煤礦綜采無人化開采技術(shù)分析

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摘要：煤礦作業(yè)環(huán)境相對(duì)比較惡劣，危險(xiǎn)性較高，其中以綜采工作面的安全風(fēng)險(xiǎn)最高，是影響煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵因素之一。近年來，我國在無人化開采技術(shù)發(fā)面取得了重大突破，無人化開采技術(shù)逐漸發(fā)展成熟，已經(jīng)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(fēng)險(xiǎn)，充分保障了綜采面作業(yè)人員的安全。本文某煤礦為例，對(duì)煤礦綜采工作面無人化開采技術(shù)優(yōu)勢(shì)進(jìn)行分析，重點(diǎn)研究煤礦綜采工作面無人化開采技術(shù)的實(shí)現(xiàn)路徑。

關(guān)鍵詞：煤礦；實(shí)現(xiàn)路徑；綜采工作面；無人化開采技術(shù)

1項(xiàng)目概況

某煤礦為提升生產(chǎn)效率、保障生產(chǎn)安全，首次嘗試無人化開采技術(shù)，在綜采面安裝了無人化開采設(shè)備，通過自動(dòng)化控制與遠(yuǎn)程操作兩種方式實(shí)現(xiàn)無人化作業(yè)。采煤機(jī)控制以記憶切割為主，輔以遠(yuǎn)程干預(yù)；液壓支架以自動(dòng)化控制為主，輔以遠(yuǎn)程干預(yù)；設(shè)備監(jiān)測(cè)以數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)為主，輔以視頻監(jiān)測(cè)，全面實(shí)現(xiàn)綜采面無人化作業(yè)。項(xiàng)目控制系統(tǒng)采用的SAC電液控制系統(tǒng)、SAM自動(dòng)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(jī)選用的是MG2×200-AMD；液壓支架采用的是ZY6800；轉(zhuǎn)載機(jī)采用的是SZZ800。

2煤礦綜采面無人化開采技術(shù)的優(yōu)勢(shì)分析

在煤礦生產(chǎn)作業(yè)過程中，安全問題一直是重點(diǎn)，一旦發(fā)生事故，不僅會(huì)影響煤礦正常生產(chǎn)，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(shù)因素、設(shè)備因素以及人為因素等，整個(gè)作業(yè)過程風(fēng)險(xiǎn)性比較高。煤礦綜采面無人化開采技術(shù)的優(yōu)勢(shì)在于可以實(shí)現(xiàn)智能化、自動(dòng)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(shí)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(shù)是煤礦開采領(lǐng)域的重大進(jìn)步，無論是從安全、成本還是效率方面考量，無人化開采技術(shù)都具有明顯優(yōu)勢(shì)。

3煤礦綜采工作面無人化開采技術(shù)的實(shí)現(xiàn)路徑

3.1無線通信網(wǎng)絡(luò)

當(dāng)前，煤礦綜采作業(yè)面通信網(wǎng)絡(luò)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(shí)時(shí)化需求；光纜傳輸雖然傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性以及信息量符合需求，但在使用壽命、信號(hào)穿透性、抗干擾因素以及建設(shè)成本方面光纜傳輸不具備明顯優(yōu)勢(shì)，難以滿足煤礦無人化生產(chǎn)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(shí)時(shí)性、可靠性需求的通信網(wǎng)絡(luò)，以當(dāng)下的技術(shù)手段而言，有兩種新型無線通信網(wǎng)絡(luò)可以選擇，考慮的到本項(xiàng)目的實(shí)際情況，最終選擇的是Wireless網(wǎng)絡(luò)。Wireless網(wǎng)絡(luò)具備自動(dòng)化管理、自動(dòng)化組網(wǎng)、自動(dòng)化平衡以及自動(dòng)化修復(fù)的特征，最高傳輸帶寬可達(dá)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(luò)共同構(gòu)成完成的系統(tǒng)。二是Li-Fi（LihgtFidelity）網(wǎng)絡(luò)，這是新型無線連接技術(shù)，依靠可見光譜完成數(shù)據(jù)傳輸，需要在照明設(shè)備上設(shè)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(duì)于照明的需求較高，基本上3臺(tái)左右的支架就需要配備1臺(tái)照明設(shè)備，因此，在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)部署時(shí)更為方便、快捷。

3.2數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化處理技術(shù)

在傳統(tǒng)作業(yè)模式下，煤礦綜采面作業(yè)系統(tǒng)相互獨(dú)立，關(guān)聯(lián)度較低，作業(yè)信號(hào)首先傳輸至系統(tǒng)主機(jī)，然后在不同系統(tǒng)主機(jī)之間交換數(shù)據(jù)信息，通常數(shù)據(jù)交換主要是以O(shè)PC、RS485、TCP/IP以及現(xiàn)場(chǎng)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(zhuǎn)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(shè)備，則相互之間還存在技術(shù)保護(hù)，會(huì)影響正常使用?？紤]到煤礦綜采作業(yè)面無人化開采技術(shù)的應(yīng)用，使用的相關(guān)設(shè)備必須要符合EtherNet/IP通信協(xié)議的規(guī)定，所有配套設(shè)備都必須具備統(tǒng)一接口。在此基礎(chǔ)上，系統(tǒng)就可以根據(jù)不同作業(yè)任務(wù)需求定義通信需求，將通信任務(wù)劃分為參數(shù)配置、遠(yuǎn)程操作控制以及遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)等，并搭建不同對(duì)象模型，完成通信任務(wù)，對(duì)于傳輸實(shí)時(shí)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(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分級(jí)，不僅可以明確處理的優(yōu)先級(jí)，對(duì)于保障系統(tǒng)安全、高效運(yùn)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(jī)自動(dòng)化技術(shù)

煤礦采用的支架跟機(jī)自動(dòng)化技術(shù)主要的缺陷是頂板控制能力不足、支架拉架不及時(shí)以及頂板破碎的情況下難以完成自動(dòng)化操作等問題。支架難以實(shí)現(xiàn)追機(jī)甚至是超前拉機(jī)，其主要是考慮到安全方面的問題，采煤機(jī)身區(qū)域?qū)儆诓僮魅藛T主動(dòng)活動(dòng)區(qū)域，此區(qū)域內(nèi)的支架需要保持靜止?fàn)顟B(tài)。然而這種設(shè)計(jì)會(huì)導(dǎo)致支架拉架動(dòng)作滯后，若頂板條件相對(duì)較好，則可以正常運(yùn)行；若頂板條件較差，采煤機(jī)身會(huì)形成長距離的空頂，如果不及時(shí)進(jìn)行支護(hù)，則很容易出現(xiàn)頂板冒落的情況?；谏鲜鰡栴}，考慮到無人化開采技術(shù)的現(xiàn)實(shí)需求，可以采用伸縮性頂梁支架，采用伸縮頂梁支架，采煤機(jī)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(dòng)作；同時(shí)采用可雙向傳輸?shù)倪b控器，采煤機(jī)通過遙控器實(shí)時(shí)掌握采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，不需要再觀察采煤機(jī)的顯示屏，這樣就可以縮小操作人員的活動(dòng)區(qū)域，這樣支架就可以實(shí)現(xiàn)追機(jī)甚至是超前拉機(jī)，支架拉架動(dòng)作滯后的問題就可以得以有效解決。此外，對(duì)支架控制系統(tǒng)程序需要進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，強(qiáng)化其監(jiān)測(cè)功能，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3.4自適應(yīng)割煤技術(shù)

要實(shí)現(xiàn)煤礦綜采作業(yè)面的無人化開采，采煤機(jī)必須要具備自適應(yīng)功能，可以對(duì)開采過程中可能出現(xiàn)的各種情況及時(shí)作出精準(zhǔn)的判斷，并根據(jù)情況進(jìn)行優(yōu)化調(diào)整。采煤機(jī)自適應(yīng)功能最為關(guān)鍵的是模糊判斷以及趨勢(shì)控制，在實(shí)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(duì)割煤或者割巖時(shí)的能見度進(jìn)行檢測(cè)，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(zhǔn)確判斷采煤機(jī)當(dāng)前是割頂或割底，進(jìn)而有針對(duì)性的調(diào)整滾筒的高度，注意控制調(diào)整幅度，不宜過大，否則可能會(huì)導(dǎo)致頂板過度出現(xiàn)問題。

3.5綜采面監(jiān)控技術(shù)

在綜采面構(gòu)建開放性的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，將設(shè)備信息傳輸至順槽監(jiān)控中心，為設(shè)備控制決策提供依據(jù)；綜采面每6個(gè)支架配置1臺(tái)攝像儀，以實(shí)時(shí)監(jiān)控綜采面作業(yè)情況以及設(shè)備運(yùn)行情況；在順槽列車上設(shè)置井下中控室，負(fù)責(zé)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(jīng)濟(jì)效益方面

煤礦綜采面采用無人化開采設(shè)備后，綜采面作業(yè)人員明顯減少，原來需要9個(gè)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(shí)工作強(qiáng)度也顯著降低，僅此一項(xiàng)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(chǎn)最大的優(yōu)勢(shì)不僅僅體現(xiàn)在作業(yè)效率的上升以及生產(chǎn)成本的下降上，更為關(guān)鍵的是這為煤礦發(fā)展提供了一條具有實(shí)踐意義的道路，積累了豐富的無人化開采作業(yè)經(jīng)驗(yàn)，從長遠(yuǎn)發(fā)展的角度來看，對(duì)于煤礦的發(fā)展具有極大的積極意義。

4.2社會(huì)效益方面

第一，無人化開采設(shè)備的應(yīng)用使得工人從高風(fēng)險(xiǎn)的工作面采場(chǎng)轉(zhuǎn)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(fēng)險(xiǎn)性。第二，我國國產(chǎn)成套無人化開采裝備的投入應(yīng)用，開創(chuàng)了我國無人化開采的先河，成熟的技術(shù)可以完全替代進(jìn)口設(shè)備，這對(duì)我國綜采工作面開采尤其是針對(duì)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(shù)的應(yīng)用原有的采掘工人從體力勞動(dòng)轉(zhuǎn)變?yōu)檠矙z工，這樣極大地降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，同時(shí)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(shù)的應(yīng)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(jié)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(shì)，無人化開采技術(shù)雖然目前尚存在一定的限制性條件，但是未來必然會(huì)廣泛使用。需要注意的是，無人化開采技術(shù)必須要依賴于各種先進(jìn)技術(shù)手段，這樣才能真正實(shí)現(xiàn)無人化開采，推動(dòng)煤礦發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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

作者：趙剛 單位：晉能控股煤業(yè)集團(tuán)四老溝礦