(晉能控股集團(tuán)雁崖煤業(yè)公司綜采一隊(duì) 山西 037003)
在礦井采煤綜采作業(yè)過程中,煤礦井下綜采技術(shù)為核心技術(shù)之一,在技術(shù)落實(shí)到位的條件下,可以提升綜采作業(yè)的效率及安全性。和傳統(tǒng)綜采作業(yè)模式比較,自動綜采技術(shù)的應(yīng)用,可減輕人力工作負(fù)荷,縮短工期,保證作業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升。與此同時,煤礦井下自動綜采技術(shù)融合了自動控制技術(shù)、傳感器監(jiān)測技術(shù)、故障診斷技術(shù)等,多技術(shù)融合應(yīng)用,保證了煤礦井下綜采作業(yè)的可行性及安全性[1]。由此可見,本文圍繞“煤礦井下自動綜采技術(shù)的應(yīng)用”進(jìn)行分析研究具備一定的價值意義。
(1)自動控制工藝流程實(shí)施的目標(biāo)
以煤礦井下綜采作業(yè)工藝流程為依據(jù),并根據(jù)自動化綜采作業(yè)的實(shí)際需求,需對井下綜采作業(yè)的工藝流程加以優(yōu)化,使自動綜采控制的需求得到有效滿足。基于具體作業(yè)開展過程中,首要工作是對刮板輸送機(jī)開始運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行控制,在刮板輸送機(jī)處于穩(wěn)定運(yùn)行狀態(tài)之后,將采煤機(jī)上的噴霧降塵裝置打開,然后實(shí)行降塵作業(yè),進(jìn)一步對采煤機(jī)啟動,實(shí)施綜采作業(yè)[2]。在采煤機(jī)運(yùn)行的條件下,對于液壓支架組的不同支架來說,需自動進(jìn)行護(hù)幫板的撤離、移架及支護(hù)作業(yè),使綜采作業(yè)期間穩(wěn)定支護(hù)的需求得到有效滿足。
(2)自動控制工藝流程的實(shí)施要點(diǎn)
考慮到井下采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架聯(lián)動運(yùn)行要求得到有效滿足,基于聯(lián)動運(yùn)行當(dāng)中,液壓支架撤回護(hù)幫板、移架等作業(yè)環(huán)節(jié),需與采煤機(jī)后側(cè)滾筒保持大概14米的距離。然后對采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架的聯(lián)動控制工藝流程制定好,并加以實(shí)施。具體工藝流程如圖1所示。
根據(jù)圖1,如果采煤機(jī)朝煤壁尾部方向?qū)嵤└蠲鹤鳂I(yè),那么采煤機(jī)中心處在第28個液壓支架的位置當(dāng)中??紤]到聯(lián)動運(yùn)行的控制要求得到有效滿足,系統(tǒng)能夠?qū)Φ?6號液壓支架進(jìn)行控制,進(jìn)一步實(shí)施撤回護(hù)幫板作業(yè),使采煤機(jī)基于運(yùn)行期間和護(hù)幫板出現(xiàn)相互干涉的情況得到有效預(yù)防控制[3]。然后,處在采煤機(jī)后側(cè)的第17-21號液壓支架開始實(shí)施移架作業(yè),第15號液壓支架則實(shí)施伸出護(hù)幫板支護(hù)作業(yè);對于第1-10號液壓支架實(shí)施支架推溜作業(yè);但需注意的是,推溜與移架需避免同時進(jìn)行,從而使防刮板輸送機(jī)受力偏大而導(dǎo)致彎曲情況的發(fā)生得到有效避免。
圖1 聯(lián)動控制工藝流程示意圖
此外,考慮到聯(lián)合控制過程中,綜采面綜采作業(yè)效率得到有效提高,進(jìn)一步使移架質(zhì)量的穩(wěn)定性得到有效保障,需實(shí)行反復(fù)多次配合調(diào)試,然后選取不留三角煤的端部斜切進(jìn)刀方案;對于液壓支架的移架方式,則選取單架順序移架作業(yè)方式。
(1)系統(tǒng)構(gòu)成
基于煤礦井下自動綜采控制系統(tǒng)當(dāng)中,通過上述提到的“三機(jī)”聯(lián)合運(yùn)行控制系統(tǒng)與液壓支架工作狀態(tài)調(diào)節(jié)控制系統(tǒng),實(shí)行數(shù)據(jù)信息交換,并以控制系統(tǒng),使各設(shè)備的控制得到有效實(shí)現(xiàn)[4]。對于其中的下位機(jī)系統(tǒng)來說,主要對設(shè)置于各綜采設(shè)備當(dāng)中的傳感器進(jìn)一步采集的運(yùn)行信號進(jìn)行收集,然后把信息傳輸至“三機(jī)”聯(lián)合運(yùn)行控制中心當(dāng)中,在對監(jiān)測數(shù)據(jù)進(jìn)行分析及比較判斷的基礎(chǔ)上,了解相關(guān)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)及后續(xù)運(yùn)行勢態(tài)。此外,以分析結(jié)果為依據(jù),對下位機(jī)將調(diào)節(jié)控制指令發(fā)出,使綜采面當(dāng)中各種設(shè)備的運(yùn)行狀況得到有效控制。
(2)系統(tǒng)作業(yè)要點(diǎn)
①軟件部分。對于煤礦井下自動綜采控制系統(tǒng),基于系統(tǒng)控制運(yùn)行期間,軟件部分具體要點(diǎn)包括:A.由液壓支架應(yīng)用設(shè)置于機(jī)架上的紅外線傳感器,確定和采煤機(jī)之間的位置關(guān)系,進(jìn)一步把位置結(jié)果信息傳輸至聯(lián)合控制中心當(dāng)中;B.采煤機(jī)則經(jīng)設(shè)置于機(jī)身當(dāng)中的進(jìn)給速度傳感器與位移傳感器,分析采煤機(jī)的運(yùn)行方向及速度,進(jìn)一步傳輸至聯(lián)合控制中心當(dāng)中;C.對于刮板輸送機(jī),則通過設(shè)置于驅(qū)動電機(jī)當(dāng)中的電流傳感器,把刮板輸送機(jī)驅(qū)動電機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)信號傳輸至聯(lián)合控制中心當(dāng)中;D.此外,聯(lián)合控制中心,在綜合判斷綜采機(jī)械設(shè)備位置信息及運(yùn)行狀態(tài)信息的基礎(chǔ)上,對自動調(diào)整控制信號加以明確,然后將其傳輸至相應(yīng)的設(shè)備當(dāng)中,使設(shè)備的運(yùn)行得到有效控制,進(jìn)一步使整體綜采面當(dāng)中各個運(yùn)行設(shè)備的聯(lián)合控制得到有效實(shí)現(xiàn)。
②硬件部分?;谕ㄐ畔到y(tǒng)硬件部分,因煤礦井下巷道內(nèi)空間存在狹小的特點(diǎn),且處于高塵高濕、電磁環(huán)境復(fù)雜當(dāng)中,所以對通信系統(tǒng)的要求頗高。即:針對通信系統(tǒng),需高速、精確地傳遞各監(jiān)測傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù),與此同時需確??刂茢?shù)據(jù)信息在傳輸過程中的安全性。值得注意的是,基于煤礦綜采自動控制數(shù)據(jù)通訊結(jié)構(gòu)當(dāng)中,具備完善的現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集、傳輸交互通信子系統(tǒng),聯(lián)合控制中心和各傳感器設(shè)備之間則應(yīng)用了工業(yè)現(xiàn)場總線技術(shù),起到對終端之間的視頻與數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測傳輸?shù)哪繕?biāo)[5]。對于井下控制中心與地面控制中心來說,經(jīng)工業(yè)以太網(wǎng)完成連接操作,以此保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)男始鞍踩?。此外,基于各通訊接口之間,實(shí)施RS422數(shù)據(jù)通訊協(xié)議,使數(shù)據(jù)之間的點(diǎn)對點(diǎn)通訊得到有效實(shí)現(xiàn)。
如前所述,對煤礦井下自動綜采系統(tǒng)構(gòu)成及作業(yè)要點(diǎn)均有了一定程度的了解。而從煤礦井下自動綜采作業(yè)效率及質(zhì)量提高角度考慮,還有必要掌握煤礦井下自動綜采技術(shù)的具體應(yīng)用要點(diǎn)??偨Y(jié)起來,具體應(yīng)用要點(diǎn)如下:
(1)防片幫自動控制技術(shù)應(yīng)用。基于煤礦井下自動綜采作業(yè)開展期間,因受到煤層應(yīng)力路徑效應(yīng)的影響,采煤機(jī)會導(dǎo)致煤壁發(fā)生滑移失穩(wěn)及拉裂破壞隱患,進(jìn)一步導(dǎo)致片幫出現(xiàn)異常的狀態(tài)。經(jīng)煤層在受力期間出現(xiàn)的“拉裂-滑移”機(jī)理知曉,如果能夠使片幫異常得到有效避免,有必要合理控制煤層拉裂及滑移失穩(wěn)等安全隱患問題。在實(shí)際預(yù)防控制工作開展過程中,需實(shí)時監(jiān)測液壓支架的初撐力,保證綜采期間支護(hù)壓力的穩(wěn)定性,避免頂板發(fā)生下沉問題;與此同時,需自動壓力監(jiān)測支護(hù)的護(hù)幫板,保證護(hù)板上具備充足的支撐梁與護(hù)板面積,使空幫問題的出現(xiàn)得到有效避免;如果有片幫情況發(fā)生,則需及時調(diào)整護(hù)幫板的支護(hù)狀態(tài),使防護(hù)效果得到有效增強(qiáng)。
要想使綜采作業(yè)的防片幫控制得到有效實(shí)現(xiàn),需將采煤機(jī)與液壓支架的聯(lián)合運(yùn)行控制作為核心控制要點(diǎn),實(shí)時監(jiān)測采煤機(jī)與液壓支架基于運(yùn)行期間的位置狀態(tài),然后以不同編號的液壓支架和采煤機(jī)之間的位置關(guān)系為依據(jù),對各液壓支架基于采煤機(jī)附近護(hù)幫板的收放狀態(tài)加以控制,使液壓支架的跟機(jī)自動調(diào)整得到有效實(shí)現(xiàn)。
此外,考慮到防片控制的精準(zhǔn)度,通常需使用對一級護(hù)幫板、二級護(hù)幫板分開控制的方式,分別落實(shí)行程控制、壓力控制,保證基于綜采作業(yè)期間,煤壁可以及時得到支護(hù),使片幫異常的發(fā)生得到有效預(yù)防控制。
(2)綜采面底軟自動控制技術(shù)應(yīng)用。基于綜采面底板硬度比較差且軟弱的地面,液壓支架的支護(hù)狀態(tài)會在綜采作業(yè)逐步進(jìn)行的情況下不斷發(fā)生變化。傳統(tǒng)作業(yè)模式下,主要通過人工定時的模式,確定、調(diào)整液壓支架的支護(hù)狀態(tài),效率低,且易發(fā)生支護(hù)失穩(wěn)的情況,進(jìn)而易使綜采作業(yè)出現(xiàn)比較大的安全隱患問題。所以,針對硬度比較差的綜采面,需采取模擬人工智能化處理的模式,然后實(shí)施自動化控制處理。一方面,針對不同底板硬度條件下的支護(hù)調(diào)節(jié)情況加以明確,使人工記憶支護(hù)邏輯得到有效形成[6]。另一方面,基于綜采作業(yè)開展過程中,需分析支護(hù)區(qū)域的底板硬度,對相對應(yīng)的記憶支護(hù)邏輯進(jìn)行有針對性地設(shè)置。此外,考慮到液壓支架基于軟地面的靈活性得到有效保證,需基于支架移架期間對降架時間、移架步距時間、拉長移架時間延長,從而使液壓支架基于調(diào)整期間出現(xiàn)不穩(wěn)定性的情況得到有效預(yù)防控制。此外,在對液壓支架的移架流程進(jìn)行簡化處理的基礎(chǔ)上,可以使液壓支架基于移架與支護(hù)期間出現(xiàn)的不穩(wěn)定性問題得到有效解決。
綜上所述,煤礦井下自動綜采技術(shù)的應(yīng)用,可提高煤礦井下自動綜采工作的效率及質(zhì)量。所以,需優(yōu)化自動控制工藝流程,了解煤礦井下自動綜采控制系統(tǒng)構(gòu)成及應(yīng)用要點(diǎn),進(jìn)一步把控防片幫自動控制技術(shù)及綜采面底軟自動控制技術(shù)的應(yīng)用。此外,本人認(rèn)為還需要掌握煤礦井下自動化噴霧降塵技術(shù)、采煤機(jī)自動化綜采截割控制系統(tǒng)技術(shù)的應(yīng)用,以此全面提升煤礦井下自動綜采技術(shù)的應(yīng)用效率及質(zhì)量,從而促進(jìn)煤礦井下作業(yè)綜合效益的提升。