远程智能操控综掘工艺在煤巷掘进中的应用

2022-01-21卫鹏

煤 2022年1期

卫鹏

(山西焦煤汾西矿业安全监察中心，山西介休 032000)

综掘是现阶段矿井巷道掘进的主要方式之一，综掘工作面存在的高噪音、高粉尘等问题，影响着现场作业人员的身体健康，同时掘进迎头发生片帮、冒顶、瓦斯异常涌出、突水等事故还会直接威胁作业人员的生命安全[1-3]。巷道施工涉及到掘进、运输、支护等多个环节，各环节虽然基本实现了机械化操作，但是自动化水平较低，难以满足巷道快速掘进的需要[4-5]。随着矿井综合开采技术水平的不断提升，采掘接替紧张的局面更为突出，在一定程度上制约了矿井的高效生产[6-7]。自动化、智能化、无人化操作是提高巷道掘进效率的重要途径。文中以山西某矿11206运输巷掘进为工程背景，对远程智能化掘进工艺在现场的应用进行了分析，以期能更好地促进矿井巷道掘进工作开展。

1 工程概况

山西某矿主采的11号煤层平均埋深460 m，二采区11206综采工作面为矿井备用开采工作面，现处于回采巷道掘进阶段。11号煤层厚度3.6 m、倾角3～5°，煤层原始瓦斯含量较低，顶底板岩层以细砂岩、泥岩为主。

11206运输巷设计断面为矩形，掘进长度1 605 m，围岩采用锚网索梁支护工艺。为提高巷道掘进效率，降低掘进迎头恶劣的环境给作业人员造成影响，矿井于2021年2月份采用远程智能操作综掘工艺进行运输巷掘进，现场取得了较好的应用成果，月掘进进尺稳定在300 m以上，为采面快速投产创造了良好条件。

2 远程智能操控综掘工艺应用分析

2.1 掘进、运输以及支护设备

11206运输巷采用EBZ-200综掘机破煤岩，配合40T刮板输送机、SDJ-80带式输送机进行转载、运输，采用MQT-130/3.6锚杆机、AQS-90/10.5J锚杆安装机进行锚杆的钻孔施工及安装。具体采用的综掘机结构见图1。通过采用远程智能操作工艺实现了综掘机远程操控。

图1 综掘机结构示意

2.2 远程智能操作工艺

远程智能操作工艺包括远程智能控制、轨迹监测以及远程监控等关键系统。

2.2.1 智能操控系统

EBZ-200综掘机智能控制采用ESK远程智能操控系统，该系统结构包括惯性导航系统、光纤通信网络、中央控制单元、远程监控分站等。在综掘机上通过ESK远程智能操控系统可实现综掘机截割状态、装机工作状态以及后续转载、运输设备状态采集，并可依据现场实际情况增加各类传感器用以采集环境、设备工作状态的参数。设备工作状态采集系统用以采集综掘机运行状态参数，可实现电压、截割电机、油泵电机等状态的监测。

为确保综掘机灵活工作，前端监测数据传输采用无线方式。综掘机状态参数、控制参数以及视频监控数据等均采用无线方式传输给巷道壁上布置的中继站，中继站随着掘进机不断前移，中继站与后方控制中心采用线缆进行信号传输。

2.2.2 远程视频监控

在掘进机四周均安装有无线摄像头、传输站等设备，将掘进机的工作状态、作业点环境等信息通过无线网络传输给掘进机后方的控制中心。控制中心再通过井下工业以太网传输给地面监控中心，从而实现对掘进机工作状态的远程监控。

2.2.3 智能操控系统技术特点

1) 智能操控系统可实现三维空间定位定向，采用的惯性导航技术具有准备时间短、抗干扰能力强、反应速度快等优点。

2) 可实现最远1 500 m的远程智能截割控制，控制反应速度快，同时具备掘进迎头边界报警功能。

3) 截割轨迹实时监测，提高巷道成型效果。掘进巷道断面成型误差控制在150 mm以内，可有效避免浅挖、超挖等情况出现，实现远程精准智能截割控制。网络传输及惯性导航相结合，可实现截割头轨迹模拟监控，并将结果传输给操作台及地面监控中心。

4) 远程可视化。在掘进机上布置有无线监控摄像头，巷道壁上布置有传输站，可全方位对掘进机工作状态进行监控。同时采用了广角摄像头，可实现LED补光、红外监控等功能。摄像头现场布置情况见图2。

图2 监控摄像头布置示意

3 现场应用分析

矿井巷道以往采用综掘方式时，每个班组一般需要安排3～4名作业人员，存在作业效率低、安全隐患多、、地面监控中心无法实时获取掘进迎头现场情况等问题。远程智能操控综掘工艺在11206运输巷掘进中应用后，掘进机控制取消了双人操作模式，可实现掘进机工作期间人机分离操控。地面监控中心可通过传输网络实时获取综掘机操作参数以及掘进迎头现场情况。监控中心显示屏可实时显示掘进迎头的现场情况，并可实现手动干预。

11206运输巷采用远程智能操控综掘工艺后，在距离掘进迎头30～50 m范围内无作业人员，有效避免了掘进迎头高粉尘、高噪音等对工作人员身体健康的影响；现场掘进时每班仅需2～3名作业人员，达到了减人增效的目的，提升了综掘设备的智能化控制水平。