煤礦智能連采工作面建設(shè)方向研究

1、煤礦智能連采工作面建設(shè)方向研究（二）為了減少連采掘進(jìn)工作面作業(yè)人員數(shù)量，改善工人的作業(yè)環(huán)境，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，不斷向“無人則安”的安全生產(chǎn)理念邁進(jìn)，需提高連采工作面自動(dòng)化、智能化水平。1 連采機(jī)遠(yuǎn)控割煤連采機(jī)遠(yuǎn)控割煤系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)連采機(jī)司機(jī)遠(yuǎn)程可視化遙控連采機(jī)進(jìn)行割煤，遠(yuǎn)控中心設(shè)置在工作面進(jìn)風(fēng)巷道中，連采機(jī)遠(yuǎn)控割煤可有效改善連采機(jī)司機(jī)作業(yè)環(huán)境，降低粉塵、振動(dòng)、噪聲對身體健康的影響。根據(jù)連采機(jī)遠(yuǎn)控割煤智能化設(shè)想，該遠(yuǎn)控系統(tǒng)主要由慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、激光跟蹤系統(tǒng)、視頻系統(tǒng)、聲音采集器、采高儀、通信系統(tǒng)、對講系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)等組成。作業(yè)過程中，連采機(jī)司機(jī)通過視頻系統(tǒng)查看連采機(jī)狀態(tài)，輔助激光跟蹤系統(tǒng)、慣性導(dǎo)航系統(tǒng)對

2、掘進(jìn)方向進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)整和控制；通過聲音采集器信息，判斷連采機(jī)落刀割底情況；通過采高儀數(shù)據(jù)控制滾筒截割高度；在梭車未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)運(yùn)行情況下，通過對講系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)連采機(jī)司機(jī)、梭車司機(jī)的實(shí)時(shí)對話，完成裝煤工作。2 梭車自動(dòng)運(yùn)行梭車作為連采掘進(jìn)過程中的主要設(shè)備，運(yùn)行在連采機(jī)和破碎機(jī)之間，完成接煤、運(yùn)煤、卸煤工作，運(yùn)行路線相對固定、作業(yè)內(nèi)容先對單一。生產(chǎn)過程中，司機(jī)受工作面回風(fēng)流中粉塵、車輛行駛過程中顛簸較大。結(jié)合梭車運(yùn)行實(shí)際情況和智能化設(shè)想，梭車自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)主要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)行走、接煤、運(yùn)煤、卸煤以及自動(dòng)啟停。自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)由中央控制器、電磁信號發(fā)射裝置、智能傳感系統(tǒng)、執(zhí)行系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)等五部分組成。電磁發(fā)射器

3、安裝在破碎機(jī)上，為敷設(shè)在巷道頂板中線位置的漆包線提供高頻交流電源，此導(dǎo)線周圍產(chǎn)生的電磁場作為梭車自動(dòng)運(yùn)行的引導(dǎo)信號；在梭車料斗上前后方各安設(shè)一排電磁傳感器組，電磁傳感器不斷采集漆包線產(chǎn)生電磁信號，控制器通過分析電磁傳感器信號確定梭車的運(yùn)行位置，調(diào)整梭車的方向；在梭車的前左右方分別安裝距離傳感器，防止梭車碰撞煤幫和其他設(shè)備；在梭車前方后方安裝人體感應(yīng)傳感器，防止人員誤入行車區(qū)域，造成人員傷害；在梭車轉(zhuǎn)向液壓回路并聯(lián)伺服閥，伺服閥換向驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)向油缸動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)梭車的轉(zhuǎn)向；在加速器上安裝調(diào)速伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)梭車的運(yùn)行速度控制；在制動(dòng)踏板上安裝制動(dòng)伺服電機(jī)，實(shí)現(xiàn)梭車的制動(dòng)；為了反饋梭車輪胎的轉(zhuǎn)動(dòng)角度以及梭車

4、的運(yùn)行速度，在輪轂減速器上安裝角度傳感器和速度傳感器；在駕駛室頂棚安裝聲光報(bào)警裝置，在裝煤結(jié)束后提示連采機(jī)司機(jī)停止運(yùn)輸機(jī)；在裝料端和卸料端分別安裝堆煤傳感器，向控制器輸入裝煤結(jié)束信號以及卸煤完畢信號等。3 錨桿機(jī)自動(dòng)鉆錨連采工作面掘進(jìn)過程中頂板多采用四臂錨桿機(jī)支護(hù)，一般需要3名錨桿機(jī)司機(jī)操作鉆臂，完成上網(wǎng)、鉆孔、安裝錨桿、攪拌、緊固等作業(yè)。由于錨桿機(jī)司機(jī)在鉆臂推進(jìn)機(jī)構(gòu)、旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)附近作業(yè)，存在極大的安全隱患。錨桿機(jī)采用干式打鉆時(shí)，受除塵濾芯過濾效果影響，打鉆產(chǎn)生的煤塵、矽塵對身體健康造成嚴(yán)重影響；采用濕式打鉆時(shí)，淋水較大，對健康同樣造成影響。根據(jù)現(xiàn)階段錨桿機(jī)運(yùn)行過程中存在問題以及設(shè)備智能化設(shè)想，

5、錨桿機(jī)主要實(shí)現(xiàn)鉆孔、裝樹脂、裝錨桿、攪拌、緊固作業(yè)自動(dòng)運(yùn)行，上網(wǎng)、設(shè)備行走人工輔助完成，具備人機(jī)交互、數(shù)據(jù)上傳、遠(yuǎn)程遙控功能。目前，國內(nèi)部分廠家聯(lián)合煤炭企業(yè)針對錨桿機(jī)自動(dòng)運(yùn)行進(jìn)行了初步研究，自動(dòng)錨桿機(jī)已經(jīng)初步具備自動(dòng)鉆錨功能，自動(dòng)上網(wǎng)、自動(dòng)行走功能仍有待進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)。4 給料破碎機(jī)自動(dòng)運(yùn)行給料破碎機(jī)主要完成煤炭的破碎、轉(zhuǎn)載任務(wù)，以滿足帶式輸送機(jī)對煤塊大小和給煤量的需求。目前，給料破碎機(jī)多采用手動(dòng)控制，生產(chǎn)過程中破碎機(jī)司機(jī)開啟泵電機(jī)和破碎電機(jī)，當(dāng)梭車卸煤后，破碎機(jī)司機(jī)操作運(yùn)輸機(jī)控制閥組，啟動(dòng)運(yùn)輸機(jī)卸煤，卸煤完畢后，操作控制閥組，停止運(yùn)輸機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，生產(chǎn)過程中存在卸煤完畢后未及時(shí)停止運(yùn)輸機(jī)情況，增大了設(shè)

6、備磨損和電能消耗。由于給料破碎機(jī)運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)啟停控制系統(tǒng)改造相對簡單，目前大部分掘進(jìn)工作面實(shí)現(xiàn)了基于堆煤、跑偏開關(guān)、紅外線等原理的運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)啟?？刂?，使用效果好。為了提高破碎機(jī)自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)的可靠性，進(jìn)一步提高設(shè)備的智能化水平，給料破碎機(jī)需進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)破碎滾筒堵轉(zhuǎn)保護(hù)、刮板機(jī)速度異常保護(hù)，即當(dāng)破碎機(jī)滾筒被大塊煤卡住后，系統(tǒng)能自動(dòng)停止破碎電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并發(fā)出警報(bào)；當(dāng)刮板鏈斷鏈、壓死、液壓系統(tǒng)爆管等導(dǎo)致運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行速度異常后，系統(tǒng)自動(dòng)停止運(yùn)輸機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)，并發(fā)出警報(bào)。系統(tǒng)組成如圖1所示。圖1 給料破碎機(jī)自動(dòng)運(yùn)行控制系統(tǒng)原理圖5 局部通風(fēng)機(jī)變頻智能控制煤礦掘進(jìn)工作面多采用壓入式局部通風(fēng)方式，局部通風(fēng)機(jī)安設(shè)在全風(fēng)壓

7、進(jìn)風(fēng)巷道中，采用專用變壓器、專用開關(guān)、專用線路，具備風(fēng)電閉鎖、瓦斯電閉鎖功能，通過風(fēng)筒向工作面掘進(jìn)頭提供新鮮風(fēng)流，供作業(yè)人員呼吸、稀釋和排除各種有毒有害氣體和粉塵，創(chuàng)造良好的作業(yè)環(huán)境，保障井下作業(yè)人員的身體健康、勞動(dòng)安全和設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)。局部通風(fēng)機(jī)多采用工頻風(fēng)機(jī)，當(dāng)供風(fēng)距離較近時(shí)，采用單電機(jī)運(yùn)行方式，隨著掘進(jìn)工作面不斷推進(jìn)，適時(shí)開啟雙電機(jī)運(yùn)行模式，保證工作面供風(fēng)。當(dāng)風(fēng)機(jī)距離工作面較近時(shí)，局部通風(fēng)機(jī)單電機(jī)運(yùn)行，供風(fēng)量較大，造成掘進(jìn)工作面揚(yáng)塵嚴(yán)重；局部通風(fēng)機(jī)雙電機(jī)開啟后，供風(fēng)量突然增加，風(fēng)筒脫節(jié)情況頻發(fā)，增加了日常風(fēng)筒維護(hù)量；工頻風(fēng)機(jī)在日常切換過程中，風(fēng)筒內(nèi)風(fēng)量突變，對風(fēng)筒瞬時(shí)沖擊加大，進(jìn)一步增加風(fēng)

8、筒脫節(jié)風(fēng)險(xiǎn)。針對存在的問題以及現(xiàn)階段智能通風(fēng)技術(shù)，提出了局部通風(fēng)機(jī)智能變頻控制，實(shí)現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)變頻聯(lián)動(dòng)控制，系統(tǒng)組成如圖2所示。系統(tǒng)運(yùn)行過程中，當(dāng)瓦斯及一氧化碳等有毒有害氣體超限時(shí)、工作面風(fēng)壓或風(fēng)量減小時(shí)，局部通風(fēng)機(jī)供風(fēng)量能夠連續(xù)自動(dòng)調(diào)節(jié)。在此基礎(chǔ)上，將智能局部通風(fēng)系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)接入工業(yè)環(huán)網(wǎng)，實(shí)現(xiàn)工作面集控中心和地面調(diào)度指揮中心對局部通風(fēng)機(jī)的運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測、遠(yuǎn)程控制和風(fēng)機(jī)切換等功能，實(shí)現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)控和無人值守。圖2 智能局部通風(fēng)系統(tǒng)組成圖6 分散設(shè)備集中控制為了不斷實(shí)現(xiàn)工作面集中管理，需將連采工作面分散設(shè)備(如膠帶機(jī)、局部通風(fēng)機(jī)、移動(dòng)變電站、饋電開關(guān)等)進(jìn)行集中控制。連采工作面集中控制需在工作面設(shè)置集中控制中心，集中控制中心與各設(shè)備進(jìn)行通訊，實(shí)現(xiàn)膠帶機(jī)集中啟?？刂?、故障信息查看、遠(yuǎn)程修改控制器參數(shù)的操作；實(shí)現(xiàn)局部通風(fēng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)遠(yuǎn)程監(jiān)測、風(fēng)機(jī)遠(yuǎn)程切換、風(fēng)機(jī)供電設(shè)備遠(yuǎn)程停送電等功能；實(shí)現(xiàn)移動(dòng)變電站運(yùn)行數(shù)據(jù)監(jiān)測、遠(yuǎn)程參數(shù)調(diào)整、遠(yuǎn)程停送電功能；實(shí)現(xiàn)饋電開關(guān)數(shù)據(jù)上傳并進(jìn)行集中監(jiān)測控制，將連采工作面集控中心數(shù)據(jù)全部上傳；實(shí)現(xiàn)地面調(diào)度室對掘進(jìn)工