綜采自動化采煤技術(shù)分析研究
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摘要：煤礦綜采自動化采煤技術(shù)的應(yīng)用，提升了煤礦開采的生產(chǎn)效率，符合當(dāng)代社會的發(fā)展需要。該技術(shù)的應(yīng)用提高了開采的安全性，減少了安全事故的發(fā)生，還實現(xiàn)了對綜采工作面的遠程操控，為采礦的安全生產(chǎn)提供了有利保障，可有效促進煤炭開采行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。鑒于此，主要對綜采自動化采煤技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢及發(fā)展進行了分析。
關(guān)鍵詞：煤礦；綜采；自動化采煤
隨著當(dāng)前社會經(jīng)濟及科技的迅猛發(fā)展，煤礦自動化生產(chǎn)的程度也在不斷提升。當(dāng)前煤礦企業(yè)在信息化建設(shè)過程中基本上都認識到進行現(xiàn)代化生產(chǎn)的重要性，提升采煤技術(shù)的自動化程度是當(dāng)前煤礦企業(yè)信息化建設(shè)的重要內(nèi)容。國內(nèi)采煤技術(shù)的發(fā)展是當(dāng)前煤礦企業(yè)現(xiàn)代化生產(chǎn)轉(zhuǎn)型的重要標(biāo)志，為煤礦企業(yè)產(chǎn)業(yè)優(yōu)化升級提供了重要助力。在煤礦自動化開采發(fā)展的過程中，電氣自動化技術(shù)發(fā)揮了非常重要的技術(shù)支持作用，也是煤礦企業(yè)生產(chǎn)運行的重要助力，極大地提升了煤礦企業(yè)的綜合生產(chǎn)力。因此必須對電氣自動化技術(shù)在煤礦采、掘、運等生產(chǎn)環(huán)節(jié)中的應(yīng)用進行探討。
1綜采工作面概述
綜合機械化采煤簡稱綜采，是指采煤工作面的全部生產(chǎn)過程，包括破煤、裝煤、運煤、支護、采空區(qū)處理、回采巷道運輸及掘進過程的全部機械化。它的設(shè)備主要是“三機”及其他附屬設(shè)備?！叭龣C”即自移式液壓支架、可彎曲刮板輸送機、采煤機，其他附屬設(shè)備有轉(zhuǎn)載機、可伸縮的皮帶運輸機、乳化泵站及供電設(shè)備。煤礦綜采工作面技術(shù)較為復(fù)雜，設(shè)備應(yīng)用較多，當(dāng)前煤礦一般要用到近200臺設(shè)備及200組支架共同運轉(zhuǎn)，自動化難度較高。目前的綜采工作面系統(tǒng)一般分為五大系統(tǒng)，如表1所示。煤礦綜采工作對自動化控制系統(tǒng)有較高的要求，以保證煤礦的高效運行及安全生產(chǎn)。綜采工作面系統(tǒng)應(yīng)能實現(xiàn)遠程集中控制、就地集中控制、就地分布控制，這不僅能對工作面上的采煤機、運輸機、破碎機、轉(zhuǎn)載機等進行監(jiān)測和控制，也能對供電系統(tǒng)、動力系統(tǒng)進行監(jiān)測和控制。同時綜采工作面應(yīng)具備各個工作點位的視頻監(jiān)測系統(tǒng)，系統(tǒng)故障時能第一時間完成故障檢測。電路故障是導(dǎo)致井下事故的主要原因之一，必須具有可靠的過流保護系統(tǒng)，過流保護裝置禁止出現(xiàn)誤動和拒動，需要對井下瓦斯含量進行實時監(jiān)測，應(yīng)有警報和應(yīng)急機制[1]。煤礦綜采工作對自動化控制系統(tǒng)的要求如圖1所示。由于中國對煤礦安全的要求越來越高，綜采工作面 趨向于無人化方向發(fā)展，無人技術(shù)已成為了世界前沿技術(shù)。它最大的優(yōu)點是人不在工作面內(nèi)，通過無線或有線控制，實現(xiàn)割煤、轉(zhuǎn)架、移動支架及頂板支護等工藝流程，最終達到生產(chǎn)自動化、信息化及智能化的目的。
2綜采自動化采煤技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢
2.1有利于提高機械化水平
加強綜采自動化采煤技術(shù)的應(yīng)用，旨在提升煤礦開采工作的自動化水平，將開采人員的工作量保持在合理范圍內(nèi)，從而降低煤礦開采企業(yè)的人員雇傭支出，也有助于升級產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)，保障煤礦開采發(fā)展。在綜采自動化采煤技術(shù)中，計算機設(shè)備得到了廣泛應(yīng)用，借助計算機的應(yīng)用，可迅速處理諸多數(shù)據(jù)資料，并為運算各種數(shù)據(jù)提供幫助，同時選取一部分數(shù)據(jù)，通過不斷優(yōu)化，推動綜采自動化采煤技術(shù)效率的提升。
2.2有利于形成對高難度開采工作較高的應(yīng)對能力
目前，煤炭資源呈現(xiàn)出明顯的減少趨勢，很難在淺地表開采煤礦，必須進行深層次的煤炭開采。借助綜采自動化采煤技術(shù)，可以對地下深部開采中的負面影響因素，如高地應(yīng)力和高瓦斯等予以控制，促進開采效率的提升，并防止出現(xiàn)開采安全事故。綜采自動化采煤技術(shù)的功能主要體現(xiàn)在無人開采、系統(tǒng)檢測等方面，其應(yīng)用可保證開采工作的順利完成。其中無人開采功能是指操作人員在遠程操作設(shè)備的幫助下，在地面上就可遙控設(shè)備保證煤礦開采的順利進行，避免出現(xiàn)地下開采事故，同時避免地下復(fù)雜因素影響開采工作的進行。針對不同的煤礦開采情況，應(yīng)采取不同的煤礦開采技術(shù)，比如短壁綜采法，該技術(shù)在空間小、煤層厚等的煤礦開采中具有較高的適用性，從而突破空間的限制性影響，不斷提高煤礦開采效率[2]。
2.3有利于確保煤礦生產(chǎn)率的穩(wěn)步提升
綜采自動化采煤設(shè)備具有較高的自動化水平，其電液控制系統(tǒng)的性能優(yōu)勢主要體現(xiàn)在高速挖掘、開采及支護等。綜采自動化采煤技術(shù)主要應(yīng)用于采煤機械的鉆井、設(shè)備安裝、開采、運煤等中，且錨固技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用。在線監(jiān)控、遠程傳送信息等是綜采自動化采煤設(shè)備的重要功能，有助于提升礦井開采的智能化和自動化水平，確保礦井生產(chǎn)率的穩(wěn)步提高，為煤礦企業(yè)的發(fā)展提供動力。比如自動化采煤機，可對不同煤層結(jié)構(gòu)執(zhí)行自動化割煤，即使煤層較硬，自動化開采速度快，綜采自動化采煤設(shè)備的液壓系統(tǒng)可結(jié)合不同受力情況，發(fā)揮監(jiān)測反饋、自動調(diào)節(jié)等功能。在工作面較為特殊的情況下，綜采自動化采煤設(shè)備的自動識別功能不可小覷，可給予操作者一定的提示。
3綜采自動化采煤的關(guān)鍵技術(shù)
3.1煤礦機械的自動化技術(shù)
a)自動化機械定位。自動化機械定位技術(shù)為采煤機提供準(zhǔn)確的截面切割位置。采煤機的自動化定位系統(tǒng)由多種組合的控制機械組成，其中基本的操作控件主要有PLC（可編程邏輯控制器）編程機械控制器、集中多端化控制中心及各種各樣的組合型傳感裝置。在采煤機的探測部位安裝紅外線統(tǒng)籌發(fā)射裝置，通過綜合定位機械及監(jiān)測采煤機的運行位置，控制采煤機的多功能性質(zhì)切割。b)自動規(guī)劃的機械定姿。在采煤機械開采過程中，針對具體出現(xiàn)的一系列狀況，采煤的機械切割裝置可準(zhǔn)確運用定姿技術(shù)控制行進方向、機械運動方向、機械啟動及集控性停止、機械的綜合加減速等。
3.2自動化切割技術(shù)
a)機械自動設(shè)定記憶切割路線。在煤礦的統(tǒng)籌機械化開采中，機械操作人員控制采煤機沿著煤層截面進行切割，這樣可以起到示范的作用。在機械自動設(shè)定記憶切割路線的情況下，對煤層切割位置及具體高度、截面、深度等信息進行處理，并讓信息系統(tǒng)實現(xiàn)自動化存儲。在切割過程中，控制中心安裝記錄儀器進行示范性操作，通過其來識別到煤層及具體切割位置，最大限度實現(xiàn)對采煤速度的循環(huán)控制。b)預(yù)設(shè)性質(zhì)的切割軌跡。依據(jù)煤層厚度、地質(zhì)解析狀況、煤層硬度、底板的狀態(tài)變化信息等，在預(yù)先設(shè)定的機械化控制中心對采煤機械進行切割軌跡的確定[3]。分析研究機械化綜采、技術(shù)掃描、統(tǒng)籌探測等變化情況，并將這些變化情況傳輸?shù)娇刂浦行倪M行儲存，結(jié)合實際情況對切割路線等進行具體分析處理。在綜合化控制中心依據(jù)切割煤層的基準(zhǔn)高度對機械進行全方位統(tǒng)籌控制，在對工作面進行處理時需對設(shè)備進行隨時調(diào)控，對于煤層的基準(zhǔn)高度要事先測量。
3.3無人化系統(tǒng)
a)位置檢測方面。檢測井下綜采工作面的位置信息，是遠程無人操作的重要工作內(nèi)容之一，借助光柵實時檢測采煤機的移位情況，并基于光柵實時檢測原理進行分析，主要采用信號處理裝置和光學(xué)傳感設(shè)備，借助光照射，促使莫爾條紋的產(chǎn)生，再加強A/D（模數(shù)轉(zhuǎn)換）轉(zhuǎn)換技術(shù)的應(yīng)用，不斷調(diào)整采集的信號，從而確保采煤機位置信息感知的準(zhǔn)確性。b)狀態(tài)監(jiān)控方面。采煤機主要包括截割部和牽引部，截割部歸屬于機械結(jié)構(gòu)的范圍，有助于傳動減速機構(gòu)可靠性能的提升，以此來進一步改善其整體結(jié)構(gòu)。同時，遠程控制技術(shù)的應(yīng)用可為地面操作人員遠程監(jiān)視井下巷道創(chuàng)造條件，準(zhǔn)確診斷采煤機關(guān)鍵部件，確保采煤機智能化水平的穩(wěn)步提升，從而滿足綜采工作面的需求。
4綜采自動化采煤技術(shù)的發(fā)展
4.1機械化水平高替代人工開采大部分工作
現(xiàn)在對綜采自動化采煤技術(shù)的使用越來越成熟，其替換了大部分的人工開采工作，大幅度減少了工人的數(shù)量，降低了工人的工作強度，提高了效率。在進行自動化作業(yè)時，工人可對開采工作進行實時監(jiān)控和及時調(diào)整，提高了開采的準(zhǔn)確性，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備運行不正?？杉皶r終止開采工作，但之前的人工開采就很難做到如此精確的開采作業(yè)。不僅如此，自動化采煤設(shè)備還具備現(xiàn)代控制系統(tǒng)，可做到迅速的計算機計算，計算完成后還可實現(xiàn)對數(shù)據(jù)的存儲，保證開采的后續(xù)工作順利進行[4]。機械化采煤技術(shù)相對于人工開采來說，便于管理和實時監(jiān)控，能及時糾正開采時的錯誤。一些地質(zhì)比較復(fù)雜的煤礦，若采用人工開采，不僅會降低安全性，還會降低工作效率，但綜采自動化采煤技術(shù)的應(yīng)用就可避免上述問題的發(fā)生，人工無法操作的地方可以采用自動化采煤設(shè)備進行操作，避免出現(xiàn)由于無法開采而放棄開采難度較大資源的情況，大大提高了資源利用率，值得全國推廣使用[5]。
4.2開采效率相對高
尤其在開采質(zhì)量與速度上綜采自動化采煤技術(shù)的發(fā)展極為迅速，由于其高效性，大大提高了煤炭產(chǎn)量。電液控制系統(tǒng)被運用于自動化采煤設(shè)備中，可避免人為因素對煤礦開采的影響。數(shù)據(jù)采集設(shè)備的使用具有實時性，可及時發(fā)現(xiàn)開采過程中遇到的問題，便于采取相關(guān)措施來解決問題，相對于以前的人工開采，增加了作業(yè)的安全性和有效性。不僅如此，該技術(shù)還具有遠程控制功能，接收相關(guān)信息后可立即進行遠程控制，體現(xiàn)了開采作業(yè)的智能性，有利于增加煤炭產(chǎn)量。自動化采煤技術(shù)的數(shù)據(jù)收集體系接收到數(shù)據(jù)信號后，可以有針對性地對不同的煤層進行自動化割煤，對于質(zhì)地不同的煤層還可以調(diào)整切割速度，減少了人為干預(yù)所帶來的誤差，提高了資源利用效率。開采過程中出現(xiàn)問題時，設(shè)備可立即識別并進行內(nèi)部判斷，之后根據(jù)具體情況進行設(shè)備報警，機器操作者收到設(shè)備的報警信息后可及時進行干預(yù)和處理，避免可能出現(xiàn)的危險發(fā)生。此技術(shù)的應(yīng)用加快了數(shù)據(jù)處理效率，同時提高了采煤效率，是煤炭開采業(yè)的強有力助手[6]。
5結(jié)語
隨著社會經(jīng)濟與科技的迅猛發(fā)展，城市建設(shè)對于煤炭資源的需求與日俱增，因此對煤礦開采過程中綜采自動化采煤技術(shù)的有效應(yīng)用進行分析非常必要。主要分析了當(dāng)前綜采自動化采煤技術(shù)的相關(guān)內(nèi)容，并從不同的方面分析和闡述了綜采自動化采煤技術(shù)應(yīng)用的有效性。煤礦綜采自動化采煤技術(shù)的有效應(yīng)用拓展了當(dāng)前中國煤礦開采工作的新視野，能有效促進煤礦自動化生產(chǎn)和開采模式的優(yōu)化和升級，避免傳統(tǒng)煤礦生產(chǎn)過程中存在的問題和安全隱患，針對煤礦生產(chǎn)過程中的不安全因素能及時發(fā)現(xiàn)并解決，盡可能降低煤礦生產(chǎn)過程中安全事故的發(fā)生概率，促進煤礦企業(yè)經(jīng)濟效益和社會效益的共同提升。
參考文獻：
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［6］黃曾華，苗建軍.綜采工作面設(shè)備集中控制技術(shù)的應(yīng)用研究［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，41(11)：14-17.
作者：段耀武 單位：晉能控股煤業(yè)集團臨汾公司