吳亞軍 王亞軍 楊樹新

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)同忻煤礦山西有限公司，山西 大同 037000）

特厚煤層綜放工作面在生產(chǎn)過程中，放煤是其主要的工序，工作面的產(chǎn)量也主要以放煤為主，因此綜放工作面放煤工的角色十分重要[1-2]。但在生產(chǎn)過程中，尤其·在夜班生產(chǎn)過程中，人難免會(huì)打瞌睡，造成后溜煤量不均勻，每個(gè)支架放煤不均勻，大塊矸石容易進(jìn)入后溜造成后溜過載，而人們?cè)谔幚砩a(chǎn)事故的過程中也容易造成安全事故[3-5]。

針對(duì)綜放工作面目前人工放煤存在的各種弊端，研究綜放工作面自動(dòng)化放煤技術(shù)具有重要的意義。

1 工程背景

同忻礦8102 綜放工作面開采煤層為石炭系3#～5#煤層。該工作面煤層厚度較穩(wěn)定，煤層平均傾角1°，設(shè)計(jì)走向長度為1 516.5 m，可采走向長度1 399.5 m，傾斜長度251 m，煤層平均厚度為18.08 m。8102 工作面共用147 架支架，本工作面采用單一走向長壁后退式綜合機(jī)械化低位放頂煤開采的采煤方法，采放比為1:3.6，單刀產(chǎn)量能達(dá)到6000 t以上，而放煤產(chǎn)量就能達(dá)到5000 t，占單刀總產(chǎn)量的80%以上。

為實(shí)現(xiàn)綜放工作面自動(dòng)化放煤，通過分階段來試驗(yàn)OPC 指令對(duì)天瑪電液控程序命令的下達(dá)和執(zhí)行情況，主要分以下幾個(gè)部分進(jìn)行試驗(yàn)和參數(shù)確定。

（1）單個(gè)支架自動(dòng)放煤程序控制和試驗(yàn)；

（2）選定區(qū)域自動(dòng)化放煤程序控制和試驗(yàn)；

（3）全工作面自動(dòng)化放煤程序控制和試驗(yàn)。

2 綜放工作面自動(dòng)化放煤探索

2.1 自動(dòng)化放煤控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

在順槽集控中心建立了放煤軟件操作程序，井下集控中心的放煤主機(jī)向天瑪電液控主機(jī)發(fā)送放煤命令，天瑪電液控主機(jī)接收到命令后，控制支架執(zhí)行放煤程序。放煤控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1。

圖 1 放煤控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

從圖1 中可看到，放煤主機(jī)需接收的數(shù)據(jù)均是從天瑪電液控主機(jī)獲得，通訊采用OPC 方式，主要的信號(hào)數(shù)據(jù)有：后部刮板機(jī)電流，支架尾梁行程傳感器的數(shù)值，支架壓力，煤機(jī)位置，推溜行程，電液控、刮板機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等停止信號(hào)。

OPC 控制命令主要有：支架放煤時(shí)間，伸插板時(shí)間，尾梁復(fù)位行程，尾梁上擺行程，尾梁下擺行程，收插板時(shí)間，放煤支架號(hào)，停止放煤支架號(hào)。

2.2 自動(dòng)化放煤參數(shù)選擇

自動(dòng)化放煤軟件如圖2，主要包括：開采信息（包括工作面長、累計(jì)推進(jìn)長度、當(dāng)前煤厚、頂煤回收率、自動(dòng)化放煤率）；放煤支架監(jiān)測，在自動(dòng)化放煤過程中實(shí)時(shí)顯示正在自動(dòng)化放煤的支架號(hào)和支架總數(shù)，其中還包括放煤口尺寸、尾梁角度和后柱壓力；采煤工藝監(jiān)測區(qū)域能夠點(diǎn)擊解鎖按鈕，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)放煤的起停和暫停以及急停和復(fù)位功能。

4.防治方法。魚苗放養(yǎng)密度不能過大，根據(jù)養(yǎng)殖品種的不同，放養(yǎng)量一般控制在10萬～20萬尾/畝。同時(shí)，加強(qiáng)飼養(yǎng)管理，保持良好的水質(zhì)。魚苗在飼養(yǎng)到20天左右時(shí)，要及時(shí)分塘或銷售，防止車輪蟲病暴發(fā)。

圖 2 自動(dòng)化放煤軟件界面示意圖

整個(gè)放煤軟件界面中，在放煤之前最重要的選擇就是參數(shù)設(shè)置，參數(shù)設(shè)置界面如圖3。在參數(shù)設(shè)置界面，最重要的就是放煤參數(shù)設(shè)置，主要是選擇放煤輪次，每輪里面均設(shè)置好了輪次、安全距離（第一輪放煤與機(jī)組的安全距離）、放煤時(shí)間、觸發(fā)距離、插板收回時(shí)間、插板伸出時(shí)間、尾梁上擺行程、尾梁下擺行程、尾梁復(fù)位行程等的規(guī)定。

圖 3 自動(dòng)化放煤軟件參數(shù)設(shè)置界面示意圖

3 自動(dòng)化放煤現(xiàn)場試驗(yàn)

3.1 單個(gè)支架自動(dòng)放煤程序控制和試驗(yàn)

放煤主機(jī)向天瑪電液控主機(jī)下發(fā)指定支架自動(dòng)放煤，其正常狀態(tài)下放煤動(dòng)作流程如圖4，其中綠色加粗字體為OPC 設(shè)置的參數(shù)。

圖 4 單個(gè)支架自動(dòng)放煤狀態(tài)下支架動(dòng)作流程控制圖

在工作面正常放煤區(qū)段（5#～143#）隨機(jī)選取5臺(tái)支架進(jìn)行單臺(tái)支架指令接收與控制測試。測試內(nèi)容為放煤軟件向測試支架發(fā)收伸插板、尾梁下擺、放煤時(shí)間、尾梁上擺、尾梁復(fù)位等指令，觀測支架能否正常執(zhí)行；在放煤執(zhí)行過程中下發(fā)放煤停止命令，觀測放煤支架是否能夠及時(shí)停止放煤。

參數(shù)設(shè)置為：放煤時(shí)間為60 s，插板收回時(shí)間8 s，插板伸出時(shí)間10 s，尾梁下擺行程300 mm，尾梁上擺行程320 mm，尾梁復(fù)位行程350 mm。

在放煤軟件界面上通過OPC 向電液控系統(tǒng)發(fā)放選型單個(gè)支架放煤指令后，發(fā)現(xiàn)支架均無動(dòng)作。主要原因在于放煤軟件命令可以寫入電液控主機(jī)，但是電液控主機(jī)不能將參數(shù)下發(fā)到支架，從而導(dǎo)致支架不動(dòng)作，解決辦法主要通過更新支架控制器程序。程序調(diào)整后，支架開始動(dòng)作，可以正常實(shí)現(xiàn)對(duì)單個(gè)支架的放煤軟件遠(yuǎn)程自動(dòng)放煤控制。

根據(jù)8102 工作面目前煤厚情況，多次試驗(yàn)單個(gè)支架的自動(dòng)放煤參數(shù)設(shè)置，最終單個(gè)支架自動(dòng)放煤參數(shù)確定為：收插板時(shí)間為8 s；尾梁上擺行程為280 mm；尾梁下擺行程為210 mm；210～280 mm是在支架行程滿足3.8 m情況下最優(yōu)的放煤口大小，這樣的放煤口不會(huì)將大塊矸石放下；支架放煤時(shí)間為40 s，即上下擺5 個(gè)循環(huán)；支架放煤結(jié)束回高位的尾梁行程為260 mm。

3.2 選定區(qū)域自動(dòng)化放煤程序控制和試驗(yàn)

以同忻煤礦8102 工作面為測試對(duì)象，對(duì)部分區(qū)域支架（選定31#～60#）進(jìn)行“多輪順序”放煤工藝自動(dòng)化程序放煤試驗(yàn)。主要測試內(nèi)容包括：放煤參數(shù)下發(fā)后支架響應(yīng)時(shí)間，支架動(dòng)作執(zhí)行是否準(zhǔn)確，放煤時(shí)間，插板回收及伸出時(shí)間，尾梁下擺及上擺行程值，放煤停止命令是否為優(yōu)先級(jí)。

放煤軟件按照三輪順序放煤模式下發(fā)自動(dòng)放煤指令，測試支架范圍為31#～60#支架，放煤口間隔架數(shù)為3 架，每輪放煤時(shí)間約為60 s（等時(shí)放煤），如圖5。第一輪放煤從31#支架開始，當(dāng)?shù)谝惠喎琶悍诺?1#支架時(shí)從31#支架開始第二輪放煤，當(dāng)?shù)诙喎琶悍诺?1#支架時(shí)從30#支架開始第三輪放煤，此時(shí)同時(shí)放煤支架為3 臺(tái)（31#、41#、51#），之后由3 臺(tái)支架同時(shí)放煤，即：（31，41，51）→（32，42，52）→……→（40，50，60）。三輪放煤同時(shí)進(jìn)行，依次到60#支架結(jié)束放煤。

圖 5 選定區(qū)域自動(dòng)化放煤示意圖

通過多次試驗(yàn)?zāi)軌虺晒?shí)現(xiàn)選定區(qū)域自動(dòng)化程序放煤。另外，根據(jù)工作面支架割煤和移架距離，為了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化割煤和跟機(jī)狀態(tài)下的自動(dòng)化放煤，在自動(dòng)放煤程序開啟后，根據(jù)獲取的采煤機(jī)位置及支架移架到位情況再進(jìn)行判斷是否可以執(zhí)行自動(dòng)化放煤。針對(duì)目前8102 工作面的煤厚，采用三輪順序放煤，放煤時(shí)間由之前的60 s 修改到目前的40 s，能夠最大限度地回收煤炭資源。

4 自動(dòng)化放煤對(duì)安全生產(chǎn)的影響

4.1 經(jīng)濟(jì)效益顯著

工作面在自動(dòng)割煤和自動(dòng)走架情況下，放煤軟件能夠按照放煤參數(shù)設(shè)置，實(shí)現(xiàn)三輪放煤。根據(jù)一周全天的自動(dòng)化放煤試驗(yàn)，頂煤回收率較之前87%提高了3.5 個(gè)百分點(diǎn)。采用自動(dòng)化放煤，每天可多回收煤炭資源1154 t，每天可多創(chuàng)造效益42 萬，經(jīng)濟(jì)效益顯著。

4.2 自動(dòng)化放煤對(duì)安全生產(chǎn)影響

（1）有利于后部刮板輸送機(jī)維護(hù)，減少事故。人工放煤后溜電流幅度變化大，容易造成后溜過載，同時(shí)人工放煤容易放出大塊矸石，對(duì)后溜刮板和鏈條產(chǎn)生損壞。而采用自動(dòng)化放煤，煤量保持均勻，后溜電流不會(huì)出現(xiàn)大幅度的變化，電流比較平緩，且放煤口的大小不至于放下大塊矸石，對(duì)設(shè)備維護(hù)有積極作用。

（2）自動(dòng)化放煤有助于減人提效。未采用自動(dòng)化放煤之前，每班需要派3 名放煤工，不間斷緊跟采煤機(jī)進(jìn)行手動(dòng)放煤，員工勞動(dòng)強(qiáng)度大。采用自動(dòng)化放煤后，僅需1～2 名放煤巡視工對(duì)自動(dòng)化放煤進(jìn)行巡視，大大減少了員工的勞動(dòng)強(qiáng)度，減少了機(jī)電事故，有利推進(jìn)了安全生產(chǎn)。

（3）自動(dòng)化放煤與人工放煤相比，能進(jìn)一步減短煤矸分界線。根據(jù)探煤情況，適當(dāng)調(diào)整自動(dòng)化放煤時(shí)間，能有效提高頂煤回收率，降低含矸率，提高經(jīng)濟(jì)效益。

（4）自動(dòng)化放煤的實(shí)現(xiàn)，提高了礦井自動(dòng)化管理水平，實(shí)現(xiàn)了礦井安全管理。

5 結(jié)論

（1）通過井下集控中心的放煤主機(jī)向天瑪電液控主機(jī)發(fā)送放煤命令，天瑪電液控主機(jī)接收到命令后，控制支架實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化放煤。

（2）通過分階段來試驗(yàn)OPC 指令對(duì)天瑪電液控程序命令的下達(dá)和執(zhí)行情況，分別對(duì)單個(gè)支架的自動(dòng)放煤程序執(zhí)行情況、選定區(qū)域按放煤工藝實(shí)現(xiàn)區(qū)域內(nèi)自動(dòng)化放煤執(zhí)行情況、全工作面自動(dòng)化放煤程序執(zhí)行情況進(jìn)行了試驗(yàn)和參數(shù)確定。

（3）自動(dòng)化放煤進(jìn)一步提高了頂煤采出率，經(jīng)濟(jì)效益顯著。而且煤量保持均勻，減少了后溜過載現(xiàn)象，后溜電流不會(huì)出現(xiàn)大幅度的變化，對(duì)后溜刮板和鏈條的維護(hù)有積極作用。