了一批具有我国自主知识产权的产品和专利，尤其在单机设备自动化上取得了很大进展[1-3]。伴随着我国综采自动化技术的革新，我国的综采自动化技术走过了一条由引进国外设备、消化、吸收到结合煤炭企业自身实际，整体规划、分阶段选择适当目标、持续改进、循序渐进、逐步发展的自主创新道路，极大的提高了煤炭开采技术和装备技术水平。虽然我国的煤炭开采技术和装备水平迈上了一个新台阶，但仍需看到我国综采自动化技术的应用和推广毕竟只是局部现象，还没有大范围推广使用，其整体技术水平的提升依旧还有很长的路要走。

2 煤矿企业推行综采自动化的瓶颈约束

目前，致使综采自动化系统不能作为普遍适用性来大范围推广的因素是多方面的。为了今后更有成效的推行综采自动化，笔者结合神华宁夏煤业集团梅花井煤矿1102206综采工作面自动化项目的实施经验，对推行综采自动化的瓶颈约束进行总结与反思。

众所周知，综采自动化技术集检测、通讯、控制、视频、以太网和液压等多种技术的综合应用(如图1所示)，既需要完成设备自身的感知与控制，又要完成设备之间的互联互锁，统一综合决策与控制[4-5]。这是一项复杂的系统工程，目前在实现煤矿井下综采设备自动化控制技术过程中主要存在以下瓶颈约束：

2.1 传感器性能和功能的可用性不足

综采工作面设备姿态感知控制主要是通过安装在装备上的倾角传感器、行程传感器、接近传感器、水平位移传感器、光纤陀螺仪等仪器，实时感知液压支架的三维姿态、高度测量、采煤机和刮板输送机的倾斜、俯仰二维姿态等，为自动化控制系统的决策提供依据。实践证明，现场所使用控制器在进行相应动作时，一般不参考各类传感器检测值和数据分析，只依据动作时间进行控制。因此，传感器在整个自动化系统中的功效不大，往往成了“聋子的耳朵就是个摆设”，传感器没有达到自动化预期的可用性目标。

2.2 主要产品的核心技术没有完全掌握,产品可靠性较低[6]

目前，综采自动化主要产品的核心元部件一般选用国内公司产品，如传感器、变频器、输送机用软启动装备等。特别是，受开发能力限制，主要产品的核心元部件可靠性差、性能不稳定，配套软件缺陷多、采煤工艺与采场实际情况不符。因此，国内企业开发的产品无论是在性能上还是在质量上都与国外产品相差较大。如液压支架行程传感器损坏较多；全程跟随采煤机行走的无缝视频监控系统采集到顺槽复现的视频图像绝对时间延迟，并且在低照度、无光源、有煤尘或有雾气的情况下视频效果的晰度不够，一定程度上影响了远程控制功能的实现。

2.3 自动化工作面跟机功能的使用受限

笔者经过现场观察发现，在工作面顶板条件允许的情况下，自动跟机的基本功能均可实现。但在跟机过程中，还存在以下问题：

(1)煤机速度过快时支架动作跟不上，出现拉架不齐或丢架现象；在跟机功能使用过程中，发现当煤机下行时速度超过12m/min时，由于采煤机行进速度较快，跟机时都会出现煤机机身后方支架虽已被触发跟机移架并预警，但由于移架速度跟不上采煤机行进速度，导致预警之后没有进行跟机移架而发生拉架不齐或丢架的状况，这时就需要支架工在煤机行进前方进行人为干预。(2)工作面调整时跟机功能受限制；当工作面存在坡度或每刀割煤后各个支架拉架量、推移量难以完全一致时，在连续生产中累计的差值会造成工作面不能沿直线推进。(3)顶板不好时跟机功能受限制；在工作面顶板条件不好时，顶板破碎的区段为了加强支护，经常进行及时支护的操作。在这种情况下跟机功能就不能正常使用。(4)缺乏应用基础；综采自动化技术是多种跨学科技术的集成，需要煤矿企业在人员素质和配套装备水平方面具备一定的基础。但煤矿企业属于高危行业，高素质和专业性技术人才比较匮乏，缺乏应用基础和经验。(5)思想认识不足；煤矿企业投入综采自动化项目，其目的是通过技术革新，提高综采生产效率。面对这样一个新技术，上到领导下到员工，大家对其的思想认识不足，不能正真做到在现有装备技术水平的基础上，将综采自动化工作深入、细致、系统、扎实、有效地推进下去。

图1 综采自动化系统体系架构图

3 解决上述问题的关键举措

3.1 认真学习借鉴,加大科技投入,增强综采装备技术水平

我国应认真学习借鉴国外综采自动化的关键技术和使用经验，融合提炼，结合我国自身实际情况，自主创新，形成自己的技术水平。尤其是在核心元部件的研发上，必须满足高可靠性和寿命的产品特征。因此，必需通过科技投入改善这一现状。科技投入是自动化装备技术水平革新的“源头活水”，有利于提高企业自主开发和创新能力，没有科技投入，更好的推行综采自动化就无从谈起。

3.2 强化关键元部件的真实性能测试与分析,提高元部件可靠性和寿命

我国综采自动化技术攻关“重型轻质”，侧重设计结构模仿与开发，很少进行关键元部件工程分析、理论和试验研究。因此，关键的元部件一定要开展其使用中的真实性能测试与分析，并应用到产品设计中；同时，要注意收集和分析目前各元部件的故障情况，建立对应元部件的故障数据库，开展故障率评估和可靠性预计，提出一套适合我国综采自动化配套装备机械制造业现状的总体方案和各主要部件的可靠性考核指标，并编制相关部件可靠性设计规范；强化装备系统可靠性设计、产品性能的工程分析计算和性能验证分析，提高设备的可靠性和寿命；最终保障自动化成套系统的使用性能。

3.3 转变思想观念,完善创新机制

对综采工作面应用自动化技术，是实现煤矿管理模式从粗放型向生产管理现代化转变，提高效率，增加效益的关键举措。在自动化应用过程中，应积极组织矿各所属单位学习自动化相关理论，使矿领导和员工从思想上对自动化技术有一个初步的认识和理解；并通过讲座等形式做好矿自动化技术的培训工作。将自动化技术和先进的现代管理理念融入到矿的实际工作中，以理论指导实践，以实践验证理论，不断优化生产作业流程，不断优化管理体系，不断完善管理制度，为实现自动化的平稳运行提供保障。

3.4 夯实基础,提高自动化运行质量

夯实基础是推广综采自动化技术，提高其运行质量的重要保障。因此，在实践中必须坚持三个保证，即组织保证、人力保证和经费保证。组织保证，就是要加强自动化管理工作的组织和领导，综采自动化应用的关键是领导，树立一把手负责制，确保各项工作政令的畅通；人力保证，在实际应用中培养一批懂技术会管理，富有创新意识和进取精神的高素质专业人才，积累应用经验和基础，为自动化技术的深层次应用发展打下坚持的基础；经费保证，自动化的推广应用上，要力图达到更佳的效果，必须在组织和人才保证的基础上提供必要的经费保证。

3.5 综采自动化的推行需坚持应用为本,循序渐进,融合矿井实际

煤矿企业具体情况各有差异，在推行综采自动化时要坚持应用为本，循序渐进的原则，选择合适的设备和软件，依靠先进的技术、高素质的人才，逐步推进，逐步深入，充分吸收借鉴实施过程中发现的好的做法和经验，建立相关制度和运营机制，扎实推进，持续改进，不断提升应用效果形成综采自动化应用的长效机制。

4 结语

综采工作面自动化技术对于推动我国煤矿综采工作面自动化的整体技术进步，提升行业技术水平和国际竞争力具有重要作用。虽然在自动化技术的推广应用中存在一些问题，但煤矿企业不能因噎废食。而改变当前局面的关键是煤矿企业必须依靠自动化技术的进步致力于煤矿自动化工作面的建设，积极建设技术水平先进、安全高效的工作面，实现产量和管理的双提升。综采自动化技术将极大的促进煤矿开采技术进步，改变工人的操作习惯，改善工人的劳动环境，达到“无人则安”，安全高效。不久的将来，综采自动化技术将成为综采工作面成套装备自动化系统的应用典范，后期的推广前景很广泛。

[1]张军辉.我国煤矿采煤机的研制回顾、现状以及发展[J].煤矿机械,2008,29(3):1～3.

[2]王金华.我国煤矿开采机械装备及自动化技术新进展[J].煤炭科学技术,2013,41(1):1～4.

[3]张世洪.我国综采采煤机技术的创新研究[J].煤炭学报,2010,35(11):1898～1902.

[4]黄曾华,苗建军.综采工作面设备集中控制技术的应用研究[J].煤炭科学技术,2013,41(11):14～17.

[5]赵永德,宋鹏,陈爽等.综采工作面自动化技术[J].煤炭技术,2010,29(1):82～84.

[6]宫志杰,王惠忠.煤矿信息化系统安全性、可靠性的思考[J].工矿自动化,2009,(9):131～132.

Fully mechanized coal mining level of automation become modern coal mine management level and is one of the important indices for advanced machine equipment, to ensure fully mechanized coal face each device coordination, continuous, high efficient and safe operation, realizing efficient and safe mining of coal is essential. This paper analyzes the current development of mechanized mining automation situation, combining with the Shenhua Ningxia Coal Industry Group, Meihuajing mine automation project operation, discussed bottleneck constraints that exist in theimplementation of fully mechanized coal mine automation, and expounds the causes of these problems in detail, puts forward the corresponding solutions.

fully mechanized coal face automation; safe efficient

翟文(1976.5-),男,硕士研究生,高级工程师,注册安全工程师,1997年8月参加工作,一直从事采矿技术管理工作,现任神宁集团梅花井煤矿生产副矿长。