综采工作面自动化采矿技术应用

2024-01-16范俊杰

当代化工研究 2023年22期

＊范俊杰

（山西煤炭进出口集团左权宏远煤业有限公司山西 032600）

1.采矿自动化系统概述

现阶段综采工作面自动化采矿系统在采矿机自动化作业中得到广泛应用，其主要运行原理为通过控制采矿机实现对矿体开展速度进行有效把握，结合工作面矿层变化、厚度情况等，对开采反复操作进行合理控制，该流程也为矿机实施并记忆过程。此流程进行中，技术人员可将矿机运行模式调整为记忆采矿模式，其可依据人工操作情况下采矿数值实现无人看管情况下自动作业。在开采作业生产过程中，根据分层的厚度和波动状况，采矿机可利用其记忆存储能力，对滚筒的升降等做出相应的调节[1]。在矿产资源开采作业过程中使用自动化技术可有效提升开采效率，同时可显著降低工作人员工作负荷。

2.自动化采矿技术在综采工作面中的应用情况

在对当前先进技术应用情况进行深入分析后，自动化采矿技术在综采工作面中的应用主要包括如下几方面。

第一，自动化凿岩技术。通过近几年研究和发展，自动凿岩技术逐渐成熟并取代以往人工凿岩技术。并且，由于遥控设备普及和使用，将自动钻孔技术与遥控设备相融合，从而达到矿山钻孔作业的自动化程度。技术人员可结合现场生产情况，利用远程遥控设备对自动凿岩技术进行控制完成循环作业[2]。

第二，采矿自动化技术。在矿产资源开采作业中，通过对机械化开采工艺的科学应用，基本能够使矿山生产流程自动化。例如，可以通过大型机车或电站来完成生产现场自动作业流程。同时在部分矿井采掘工作中，也可以采用自动采掘工艺来完成井下凿岩工作。例如，操作人员可以通过遥控操作铲斗装置来实现井下凿岩操作。

第三，局部遥控技术。局部遥控作业技术在矿山等危险开采领域发挥着越来越重要的作用。这种技术主要是指在一些工作面上，利用自动化机械设备进行操作处理，而对于其他工作面部分仍需要作业人员参与其中完成操作处理过程。这种作业方式可以降低作业人员的危险施工程度，同时也可以提高现场作业效率[3]。

3.综采工作面自动化集控系统构成

(1)案例概况

本文研究中将结合实际案例对综采面自动化采矿集控系统构成及应用进行分析。案例大采高综采工作面位于TL矿下部，距离地面深度达到570m。周围地质情况复杂，存在有多层断层和岩层结构不稳定的问题，因此在采矿过程中需要进行严密的安全防护措施。

案例工作面长约320m，宽约200m，采高为4.5m，采用全高回采工艺，可采储量达到了300万吨左右。该工作面是该矿的主采工作面之一，具有重要的生产价值。在TL矿案例大采高综采工作面的采矿过程中，存在较大的水压和涌水量问题。水压可达到5.5MPa，涌水量高达200m³/h。为保证采矿安全和顺利进行，需要采取有效的措施进行水文地质勘探和水文地质治理，以减少水压和涌水量的影响。

为提高采矿效率和保证采矿安全，TL矿案例大采高综采工作面采用一次性采全高回采工艺。这种采矿方式具有采煤效率高、采煤率高、节约煤炭资源等优点，能够满足矿井的生产需求。

在TL矿案例大采高综采工作面的采矿过程中，为了提高采煤效率和安全性，采用自动化集控系统。这种系统具有高度的自动化程度和智能化水平，可以实现采煤机、传送机、通风机等设备的自动化控制和监测，提高生产效率和减少生产事故的发生。同时，该系统还可以提供实时的数据信息和监控指标，帮助管理人员及时掌握矿井的生产情况和运行状态，提高生产管理的水平和精准度。

(2)综采工作面集控系统构成

矿区管理人员为提高案例综采工作面的生产效率和安全性，决定采用自动化集控系统来实现实时监控、自动化集控、远程供电操控、远距离集中供液、三机运输系统和支架电液控等功能。这意味着矿工可以随时了解工作面的生产情况和安全状况，以及对工作面进行实时地调整和控制。此外，自动化集控系统还可以实现远程供电操控，使得矿工可以在远离工作面的情况下对电力系统进行掌控。

自动化集控系统包括远程供电操控系统、工作面视频实时监控系统、三机运输系统、工作面液压支架电液控制系统、顺槽集中控制系统、采煤机、液压支架、运输机联动控制系统、井下环网及地面指挥系统等多个系统，其具体如图1所示。相关系统可以相互配合实现对综采工作面的自动化集控，大大提高了工作效率和安全性。自动化集控系统还可以实现远距离集中供液和支架电液控等功能。这意味着工作人员可以对工作面的液压支架进行远程控制，以及对液压支架的电液控制进行集中管理，从而提高了工作面的稳定性和安全性。

图1 综采工作面自动化控制系统构成示意图

自动化集中系统核心安置工作面顺槽巷，以实现对井下综采工作面的液压控制系统的控制。井下综采工作面液压控制系统包括电液控换向主阀、压力及行程传感器、支架控制装置、本安型电源开关、通讯及供电电缆等。这些设备可以实时监测和控制井下的液压系统，确保其始终处于最佳状态。

此外，采煤机上还安装有红外线发射式定位系统，可以实现对煤矿工作面的定位，以便更加精确地控制采煤机的位置和动作。

采煤机、支架、运输机联动控制系统是实现自动化集中控制的另一个重要部分。该系统关键在于将位移传感器，倾斜度传感器，精密的推拉装置结合在一起，将惯性导航系统和相机等设备分别装在液压支架的架护帮和铰链式顶梁上，以完成对各部件的联动控制。这些设备可以实时监测井下设备的动态情况，并对其进行控制，以确保其正常运行。

顺槽集中控制系统和数据采集器与各配电装置通过线缆进行连接，能够远程控制供电系统的分合闸状态。这使得煤矿工作人员可以通过远程监控系统对井下设备进行远程控制和管理，提高了工作效率和安全性。

工作面视频实时监控系统也是煤矿现代化自动化控制系统的重要组成部分。该系统可实现对矿井下作业面实时监测，当采煤机和刮削器发生滑动时，对应部位摄像机即会自动开启。这使得煤矿工作人员可以通过视频监控系统对井下设备进行实时监测和管理，提高工作效率和安全性。

4.综采工作面集控系统功能

(1)顺槽集中控制系统

顺槽集中控制室，该系统主要功能包括如下几方面。

第一，对各单独机械进行遥控启动和停止，以达到对整个工作面全面调控目的；

第二，实现对综采面各种装置，如前、后支架和破碎机出口的实时监控；

第三，配合综采工作面配套系统，如监控系统、自动化集中控制系统、遥控电源控制系统、三机（输送机、转载机、破碎机）等达成连锁目标；

第四，基于实时采集的三机运载量情况，有系统对采煤机牵引速度进行科学调整，同时也可基于工作面矿压情况对采煤机推进速度进行有效调整。

(2)支架电控系统

支架控制系统具体如图3所示，该系统结构具体功能包括以下几方面：

图3 支架电控系统示意图

第一，基于电控系统可有效对支架压力、前移速度以及支架状态等进行实时掌控。

第二，基于电控系统功能可有效实现对单架以及多架升降与前移操作进行自动调整，技术人员可通过在软件中对采煤工艺以及参数进行实时调整手段，促使电控系统有效适配不同工作面开采作业实际需求。

第三，支架电控系统实际运行过程中可基于采煤机截割深度对支架推进进度进行自动判断，进而实现割煤自动化作业目标，同时该流程也可通过人工设置参数进行。

第四，支架电控系统的核心功能是根据传感器数据判断支架的运行状态，并自动执行相应的操作，例如自动急停和闭锁。通过实时监测和分析传感器数据，系统能够准确判断支架的工作状态，一旦发现异常情况，比如支架倾斜或者超载，系统会立即执行急停操作，以确保工作面的安全。此外，系统还能自动执行闭锁操作，防止在危险情况下误操作导致事故发生。

第五，为进一步明确支架的运行状态，支架中还安装了蜂鸣报警器。当支架出现异常情况时，蜂鸣报警器会发出警报，提醒工作人员及时采取措施。这种明确的报警信号能够大大提高工作人员对支架状态的感知和判断能力，有助于及时发现问题并采取相应的措施。为应对紧急情况，支架中还设有急停按钮，工作人员可以通过按下急停按钮切断工作面的总电源。在遇到突发情况时，比如发生火灾或者支架出现严重故障时，工作人员可以立即切断电源，以降低事故的风险。

(3)联动控制系统

采煤机、支架以及运输机联动控制系统可以自动完成采煤流程，极大地提高了生产效率和安全性。联动控制系统的另一个重要优势就是可以根据远程视频监控的数据进行调整。通过系统对煤矿现场的实时监控，可以对采煤过程中的问题进行及时处理，减少人为操作的干扰，提高精度和效率。

同时，该系统采用分步推溜生产工艺，确保刮板机的运行状态合理。在采煤过程中，刮板机的运行状态直接影响着采煤效率和安全性。通过分步推溜的工艺，可以有效地避免刮板机在运行过程中出现卡车现象，提高了运行的稳定性和安全性。

通过该系统智能控制，可以不仅提高生产效率和安全性，还可以减少人力资源的浪费。随着技术的不断进步，相信联动控制系统将会在煤矿行业中得到更广泛的应用和推广。

(4)三机自动控制系统

在三机自动控制系统中，数据采集分站是实现自动化的重要组成部分。安装数据采集分站可以实现实时监控和联动控制，确保采矿生产安全和高效。同时，通过环网传递数据到集控中心，工作人员可以随时掌握设备的运行状态和生产情况。集控中心软件是一个重要的控制系统，在使用过程中能将采集到数据资料转化成画面，并在此基础上实现设备运行状态控制，使操作人员能够对装置工作状况进行实时监控。另外，输送系统还使用远程遥控和现场操作两种控制方式，能够进行遥控启动和停止，方便工作人员对设备进行控制和管理。

为进一步提高采矿生产地安全性，工作面沿线安装多套语音报警及喊话装置。该装置可以在发生紧急情况时及时发出警报，提醒工作人员采取相应措施，确保员工生命安全和设备正常运行。此外，在必要时，工作人员可以在不同位置进行喊话，通过按下急停按钮，停止所有设备的运行，以应对紧急情况。