煤礦綜采無人化開采技術(shù)分析

前言：想要寫出一篇引人入勝的文章？我們特意為您整理了煤礦綜采無人化開采技術(shù)分析范文，希望能給你帶來靈感和參考，敬請閱讀。

摘要：煤礦作業(yè)環(huán)境相對比較惡劣，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，對煤礦綜采工作面無人化開采技術(shù)優(yōu)勢進(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)；液壓支架以自動化控制為主，輔以遠(yuǎn)程干預(yù)；設(shè)備監(jiān)測以數(shù)據(jù)監(jiān)測為主，輔以視頻監(jiān)測，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)勢在于可以實(shí)現(xiàn)智能化、自動化、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。

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，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)具備自動化管理、自動化組網(wǎng)、自動化平衡以及自動化修復(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)面本身對于照明的需求較高，基本上3臺左右的支架就需要配備1臺照明設(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)，會影響正常使用。考慮到煤礦綜采作業(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)測等，并搭建不同對象模型，完成通信任務(wù)，對于傳輸實(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。通過對數(shù)據(jù)進(jìn)行分級，不僅可以明確處理的優(yōu)先級，對于保障系統(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)自動化技術(shù)

煤礦采用的支架跟機(jī)自動化技術(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主動活動區(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)會導(dǎo)致支架拉架動作滯后，若頂板條件相對較好，則可以正常運(yùn)行；若頂板條件較差，采煤機(jī)身會形成長距離的空頂，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)，支架拉架動作滯后的問題就可以得以有效解決。此外，對支架控制系統(tǒng)程序需要進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化，強(qiáng)化其監(jiān)測功能，從而實(shí)現(xiàn)對系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

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，對割煤或者割巖時(shí)的能見度進(jìn)行檢測，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，對于煤礦的發(fā)展具有極大的積極意義。

4.2社會效益方面

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，這對我國綜采工作面開采尤其是針對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轉(zhuǎn)變?yōu)檠矙z工，這樣極大地降低了工人的勞動強(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，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，推動煤礦發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]張良,李首濱,黃曾華,王旭鳴.煤礦綜采工作面無人化開采的內(nèi)涵與實(shí)現(xiàn)[J].煤炭科學(xué)技術(shù),2014,42(09):26-29+51.

[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