呂瑞騰 查守華 張 蘇

（山東省天安礦業(yè)集團(tuán)有限公司，山東 濟(jì)寧 273100）

1 工程概況

星村煤礦7302 工作面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，埋深大，構(gòu)造多，各生產(chǎn)工序繁瑣，正常生產(chǎn)期間出勤人數(shù)超過(guò)30 人，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，與現(xiàn)階段我國(guó)煤礦生產(chǎn)少人化、自動(dòng)化趨勢(shì)嚴(yán)重不符。

2 自動(dòng)化建設(shè)情況

2.1 建設(shè)情況

通過(guò)對(duì)7302 綜采工作面現(xiàn)有設(shè)備系統(tǒng)的改造，在應(yīng)用過(guò)程中的不斷改進(jìn)，在人工現(xiàn)場(chǎng)干預(yù)的情況下，前期實(shí)現(xiàn)記憶割煤、自動(dòng)跟機(jī)移架、自動(dòng)推移刮板輸送機(jī)、乳化液自動(dòng)調(diào)配、設(shè)備一鍵啟停等功能[1]。后期通過(guò)不斷摸索完善，最終實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控工作面生產(chǎn)，根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)條件，自動(dòng)調(diào)整設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)工作面部分工序的智能化生產(chǎn)。

2.2 五大系統(tǒng)建設(shè)

2.2.1 工作面監(jiān)控中心

工作面監(jiān)控中心是綜采自動(dòng)化的大腦，擔(dān)負(fù)綜采工作面自動(dòng)化的遠(yuǎn)程集中監(jiān)控職責(zé)。工作面監(jiān)控中心布置在工作面集中控制臺(tái)，位于工作面進(jìn)風(fēng)順槽，超前工作面300 m 處，主要由主控計(jì)算機(jī)、操作臺(tái)、本安顯示器及交換機(jī)等組成。主控計(jì)算機(jī)是核心部件，負(fù)責(zé)回采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)井下主要控制職能。顯示器主要顯示液壓支架、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等主要設(shè)備運(yùn)行狀況。操作臺(tái)是工作面遠(yuǎn)程操控的主要執(zhí)行單位，7302 綜采工作面配備兩臺(tái)本安型操控臺(tái)，一臺(tái)負(fù)責(zé)液壓支架及乳化液泵站遠(yuǎn)程控制，一臺(tái)負(fù)責(zé)采煤機(jī)及三機(jī)遠(yuǎn)程控制。

2.2.2 監(jiān)測(cè)系統(tǒng)

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是自動(dòng)化回采工作面的神經(jīng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)7302 工作面主要設(shè)備運(yùn)行情況。監(jiān)測(cè)系統(tǒng)主要包括：采煤機(jī)運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)采煤機(jī)運(yùn)行速度、運(yùn)行位置、軸承的溫度、截割高度、機(jī)身仰俯角等運(yùn)行信息[2]；輸送機(jī)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，監(jiān)測(cè)刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)工作的鏈速電流、工作電壓、功率、液壓系統(tǒng)壓力、郵箱溫度等輸送機(jī)運(yùn)行狀態(tài)及設(shè)備完好狀況；液壓支架工況監(jiān)測(cè)，主要監(jiān)測(cè)各支架支撐高度、工作阻力、推移行程等參數(shù)[3]；乳化液泵站監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，主要監(jiān)測(cè)泵站出口壓力、泵站油溫、油箱油位等參數(shù)；各類電器設(shè)備工況監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)工作面各類變壓器、組合開(kāi)關(guān)運(yùn)行負(fù)荷，包括漏電、斷相、過(guò)載保護(hù)完好情況。

2.2.3 信息傳輸系統(tǒng)

信息傳輸系統(tǒng)相當(dāng)于自動(dòng)化系統(tǒng)的血脈，是自動(dòng)化回采工作面各設(shè)備進(jìn)行信息交換的路徑。7302工作面信息傳輸系統(tǒng)由礦用隔爆兼本安型穩(wěn)壓電源、本安型網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、本安型綜合接入器、本安型光電轉(zhuǎn)換器、連接器、光纜等組成，通過(guò)礦用光纜連接，接入礦井工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，可實(shí)現(xiàn)地面實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程操控工作面設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)。

2.2.4 工作面視頻系統(tǒng)

工作面視頻系統(tǒng)是自動(dòng)化回采的雙眼，由礦用本質(zhì)安全型攝像儀、礦用本質(zhì)安全型顯示器、礦用本安型操作臺(tái)、安裝電纜及附件等組成。工作面每3 個(gè)支架安裝1 臺(tái)礦用本質(zhì)安全型攝像儀，攝像儀分別安裝于支架頂梁及前梁上，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)、煤壁及人行通道的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

2.2.5 電液控系統(tǒng)

電液控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)液壓支架自動(dòng)化操作的核心系統(tǒng)。系統(tǒng)元件主要包括電液控操作閥、壓力傳感器、行程傳感器、回液過(guò)濾站、高壓反沖洗過(guò)濾站、液壓過(guò)濾裝置及乳化液自動(dòng)配比裝置等核心部件組成，其中電液控?fù)Q向閥是主要執(zhí)行元件。

通過(guò)采煤機(jī)、三機(jī)、泵站控制系統(tǒng)、電液控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、語(yǔ)音通訊控制系統(tǒng)等具備檢測(cè)功能并開(kāi)放相應(yīng)的通訊接口、數(shù)據(jù)及遠(yuǎn)程控制權(quán)限，實(shí)現(xiàn)了五大主要系統(tǒng)相互通訊，集成于監(jiān)控中心統(tǒng)一控制。

3 實(shí)踐成果及技術(shù)研究

3.1 實(shí)踐成果

3.1.1 記憶割煤

人工操作采煤機(jī)割一刀煤后，采煤機(jī)記憶截割路徑及主要截割參數(shù)，如煤層傾角、煤層厚度變化，并自動(dòng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置后，按照設(shè)置參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)割煤。如工作煤層賦存條件或者截割工藝發(fā)生變化，可進(jìn)行人工干預(yù)，修改采煤機(jī)運(yùn)行參數(shù)，調(diào)整采高、煤機(jī)提剎刀角度、端頭斜切進(jìn)刀距離等參數(shù)，干預(yù)內(nèi)容均可寫入記憶[3]。

3.1.2 自動(dòng)跟機(jī)移架推溜

實(shí)現(xiàn)單架或成組自動(dòng)控制功能，可以按照事先設(shè)定的參數(shù)，既能實(shí)現(xiàn)單個(gè)支架的“推、降、移、升”動(dòng)作的自動(dòng)控制功能，也可進(jìn)行成組自動(dòng)移架、成組自動(dòng)推溜、成組自動(dòng)伸收前梁、成組自動(dòng)伸收伸縮梁等功能。

3.1.3 綜采設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控

刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、膠帶輸送機(jī)、泵站系統(tǒng)的工作狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)監(jiān)控、常見(jiàn)故障診斷預(yù)警、“一鍵”啟停及設(shè)備聯(lián)動(dòng)閉鎖控制。能夠在監(jiān)控中心對(duì)綜采設(shè)備數(shù)據(jù)集成、處理、故障診斷，并且當(dāng)工作面自動(dòng)化控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，各子系統(tǒng)不受工作面控制系統(tǒng)控制，能夠保證在檢修和工作面控制系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，各子系統(tǒng)能單獨(dú)運(yùn)行，確保生產(chǎn)不受影響。

3.2 技術(shù)研究

3.2.1 關(guān)鍵參數(shù)確定

（1）端頭斜切進(jìn)刀。傳統(tǒng)人工跟機(jī)推移刮板輸送機(jī)，支架工、采煤機(jī)司機(jī)相互配合完成端頭斜切進(jìn)刀，操作靈活，可根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。自動(dòng)化采煤，一旦設(shè)定參數(shù)，即按照設(shè)定參數(shù)進(jìn)行。端頭斜切進(jìn)刀長(zhǎng)度過(guò)長(zhǎng)，影響效率，進(jìn)刀長(zhǎng)度過(guò)短，會(huì)導(dǎo)致刮板輸送連接部位及采煤機(jī)搖臂鉸接機(jī)構(gòu)受力損壞[4]。根據(jù)7302 工作面煤層賦存情況及設(shè)備配套情況，通過(guò)不斷摸索，最終確定端頭斜切進(jìn)刀段等于刮板輸送機(jī)最大可彎曲長(zhǎng)度1.5 倍，定為30 m。7302 自動(dòng)化工作面進(jìn)刀示意圖如圖1。

圖1 7302 自動(dòng)化工作面進(jìn)刀示意圖（m）

（2）自動(dòng)跟機(jī)移架、推溜參數(shù)確定。跟機(jī)移架滯后采煤機(jī)距離過(guò)小，煤機(jī)和支架相互干擾，處理不當(dāng)甚至?xí)霈F(xiàn)煤機(jī)割支架，移架滯后割煤距離過(guò)遠(yuǎn)，不利于頂板管理[5]。綜合考慮刮板輸送機(jī)最大彎曲角度、煤機(jī)運(yùn)行速度及頂板情況，最終自動(dòng)化操作系統(tǒng)設(shè)置滯后采煤機(jī)20 m 推移刮板輸送機(jī)，移架滯后采煤機(jī)后滾筒3 架，成組移架，每組拉移6 架，頂板破碎區(qū)域人工干預(yù)，緊跟采煤機(jī)前滾筒移架，單個(gè)移架。

3.2.2 采煤自動(dòng)化難點(diǎn)探究

（1）頂板破碎區(qū)段自動(dòng)拉移支架難點(diǎn)探索。頂板破碎區(qū)域頂板拉移是現(xiàn)階段自動(dòng)化回采工作面難點(diǎn)，一直未得到有效解決。如設(shè)定支架初撐力為升架動(dòng)作關(guān)鍵參數(shù)，因頂板破碎，支架頂梁接頂不實(shí)，在未達(dá)到初撐力前，會(huì)一直執(zhí)行升架動(dòng)作，導(dǎo)致與相鄰支架咬架、擠架，大面頂板破碎區(qū)域還會(huì)出現(xiàn)歪架、倒架。通過(guò)實(shí)際使用過(guò)程中的摸索，最終通過(guò)將支架支撐高度與初撐力兩項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)作為支架升架動(dòng)作中止參數(shù)，根據(jù)不同頂板狀況設(shè)置兩參數(shù)優(yōu)先級(jí)，頂板破碎區(qū)域?qū)⑸芨叨茸鳛樯芙K止動(dòng)作的參數(shù)，頂板完整區(qū)域?qū)⒅Ъ艹鯎瘟ψ鳛橹兄股軇?dòng)作關(guān)鍵參數(shù)，頂板破碎區(qū)支架自動(dòng)化操作問(wèn)題得到一定程度解決。

（2）記憶割煤難點(diǎn)探索。采煤機(jī)割煤自動(dòng)化是通過(guò)記錄已割煤區(qū)域煤層賦存條件，設(shè)定采高、傾角等關(guān)鍵參數(shù)，對(duì)于傾角變化較大煤層，或是工作面通過(guò)構(gòu)造時(shí)，采煤機(jī)煤巖識(shí)別功能還未實(shí)現(xiàn)，如按照設(shè)定參數(shù)進(jìn)行記憶割煤，會(huì)出現(xiàn)割頂?shù)装鍘r石。通過(guò)對(duì)回采工作面兩順槽進(jìn)行全面測(cè)量，構(gòu)造發(fā)育、煤層傾角變化區(qū)段增加測(cè)點(diǎn)密度，通過(guò)實(shí)際測(cè)量，構(gòu)建工作面煤層三維賦存圖，提前輸入煤機(jī)截割控制系統(tǒng)，煤機(jī)根據(jù)煤層賦存情況，實(shí)時(shí)調(diào)整提剎刀角度，無(wú)需進(jìn)行煤巖識(shí)別，解決了因煤層傾角變化，割頂割底的問(wèn)題。

4 結(jié)語(yǔ)

星村煤礦7302 工作面生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)割煤、移架、推移刮板輸送機(jī)、拉移轉(zhuǎn)載機(jī)等主要生產(chǎn)工序自動(dòng)化，工作面參與生產(chǎn)人數(shù)已由原來(lái)的30 人左右降至16 人以下，工人勞動(dòng)效率提高一倍以上。通過(guò)設(shè)定合理升架中止動(dòng)作參數(shù)，初步解決頂板破碎區(qū)域自動(dòng)拉移支架難題；通過(guò)繪制工作面煤層賦存三維立體圖，設(shè)定采煤機(jī)合理運(yùn)行參數(shù)，解決記憶割煤煤巖識(shí)別問(wèn)題、采煤機(jī)割頂、割底難題。