锦界煤矿31105综采面自动化试验研究.pdf

西安科技大学 硕士学位论文 锦界煤矿31105综采面自动化试验研究 姓名邵水才 申请学位级别硕士 专业矿业工程 指导教师黄庆享;张恩强 论文题目锦界煤矿 31105 综采面自动化试验研究 专业矿业工程 硕 士 生邵水才（签名） 指导教师黄庆享（签名） 张恩强（签名） 校外导师赵永峰 摘要 综采面自动化是煤炭开采技术的发展方向，它是电控技术、设备可靠性、安全保 障、生产组织、信息化等一系列技术的创新和集成。其最终目的在于减轻劳动强度、提 高安全生产效率；实现对综采设备的实时在线监测，及时发现故障隐患；提高设备正常 率和开机率，将综采面相关信息及时传输至地面，实现生产管理的网络信息化。因此本 课题的研究具有重要的现实意义。 本文依托“综采生产自动化”项目，对中国神华神东煤炭集团所属的锦界煤矿 31105 综采面进行自动化试验研究。对 31105 综采面的工作面参数及主要设备参数进行分析研 究。在此基础上进行了综采面自动化系统研究及自动化调试试验，通过对综采面系统各 设备的自动化调试、综采面现场数据的自动化上传调试、综采面的联合自动化调试研究 促进了综采面生产自动化的安全高效运行。 研究表明，31105 综采面采煤机左右滚筒进行割煤、装煤，依次由刮板输送机、破 碎机、转载机、皮带输送机运煤，采用液压支架支护。通过自动控制技术、传感器技术 、 计算机技术、设备工况监测及故障诊断技术、电液控制技术、集中控制技术等多种自动 化技术的研究与运用，构成了机电一体化的综合机械化采煤自动化技术。自动化试验得 出 31105 综采面的主要关键技术为液压支架电液控制技术、采煤机自动采煤技术和顺槽 集中控制技术（三机控制、泵站控制） 。自动化试验对采煤机的程序进行了修改，将割 煤操作分为手动、学习、自动三种状态，实现了综采面的记忆式割煤。对液压支架的程 序进行了修改，通过红外线接收器接受采煤机红外线发射信号来确定采煤机位置，根据 支架控制器程序确定支架移架、推溜、收打护帮板，从而实现了综采面的跟机自动化。 试验采用 KTC101-Z 控制系统，实现了三机联合启动与停止、单设备的启动与停止、单 设备点动的启动与停止功能。试验采用采煤机 JOS 系统、支架 xalz 系统、组合开关进 行数据采集与上传，实现了采煤机、液压支架和各种设备的自动化控制与实时数据的采 2 集上传，从而实现了调度室对自动化工作面设备运行状况实时监控。 关 键 词综采面；自动化调试；采煤机；液压支架；数据上传 研究类型应用研究 SubjectSubjectSubjectSubject ResearchResearchResearchResearch onononon AutomaticAutomaticAutomaticAutomaticTestTestTestTestofofofof 31105311053110531105 FullyFullyFullyFully MechanizedMechanizedMechanizedMechanized CoalCoalCoalCoal FaceFaceFaceFace inin ininJINGJINGJINGJINGJIEJIEJIEJIECoalCoalCoalCoalMineMineMineMine SpecialtySpecialtySpecialtySpecialty MiningMiningMiningMining EngineeringEngineeringEngineeringEngineering NameNameNameName ShaoShaoShaoShao ShuiShuiShuiShui CaiCaiCaiCaiSignatureSignatureSignatureSignature InstructorInstructorInstructorInstructor HuangHuangHuangHuang Qing-xiangQing-xiangQing-xiangQing-xiangSignatureSignatureSignatureSignature ZhangZhangZhangZhang EnEnEnEn QiangQiangQiangQiangSignatureSignatureSignatureSignature ABSTRACTABSTRACTABSTRACTABSTRACT Automation of fully mechanized coal face is development direction of coal miningtechnology.Itistheinnovativeintegration ofelectronictechnology, equipment reliability, security, production organization, inatization and so on.Its object is that it can reduce labor intensity,improve production efficiency to realize real-time on-line monitoring of mining equipment, timely find hidden faults, improve equipment normal and open,timely deliver related ination to the ground, realize network ination management of production.So,this topic research has important realistic significance. This subiect base on “fully automated of fully mechanized coal face “ project,and did a automatic research on 31105 fully mechanized coal faceinJING JIECoalMine in China shenhua coal group.Then we did research on compound miningautomation system.At last,wedidthetestofautomation debugging mechanized, field data of automation upload debugging, united auto debugging, ensure the production of mining face of automation safety and efficiency. Research shows that 31105 coal mining machine for cutting coal, about roller, coal loading of scraper coveyor, crusher, and a belt conveyor, adopts hydraulic support.Throughtheautomaticcontroltechnology,thesensortechnology, computer technology and equipment condition monitoring and fault diagnosis technologyandelectrohydrauliccontroltechnology,centralizedcontrol technologyofautomation technologyresearchandapplication,constitute the electromechanical integration of comprehensive mechanized mining automation technology. The automation of the fully-mechanized 31105 key technology for 4 hydraulicsupporttheelectro-hydrauliccontroltechnology,coalmining technology and slot machine, automatic centralized control technology. Automated test of coal winning machine, the modification of the program will be cut into manual operation, coal, automatic three states, realized the memory type cut coal. The procedure of hydraulic support on the modification, through infrared receiver to accept the coal mining machine infrared signal to determine the position of coal winning machine, according to determine the stent procedures remove stent controller, slip, pushing for plate armor, thus playing realized the automation with machine.The test KTC101-Z control system, realized the investigations of joint and stop, start and stop the equipment, equipment at the start and stop function. The test system of coal mining JOS machinery,xalz system,combination switches for data acquisition and upload, realize the coal mining machine, hydraulic support and various equipment automatic control and real-time data acquisition, realizestheuploaddispatchingroomminingequipmentrunningstatusof automation real-time monitoring. KeyKeyKeyKey wordswordswordswordsFully mechanized coal faceAutomated adjustmentshearer hydraulic supportdata upload ThesisThesisThesisThesis Applying Study 1 绪论 1 1 绪论 1.1 研究的背景与意义 1.1.1 研究背景 经济的发展是社会进步的标志，而能源是经济发展的基础。我国的能源消耗主要以 煤炭为主，煤炭在我国经济发展中具有重要作用。多年来我国的煤炭生产消费产量一直 居世界第一位，2003 年为 17.36 亿吨，2005 年为 19 亿吨[1]，2007 年为 25.5 亿吨。近年 来我国煤炭行业的生产能力也在逐年扩大，专家们预测 2010 年我国煤炭的生产能力将 接近 30 亿吨[2]。到 2020 年我国煤炭产量占世界煤炭产量的比例将由目前的 35上升到 50左右[3]。 20世纪50年代中期，随着科学技术的不断发展，一种先进的采煤工艺新技术综 合机械化采煤技术（简称“综采”）出现了。综采实现了采煤工作面的破煤、装载、运输 、 支护等生产环节全部机械化，是一种高效、安全的采煤技术。从1954年在英国诞生了第 一个综采工作面后，综采技术就不断得到发展和完善，在世界范围内得到广泛的应用， 成为煤炭工业技术发展的方向[5]。到1970年英国已装备700个综采面，德国已装备400个 综采面，其综采程度均达到90％以上。随后综采技术在日本、波兰、法国、前苏联等主 要产煤国家得到了进一步的推广应用， 同时也被向来以房柱式连续采煤机开采为主的美 国、澳大利亚和南非等国家所采用。近几年来，世界综采技术发展很快，其装备已向智 能化发展[6]。 在我国，综采技术也在迅速地发展。从1959年开始研究液压支架，1964年开始研究 浅截式滚筒采煤机，1970年进行第一套综采设备井下试验以来，至今已40多年了，经过 探索、研制、引进、消化、提高和创新，我国综采技术已经达到了很高的水平。 中国煤炭工业协会会长范维唐在第六次我国煤炭工业科学技术大会上提出， 到2010 年，大中型煤矿采掘机械化水平将达到85％以上。通过新建和老井技术改造，全国将建 成300处安全高效矿井，安全高效矿井产煤量将占全国总产量的50％左右。另外，针对 近年来煤矿安全事故频繁发生的情况，国务院下重令治理整顿低水平开采小煤矿，要求 全面提高煤矿开采技术整体水平。建设大型高效煤矿和对小煤矿进行技术改造，将进一 步推动我国综采技术的发展。 随着综采技术的发展，以及矿井减员增效、提高安全可靠性需求的不断增加，发展 自动化工作面亦势在必行。 神东矿区位于陕西榆林市和内蒙古自治区鄂尔多斯市交界处， 作为我国高产高效矿 西安科技大学工程硕士学位论文 2 井的典型代表，率先在2005年实现亿吨矿区的建设目标。目前这里已拥有7座矿井年产 量达1000万吨以上， 组成了特级“双高”千万吨矿井群。 矿井建设大多采用一井一面方式 ， 综采系统装备的机电设备技术先进、产运量大、体积重量大型化。此外，神东矿区煤层 厚度大、倾角小、设备可靠性高，是综采面实现自动化的良好基础，通过多年来对综采 面自动化的探索，有力地保证了神东公司安全高效生产的发展，并在综采面无人跟机自 动化技术方面取得了重大突破。 1.1.2 研究意义 当前，我国国民经济的快速发展对能源的需求越来越大，而且随着我国加入WTO， 我国煤炭出口的极大潜力被挖掘出来，加之国家对不具备安全生产条件的小煤矿的关 停， 使得对具有安全生产条件的大型煤矿提高产能的要求越来越强烈。 对于综采面而言 ， 要想进一步地大幅度提高综采面的年产量，加大科技投入力度，采用自动化设备和技术 是必由之路[9]。 综采面自动化技术代表了国际煤炭开采技术的最新发展方向，它是电控技术、设 备可靠性、安全保障、生产组织、信息化等一系列先进技术的创新和集成。主要体现为 采煤机的记忆割煤、程序割煤、远程操作，液压支架的成组移动、自动收打护帮、自动 跟机拉架、自动跟机喷雾、侧护和伸缩梁及其他千斤顶的自动程序及跟机动作，刮板运 输机过载前自动降低采煤机牵引速度，停机时自动停止采煤机牵引，通过综采面数据上 传、视频监视系统、紧急闭锁保护系统等技术确保安全生产[10]。 目前煤炭形势良好，国内各大矿务局都肯在“矿井自动化”这种项目上投资，提高设 备的运行管理和维护水平，降低运行管理费用，减轻工作人员的劳动强度，提高各种信 息的传输和分析能力。因此，工作面自动化对提高工作面生产效率，提高安全生产指标 具有重要意义。 神东集团于2008年10月在榆家梁煤矿实现了中厚偏薄煤层的自动化， 此工作面实现 自动化后，工作面工作人员由原来的5人减少为2人，工作内容由原来的操作设备变为监 护设备运行，大大的减少了工人的劳动强度，节约了生产成本，降低了安全事故的发生 率，而且还实现了所有设备的实时数据上传[11,12]。 中国神华神东煤炭集团要求全集团各个矿井综采工作面都进行自动化调试， 积累自 动化调试经验，要求各设备供应厂商完善自己的设备，以满足神东集团对综采工作面自 动化发展需求，同时要求各矿井综采面自动化调试完成后坚持使用采煤机、液压支架的 自动化以及数据上传系统。中国神华神东煤炭集团所属的锦界煤矿地处陕北神府煤田， 煤炭储量大，煤层埋藏浅、倾角小、厚度大，地质变化小、构造少，为锦界煤矿开展综 采工作面自动化研究提供了优越的地理条件。 锦界煤矿 31105 综采工作面，顶板淋水非常大，老塘涌水达 850m3/h，此工作面实 1 绪论 3 现自动化以后，可减少工人的劳动强度以及免受淋水的危害。 本文的意义是为实现综采工作面生产过程的自动化给出理论基础，其最终目的是 减轻劳动强度、提高生产效率；实现对主要生产设备工况的实时在线监测，及时发现故 障隐患、及时采取措施避免设备损坏，提高设备正常率和开机率；将工作面的相关信息 及时传输到地面，并通过计算机网络实现共享，达到生产管理的信息化，为向少人、无 人综采工作面自动化发展提供技术准备。 1.2 国内外研究现状及发展趋势 1.2.1 国内研究现状 （1）综采面自动化研究现状 我国煤矿工作面自动化控制技术刚刚起步， 目前仅在进口装备的基础上实现部分自 动化功能。自 2001 年，北京天地玛珂电液控制系统有限公司已先后在兖州、神华、潞 安、淮南等煤炭生产企业实现工作面自动化系统集成、工作面自动化集成控制、液压支 架跟机自动化等功能[14]。 神东矿区综采工作面自动化的研究现状①采煤机记忆割煤是在人工操作的基础 上，采煤机按照学习的情况进行重复记忆割煤。②支架自动跟机拉架是根据采煤机作业 循环自动进行液压支架的降、移、升架过程。③远程干预是在工作面设备出现问题或煤 层顶底板变化时，操作人员可远程对设备进行干预，以防止影响工作面正常推进或出现 安全问题的最有力的保证措施。目前世界上还没有一个综采工作面实现远程操作功能。 神东公司从 2008 年 612 月份在井下试用采煤机和液压支架的远程干预[15-18]。 无人跟机自动化作为综采工作面自动化的最终目标， 目前世界上还没有一个综采工 作面实现。 （2）采煤机自动化研究现状 我国电牵引采煤机在消化吸收国外引进采煤机技术的基础上， 通过二次开发拥有了 许多具有自主知识产权的换代产品，在我国煤矿综合机械化采煤工作面，国产采煤机已 经占据主导地位，完全采用国产装备的高产高效工作面不断涌现[19]。1991年，煤炭科学 研究总院上海分院与波兰合作，在国内率先研制成功我国第l台采用交流变频调速技术 的薄煤层爬底板采煤机，接着又先后研制成功了截割电机纵向布置的交流电牵引采煤 机、截割电机横向布置的适用于中厚和较薄煤层的交流电牵引采煤机。上海分院研制的 MG系列电牵引采煤机已形成九大系列共几十个品种。 太原矿山机器厂与上海分院合作， 将AM500液压牵引采煤机改造成MG375/830-WD型交流电牵引采煤机后， 又自主研制成 功了MGTY400/900-33D型和MG750/1800-3.3D型机载交流变频调速链轨式电牵引采煤 机，现正在国家“十一五”科技支撑计划资助下研发装机总功率达2500kW、最大采高 西安科技大学工程硕士学位论文 4 6.0m、年产1000万吨的交流电牵引采煤机；鸡西煤机厂与上海分院合作将MG2300-W 型液压牵引采煤机改造成MG300/360-WD型交流电牵引采煤机后，又开发了MG200/463 型、MG400/985型交流电牵引采煤机；辽源煤机厂与邢台矿业集团合作研制成功我国首 台应用电磁转差离合器调速技术的MG668-WD型电牵引采煤机； 无锡采煤机厂与中纺机 电研究所合作研制成功国内首台应用开关磁阻电机调速技术的MG200/500-CD型电牵引 采煤机[20-24]。 ①采煤机直接调高技术研究现状 a、基于采煤机切割力响应的煤岩界面识别传感器法[23]该方法目前的研究现状均 以模式识别为基础，以区别割煤与割岩两种状态为目的，而没有以割岩时可确定切入顶 板有多深为目的，因此，不能给出煤岩界面位置的定量信息。如果是割煤，则根本不能 给出煤岩界面的位置信息，所以下一步的滚筒自动调高的制导信息就不够明确。 b、同位素传感技术煤岩分界法[24,25]根据放射线同位素的康普顿效应的原理，当 同位素射线通过不均匀的物质时，射线损失一部分能量后向各个方向散射，但散射的波 长增加，散射的强度与传感介质的密度和厚度成正比。因而，根据煤和岩石的密度不同 一般是1.32.1来识别煤和岩石。煤的厚度增加时，入射的光子与煤的电子碰撞后损γ 失的能量就减少，散射的光子的强度按煤皮的厚度成比例地增加，国家给定的强度可γ 控制煤皮的一定厚度。放射源一般用同位素镅241或铯137来放射射线，射线通过煤γγ 和岩石散射后经过盖革-米勒计数管记录粒子的数量，该数量与煤皮厚度成正比，并产 生与煤岩分布情况成比例的尖形脉冲信号，经过脉冲整形后为矩形脉冲，再经过放大器 进入积分器，将脉冲信号变成与脉冲成线形比例的直流电压信号，再经过放大器使继电 器控制调高系统的电磁阀来进行自动调高。但此方法今后未推广使用。 ②采煤机间接调高技术研究现状 国内虽然早在80年代初就对采煤机的记忆截割技术进行了研究工作， 但是还是由于 技术、工作环境等原因，一直未能应用到实际中。另外，雷玉勇提出了基于液压系统压 力的闭环控制系统，并对该法进行了理论研究和计算机仿真。这种方法的原理在于截割 状态的不同造成调高油缸中的液压力的不同，因此，以该压力为反馈信号，以机械液压 阀为调节元件可实现调高系统的闭环控制。因此，该法只能适用于煤与顶底板岩石的力 学性能差别较大的地质条件。同时，由于摇臂的位置不同，虽然有相同的截割力，但由 于力臂不同， 因此， 造成的调高油缸的压力也会不同[26,27]， 导致该方法的实用价值有限 。 （3）液压支架自动化研究现状 我国在广泛应用液压支架的基础上也不断对其进行研究改进， 近年来与国外先进水 平的差距在不断缩小。 虽然国产液压支架品种及类型比较齐全， 但制造水平、 技术性能 、 可靠性等方面与国外先进产品相比还存在着一定的差距。在液压组件方面，以安全阀为 例，国产液压支架安全阀的额定流量一般为l00L/min，而国外支架安全阀的流量已达到 1 绪论 5 500L/min。所以在液压支架关键部件的制造上仍然需要技术攻判[32]。 液压支架的迁移控制， 由单台手动液压操纵控制改进为由微型计算机与电动液压阀 组相结合组成的电液控制系统。该系统是液压支架控制技术的发展方向，目前主要用于 年产400万吨以上一次采全高的长壁工作面。由北京天地玛珂电液控制系统有限公司生 产的PM31型电液控制系统已经被全国各矿业煤业集团煤矿用户选用， 尤其在神华神东 矿区被广泛应用[33]。 1.2.2 国外研究现状 1综采工作面自动化的研究现状 综采自动化在国外已研究了多年，在德国和澳大利亚已有自动化采煤的工作面， 分 别采用电液控制支架的刨煤机无人工作面和少人综放工作面。 这种自动化工作面实现了 液压支架的跟机自动， 即电液控制的支架根据采煤机或刨煤机的位置和生产工艺自动进 行升降移的动作，实现了自动化采煤，无人操作或很少几个人监控、维护采煤设备[34]。 英国在 60 年代初就出现了实现工作面自动化，但是研究远距离操纵的长壁工作面 系统简称 ROLF 系统，并不是生产上的需要，而是当时的煤管局主席劳德鲁本斯先生 的意见[1]。通过六次试用，取得了不同程度的效果，1969 年，实现长壁工作面远距离操 作的概念宣告失败。为了制定采煤研究与发展的任务与今后的工作规划，所采取的第一 步是利用矿上为监控煤炭运转和环境而设置的计算机系统在地面监视工作面可靠性数 据。利用这些管理和工程方面的信息，可改进系统各薄弱环节的可靠性。 20 世纪 90 年代以来,世界煤矿工业向高效集约化生产迅猛发展， 工作面自动化控制 程度不断升级，高可靠性防爆工业控制计算机被应用到井下，工业以太网、现场总线技 术国际上现有的 Modbus，Profibus，CC-Link被成功运用到控制网络中，成熟的全自 动刨煤机、采煤机综采工作控制技术实现了工作面的跟机自动化[14]。 2采煤机自动化的研究现状 1975 年和 1976 年将类似于固定滚筒采煤机用的一套模拟控制系统在一台单、滚筒 可调高采煤机上进行了试验。采煤机上使用了核子煤皮厚度传感器，并安置了可测采煤 机倾斜度及悬臂倾角的装置。试验结果表明，可调高滚筒采煤机的控制不稳定，因为工 作面恺装运输机随工作面的推进前移时在垂直方面上的起伏很大，而且没有规律性[28]。 20世纪70年代，美国JOY公司研制成功了1LS多电机横向布置直流电牵引采煤机， 此后又陆续研制了2LS-6LS等型多电机横向布置电牵引采煤机。7LS5采煤机总功率 1940kW，牵引速度30m/min，采用JOY Ultratrac2000型强力销轨无链牵引系统，加大销 轨节距和宽度，并采用锻造销排，装备了与6LS5型通用的JNA机载计算机信息中心，具 有人机通讯界面、故障诊断图形显示和储存、无线电遥控、牵引控制和保护等功能[29]。 德国Eickhoff公司于1976年研制成功直流电牵引采煤机，并基本停止了液压牵引采 西安科技大学工程硕士学位论文 6 煤机的研发，此后又陆续开发了多种形式电牵引采煤机。20世纪90年代开发的SL系列 横向布置交流电牵引采煤机，将截割电机布置在摇臂上。其中SL500型电牵引采煤机装 机功率达1815kW，最大牵引力869kN；SL300型电牵引采煤机总装机功率1138kW，采 用双变频器一拖一系统，最大牵引速度达36.7m/min；SLl000型采煤机装机功率达 2600kW，牵引力1003kN。控制系统具有交互式人机对话、设备状态监测与故障预报、 在线控制、数据传输等功能[37,38]。 英国long-Airdox公司于1984年研制成功第1台将截割电机布置在摇臂上的多电机横 向布置的Electra55V型直流电牵引采煤机，在此基础上又开发出功率更大的Electral000 型直流电牵引采煤机。20世纪90年代，在Electra系列机型基础上加大功率和改进控制系 统，开发了EL系列交流电牵引采煤机，主要机型有EL600、ELl000、EL2000、EL3000 型。在EL系列机型上装置的Impact集成保护及监控系统具有负荷控制、机器监控、采煤 机自动定位、 自动调高、 区域控制智能化安全联锁、 随机故障诊断和数据传输等功能[34]。 日本三井三池制作所1987年后陆续研制成功多种截割电机纵向布置的MCLE-DR系 列交流电牵引采煤机[31]，近几年又开发了截割电机横向布置的多电机交流电牵引采煤 机。采煤机装有微机工况监测及故障诊断系统，可数字显示牵引速度、滚筒位置、留顶 底煤厚度、电机负载及各处温度，具有无线遥控装置，和红外线发射器操纵液压支架。 3液压支架自动化研究现状 自 20 世纪 50 年代英国研制出第一套垛式支架以来， 液压支架控制系统经历了手动 本架控制、 手动邻架液压控制、 手动先导邻架液压控制和电液程序控制几个发展阶段[35]。 到 20 世纪 80 年代末至 90 年代初,随着微电子技术的发展，由英国道梯公司首先研制出 全工作面电液控制系统,紧随其后威斯特伐利亚与 Marco 公司合作研制出 Pm2 电液控制 系统，并发展为现有的 Pm4 和 Pm32 两个独立的分支,各公司都在积极开展自己的电液 控制系统，这个时期的电液控制系统特点是，系统功能简单，稳定性差，产品不断升级 改造，逐步完善[39]。到 20 世纪 90 年代中期，随着电子技术的迅猛发展，特别是嵌入式 系统的发展，涌现出多种新型材料，使电液控制技术水平进一步提高，电液控制系统技 术已经成熟。 1.2.3 发展趋势 随着煤炭自动化技术的发展，将采煤工作面的采煤机、液压支架、破碎机、装载 机、刮板输送机液压泵站、带式输送机等设备的控制系统、工作面通信与监控系统及工 作面供电系统集成，并接入矿井自动化系统的以太网，实现带式输送机及工作面设备的 集中控制、保护、故障自检、闭锁、沿线通信等功能，达到安全、高产高效煤炭开采。 以采煤机位置为依据的液压支架自动控制系统，实现液压支架跟随采煤机自动操作。 采 煤工作面无人化生产是工作面自动化技术的发展趋势。 1 绪论 7 1.3 研究内容 研究的目标实现 31105 综采面采煤机、液压支架自动化控制，通过各种设备实时 数据的采集与上传，达到地面调度室对工作面设备的实时监控。 具体内容如下 1采煤机的程序修改，记忆割煤技术。 2液压支架的程序修改、跟机自动化。 3工作面三机集中控制系统。 4顺槽泵站集中控制系统。 5采煤机 JOS 系统、支架 xalz 系统、组合开关数据的采集与上传。 1.4 研究方法及技术路线 本文依托“中国神华神东煤炭集团矿井综采工作面自动化调试”项目，主要采用现 场试验和综合分析方法，对神东集团锦界煤矿 31105 综采面自动化相关问题进行研究。 技术路线如图 1.1 所示。 现场资料收集 自动化系统参数设定 自动化技术方案研究 综采面自动应用试验研究 自动化系统调试试验 结论 采煤机自动化 液压支架自动化 其他设备自动化 图 1.1 技术路线图 西安科技大学工程硕士学位论文 8 2 综采工作面概况 2.1 31105 工作面地质概况 2.1.1 工作面位置 锦界煤矿 31105 工作面位于 3-1煤一盘区集中辅运大巷北侧，呈南北向布置。其北 邻四盘区已形成的 31401 工作面，东邻已形成的 31106 工作面，西部未开采。 2.1.2 地质概况 1煤层 煤层埋深一般为 70～120m。除井田东南角及青草界沟一带遭受剥蚀外，全区可采 面积 129.19km2。煤层赋存稳定，煤厚 2.58～3.61m，平均煤厚 3.12m。一般无夹矸，仅 J503 孔 1 层夹矸，厚度 0.35m，岩性为粉砂岩。 2顶底板概况 煤层直接顶板由粉砂岩、泥岩、泥质粉砂岩、砂质泥岩组成，平均饱和抗压强度 41.6Mpa，软化系数 0.4，RQD 值平均 76，岩石质量好，岩体较完整，属硬类易软化 岩石。直接顶分类属 II 类中等稳定顶板。 煤层基本顶以中粒砂岩和细粒砂岩为主，次为粗粒砂岩，平均饱和抗压强度为 40.9Mpa，软化系数 0.52，RQD 值 77，岩石质量好，岩体较完整，是井田内稳定性较 好的岩组，属中硬类易软化岩石。基本分级属 I～II 级，基本顶压力显现不明显～明显。 煤层底板由粉砂岩、泥岩、泥质粉砂岩、砂质泥岩、中粒砂岩、细粒砂岩组成，平 均饱和抗压强度为 37.3～41.2Mpa，工作面底板分类属 IV 类，中硬类底板。 3地质构造 井田内地质构造简单，地层平坦，总体趋势为一个倾角小于 1，缓缓向北西倾斜 的单斜构造。无褶皱和岩浆活动，仅发育小型宽缓的波状起伏和三条高角度正断层 F1、 F2 和 F3。 2.1.3 工作面参数 工作面走向长度 5252m，现已推进 1900m，倾斜长 202m，倾角为 1，工作面采高 3.2m，地质储量 432 万吨，回采服务年限 8 个月，此工作面中有两个富水区，其中一个 已过，预计最大涌水量 859m/h，正常涌水量 520m/h。 2 综采工作面概况 9 2.2 工作面开采方式 2.2.1 工作面巷道布置 31105 工作面为左工作面，运输顺槽（5.42.8m）与胶、辅运大巷在同一水平，承 担着运煤、进风和行人任务，转载机、破碎机、移变、泵站、电器列车、顺槽皮带机布 置在运输顺槽，机轨合一。31105 工作面回风顺槽（5.02.8 m）也与胶、辅运大巷在同 一水平，承担着运料、行人、回风任务。工作面巷道布置如图 2-1 所示。 60 联 巷 93105主回撤通道 93105辅回撤通道 5联巷 31105 泄 水 巷 31105 回 风 巷 31105 胶 运 巷 31106 回 风 巷 5联巷 105联巷 101联巷 平面图 矿 长 设 计 制 图 审 核 锦界煤矿综采一队 张三维 安监处 副总工 副矿长 张三维 2009年3月30日编制 卢文忠 吕清旭 马成珠 郭永文 邵水才 惠本利 总 工 A-A剖面 B-B剖面 PF4/PF4/ 11321132 31105综采工作面 设备布置图图 2.1 31105 工作面巷道布置图 2.2.2 工作面采煤方法及工艺技术 工作面采用走向长壁后退式采煤方法，全部垮落法管理顶板。 （一）割煤方式 正常割煤工序为采煤机前滚筒割顶煤，后滚筒割底煤，采煤机为双向割煤，每割 一刀煤，支架溜子推移一个步距为完成一个循环，往返一次割两刀煤。 （二）进刀方式 本工作面采用端头斜切进刀，采煤机割到端头后，将前滚筒降下来，返回进行斜切 进刀，同时液压支架滞后采煤机跟机移架，如附图 a 所示；直到走完弯曲段进入溜子的 直线段，然后向机头方向依次将溜子推直，如附图 b 所示；采煤机升起左滚筒沿溜子的 机尾方向运行割三角煤，如附图 c 所示；割完三角煤采煤机割煤返回，然后进行正常割 煤，完成采煤机的进刀如附图 d。采煤机在机头的进刀方式同溜子机尾进刀方式相同， 采煤机进刀方式示意图如图 2-2。 西安科技大学工程硕士学位论文 10 （三）移架方式 移架为依次顺序移架，一般情况液压支架滞后采煤机后滚筒 3 架的距离依次跟机 移架。 （四）推溜方式 推溜滞后移架，必须保证滞后拉出最后一个支架的距离不少于 18m。推溜行程 900mm。 图 2.2 采煤机进刀方式示意图 当煤机由端头向工作面返空刀至少 18m 时，使用双向邻架和手动推溜时，至少有 两人由端头向工作面逐次推进；使用成组推溜时，先在端头架设好推溜起点，在其操作 范围内操作推溜。推移运输机时，应滞后采煤机后滚筒 12 架，并且推移千斤顶同时逐 次推出，推移后的弯曲段不少于 18m，最大水平弯曲 1～2，垂直弯曲不超过 3。 2.3 工作面设备参数 2.3.1 工作面布置 31105 综采工作面设备布置如图 2.1 所示。 2.3.2 工作面设备参数 各设备的主要性能及其技术特征，如表 2.1 所示。 1采煤机选用 JOY 公司 7LS6C-LWS638 型采煤机，该煤机具有装机功率大，多电 机平行布置，大采高，生产能力大，远距离遥控操作，运行平稳等特点。其技术特征如 表 2.2 所示。 2 综采工作面概况 11 表表 2.12.12.12.1 工作面设备配备明细表工作面设备配备明细表 序号设备名称型号、厂家单位数量备注 1端头液压支架平煤 4.0m台312000KN 2端尾液压支架平煤 4.0m台312000KN 3过渡支架平煤 4.0m台212000KN 4中部液压支架平煤 4.0m台11112000KN 5采煤机7LS-LWS638部12020KW 6刮板输送机驱动部DBT 公司部12700KW 7转载机DBT 公司部1315KW 8破碎机DBT 公司部1315KW 9胶带输送机B1400mm,L5477m部16500KW 10 移 变 列 车 电缆车个8 移动变电站中联 2000/10/3.3台12000KVA 移动变电站中联 3000/10/3.3台13000KVA 移动变电站盐城 2500/10/1.14台12500KVA 移动变电站中联 500/10/0.66台1500KVA 组合开关 3300VKJZ3-1500/3300-9台1常州联力 控制台TKC101-Z台1天津华宁 组合开关 11