澳大利亚莫拉本煤矿长壁智能化工作面现状及思考.pdf
★世界煤炭★ 移动扫码阅读 引用格式王一然,王兵,陈龙高澳大利亚莫拉本煤矿长壁智能化工作面现状及思考 [J]中国煤炭,2 0 2 0,4 6 5 1 1 3-1 1 8 W a n gY i r a n,W a n gB i n g,C h e nL o n g g a o T h ec u r r e n ts t a t ea n dr e f l e c t i o no ni n t e l l i g e n tl o n g w a l lf a c eo f M o o l a r b e nC o a lM i n e i nA u s t r a l i a[J]C h i n aC o a l,2 0 2 0,4 65 1 1 3-1 1 8 澳大利亚莫拉本煤矿长壁智能化工作面现状及思考 王一然1 王 兵2 陈龙高2 1 应急管理部信息研究院,北京市朝阳区,1 0 0 0 2 9; 2 兖煤澳大利亚有限公司,澳大利亚新南威尔士州悉尼市,2 0 0 0 摘 要 以莫拉本井工煤矿长壁智能化工作面为例,详细介绍了澳大利亚安全高效矿井 长壁自动化技术发展现状.其作为先进的煤炭生产国,澳大利亚长壁自动化工作面采用 “ 全 自动化为主,人工干预为辅”的开采模式,并将继续提高煤炭开采的自动化水平和效率.通 过研究不同采煤工艺的自动化循环,制定相应的采煤机状态表,配合调整液压支架电液控程 序,能够实现采煤工艺的全自动化.设备及系统的可靠性是实现采煤工艺全自动化的基础, 莫拉本井工矿采用成套的开采设备,将预防性检修工作纳入设备生命周期计划内,根据设备 生产能力,通过自动化程序设置各类限制条件避免设备超负荷运转. 关键词 长壁工作面 煤矿智能化 全自动化 兖煤澳洲 中图分类号 T D 8 2 文献标识码 A T h ec u r r e n t s t a t ea n dr e f l e c t i o no ni n t e l l i g e n t l o n g w a l l f a c e o fM o o l a r b e nC o a lM i n e i nA u s t r a l i a W a n g Y i r a n 1,W a n gB i n g2, C h e nL o n g g a o 2 1 I n f o r m a t i o nI n s t i t u t e,M i n i s t r yo fEm e r g e n c yM n a g e m e n to f t h eP R C,C h a o y a n g,B e i j i n g1 0 0 0 2 9,C h i -n a; 2 Y a n c o a lA u s t r a l i aC o ,L t d ,S y d n e y,N SW2 0 0 0,A u s t r a l i a A b s t r a c t T a k i n g M o o l a r b e nu n d e r g r o u n di n t e l l i g e n t l o n g w a l l f a c ea sa ne x a m p l e,t h ea u t h o r si n t r o d u c e dt h ed e v e l o p m e n t s t a t u so f t h ea u t o m a t e dl o n g w a l l f a c eo f s a f ea n de f f i c i e n t c o a lm i n e i nA u s t r a l i a A sa na d v a n c e dc o u n t r yo nc o a l p r o d u c t i o n,t h e i n t e l l i g e n t l o n g w a l l f a c e s i nA u s t r a l i aw e r em a i n l y r e l i e do n f u l l ya u t o m a t e dp r o c e s s s u p p l e m e n t e dw i t hm a n u a l i n t e r v e n t i o n,w h i l e a u t o m a t i o n l e v e l a n dp r o d u c t i o ne f f i c i e n c yw o u l db ec o n t i n u a l l y i m p r o v e d F u l l ya u t o m a t e dc o a lm i n i n gp r o c e s sc o u l db er e a l i z e d b ys t u d y i n gt h ea u t o m a t e dc y c l e so f d i f f e r e n tm i n i n gs e g m e n t s s u c ha sm a k i n gt h e s h e a r e r ' s s t a t u e t a b l e sa n dc o o p e r a t i n gw i t ht h e s h i e l d s t h r o u g he l e c t r o G h y d r a u l i cc o n t r o lp r o g r a m T h er e l i a b i l i t yo fe q u i p m e n t sa n ds y s t e m w a sc r i t i c a l t oa u t o m a t et h ew h o l e p r o c e s s C o m p l e t es e to f a d v a n c e dm i n i n ge q u i p m e n t sw e r eu s e d i nM o o l a r b e nu n d e r g r o u n dm i n e,p r e v e n t i v em a i n t e n a n c ew o r k s w a s i n c l u d e d i nt h e l i f e c y c l ep l a no f t h e e q u i p m e n t s V a r i o u s r e s t r i c t i o n sw e r e s e t t h r o u g ht h e a u t o m a t i o np r o c e d u r ea c c o r d i n g t o t h ep r o d u c t i o nc a p a c i t i e so f t h ee q u i p m e n t s t oa v o i do v e r l o a do p e r a t i o n K e yw o r d s l o n g w a l l f a c e,i n t e l l i g e n t c o a lm i n e,f u l l a u t o m a t i o n,Y a n c o a lA u s t r a l i a 自2 0 0 7年电液控制系统实现国产化以来,我 国在煤矿智能化综采技术研发与应用上取得了长足 进步,国家科技强安专项行动将煤矿智能化开采技 术列为重点研究方向[ 1].智能化开采是煤炭综采技 术发展的新阶段,国家 “ 十三五”规划在能源关键 技术装备中明确提出要加快推进煤炭无人开采技术 的研发应用[ 2].因此,自动化、智能化和无人化是 未来煤炭开采的方向和趋势,也是实现矿井安全高 311 澳大利亚莫拉本煤矿长壁智能化工作面现状及思考 效生产的有效途径.莫拉本井工矿是澳大利亚自动 化程度最高、自动化常态运行最好的矿井.因此, 研究莫拉本井工矿长壁自动化技术及生产运营情 况,对我国煤矿智能化建设有一定的参考价值. 1 莫拉本煤矿简介 莫拉本煤矿综合体位于澳大利亚新南威尔士州 马吉镇北部约4 0k m处,主要由露天矿、井工矿 和选煤厂组成.露天矿目前开采2个矿坑,获批的 原煤生产能力为1 6 0 0万t/a,配套选煤厂洗选能力 为1 3 5 0万t/a.井工矿于2 0 1 6年4月开工建设, 2 0 1 7年1 0月底第1个长壁工作面开始回采,获批 的原煤生产能力为8 0 0万t/a.2 0 1 9年莫拉本综合 体原煤产量2 0 5 0万t,其中露天矿原煤产量1 4 1 0 万t,井工矿原煤产量6 4 0万t. 莫拉本井工矿主采尤兰煤层,煤层埋深5 0 2 5 0m,煤层厚度约为1 3m,平均倾角2 ,煤层结 构简单.基于目前的开采技术,为满足环保要求并 获取优质低灰动力煤,井工矿长壁工作面仅开采尤 兰煤层中煤质最优的两个分层,采高3 23 4m, 工作面宽3 0 0m,采出的原煤可不经过洗选,直接 作为商品煤外运. 2 长壁自动化工作面设备 莫拉本井工矿选用了卡特彼勒成套设备,设计 采煤能力为3 5 0 0t/h,包括采煤机、液压支架、刮 板输送机、转载机、带式输送机及配套电液控系 统,运输巷道装备了单轨吊系统. 2 1 采煤机 采用卡特彼勒E L 3 0 0 0型采煤机,采煤机长度 为1 7 6m,滚筒直径为2 2m,滚筒截深1m.工 作电压3 3 0 0V,装机功率为1 8 7 5kW. 2 2 液压支架 采用卡特彼勒两柱式2 1 0 0/3 8 0 0-1 3 2 9 T型液 压支架,支撑范围2 83 5m.支架宽度为2m, 支架初撑力为1 0 1 0t,工作阻力为1 2 9 4t.液压支 架共1 4 8组,中间架1 4 0组,机头、机尾各4组. 2 3 刮板输送机 采用卡特彼勒P F 6/1 2 4 2型中双链刮板输送 机,速度为1 6m/s,运输能力为3 5 0 0t/h.机尾 安装链条涨紧装置,行程为1m.刮板输送机双电 机可以根据煤流情况自动调节功率. 2 4 转载机 采用卡特彼勒F 6-1 5 4 2型转载机,主要由过 渡槽、中间槽、破碎机、除尘机及电机等组成,总 长度为3 2m.链条为4 2mm1 4 0mm,链条直径 4 2mm.运行速度为2 2 6m/s,转载机电机功率 5 0 0kW,运输能力为4 0 0 0t/h. 2 5 带式输送机 带式输送机架宽2m,纵梁长3m,宽1 6m, 长壁工作面带式输送机电机功率为25 4 0kW. 2 6 单轨吊系统 工作面运输巷装备了单轨吊系统,主要由驱动 单元、过滤装置、折叠区、泵站及转载机附属操作 装置等组成,其中折叠区最短可压缩至1 1 8m,最 长可拉伸至4 2 4 m.长壁工作面的清水泵、乳化 泵、组合 开 关 及 电 缆、高 压 胶 管 均 安 装 在 单 轨 吊上. 2 7 供液设备 泵站区由2台清水泵、5台乳化泵和2个乳化 泵箱组成.清水泵供应采煤机、支架、转载点降尘 喷雾及各电机冷却水.4台乳化泵供应液压支架柱 腿、提架、推溜及护帮等千斤顶.若液压支架柱腿 压力达不到初撑力,另1台乳化泵通过专用管路自 动补压.乳化液由地面乳化液配比站自动配比完 成,通过地面垂直钻孔和管路送至长壁工作面单轨 吊乳化液泵箱.各乳化泵、清水泵的工作电流、电 压等运行情况都可以实时监测并显示. 3 长壁自动化工作面运行 莫拉本井工矿选用的卡特彼勒成套设备,应用 了拉斯卡 L A S C自动化工作面技术[ 3],拉斯卡 技术目前已成功应用于澳大利亚2 0座井工煤矿, 占澳大利亚全部井工煤矿的2/3.拉斯卡技术之所 以能得到广泛应用,是因为它解决了采煤行业长期 以来的3个主要问题[ 4]采煤机的三维定位问题; 工作面设备自动拉直问题;采高自动控制问题.这 些功能的实现提高了采煤工作面的自动化水平,减 少了井下作业人数,减少了操作工在危险工作环境 中的暴露时间,保证了安全高效生产. 3 1 采煤机三维定位 采煤机内部装有惯性测量单元、位置编码器及 各种角度传感器.采煤机在刮板输送机上行走过程 中,可以通过惯性测量单元、位置编码器及各类角 度传感器等每隔0 1m i n记录一次采煤机的三维信 411 中国煤炭第4 6卷第5期2 0 2 0年5月 息,然后将这些信息传输给主机,通过专业软件对 其进行可视化处理. 3 2 工作面设备拉直 利用位置编码器和惯性测量单元获取数据,并 经后台软件处理,可以生成刮板输送机的外围轮廓 线.当工作面刮板输送机轮廓线不成一条直线时, 可以适当调整主巷端头、尾巷端头进尺,生成一条 目标线,系统根据每个支架与目标线的位置调整移 架距离 推移千斤顶内装有行程传感器实现拉直 效果.工作面设备拉直原理如图1所示,采煤机正 常截深为1m,设计主巷端头进尺0 6m,尾巷端 头进尺0 7m,工作面支架根据与刮板输送机目标 线的距离移架、推溜,最终实现设备自动拉直. 图1 工作面设备拉直原理示意图 3 3 采高控制 为确保煤质和回收率,自动化程序需要设定好 采煤机左、右滚筒的截割模式,采煤机滚筒的截割 模式主要有人工模式、闲置模式、现时开采模式、 前序开采模式、随溜槽角度开采模式、复写模式及 复写记录模式等. 1人工模式.即采煤机司机人工操作控制采 煤机滚筒高度进行割煤. 2闲置模式.通常应用于采煤机返机清煤的 情况下.一般采煤机闲置模式时滚筒高度定位至距 离底板1 0 0 mm处. 3现时开采模式.在本刀割煤循环中,当后 滚筒行至前滚筒位置时,参考该点前滚筒高度定位 后滚筒高度以达到设定采高. 4前序开采模式.当采煤机转换方向后,参 考转向前同一位置前滚筒的高度来定位本刀后滚筒 高度以达到设定高度. 5随溜槽角度开采模式.主要指采煤机后滚 筒割底板时,为保持溜槽的飘刹刀角度不变,设置 后滚筒高度,使之正好割至溜槽底部.因此,液压 支架移架、推溜后,溜槽仍能保持原角度不变.一 般在工作面端头及端头机窝区段应用. 6复写模式.在人工干预过程中,由于煤层 赋存的不稳定性,当煤层厚度发生变化时,采煤机 司机需要人工调整前滚筒截割高度以适应煤层变化. 当割下一刀煤时,前滚筒就可以根据调整后的高度 进行截割.复写模式不会影响后滚筒的记忆割煤. 7复写记录模式.同样是一种人工干预截割 模式,与复写模式不同的是复写记录模式会影响后 滚筒的记忆割煤,即后滚筒的高度随前滚筒干预后 的高度变化而变化 同升同降 . 在开采循环中根据采煤机行走路线设置好不同 区段的前、后滚筒的自动化截割模式 模式1 5 ,之后采煤机根据设定好的模式进行记忆割煤. 当煤层厚度发生变化时,采煤机司机可以使用复写 模式和复写记录模式进行人工干预.这样就形成了 “ 全自动化开采为主,人工干预为辅”的开采模式. 为避免人工调整前滚筒高度造成后滚筒较大的 飘刹刀情况,莫拉本井工矿的自动化程序使用了 b u m p l e s s辅助软件.即在复写记录模式下,若前 滚筒 抬 高2 0 0 mm, 后 滚 筒 不 会 一 刀 就 抬 高 2 0 0mm,而是以6 5mm/刀 可自行设定的数值 的变化量逐刀提高后滚筒高度,如图2所示,这样 可以保证自动化割煤时工作面底板比较平滑. 图2 b u m p l e s s辅助软件示意图 实践证明,自动化截割配合b u m p l e s s辅助软 件控制采高比人工截割效果更好,b u m p l e s s辅助 自动化割煤与人工截割效果对比如图3所示. 3 4 刮板输送机上窜下滑控制 莫拉本长壁工作面刮板输送机与转载机采取固 定搭接形式,转载机机身安装测量尺,测量尺安装 在距离巷中偏右1 9 0mm处,当刮板输送机发生上 窜下滑时,可以从测量尺上读取数据,采取多割机 头 尾的 方 式 调 整 控 制,也 可 通 过 软 件 辅 助 调整. 511 澳大利亚莫拉本煤矿长壁智能化工作面现状及思考 3 5 长壁自动化报表 拉斯卡自动化工作面的操作软件支持自定义生 成各类生产报表,莫拉本井工矿自动化系统会在当 班结束时向管理人员自动发送生产报告,报告显示 当班进尺、操作时间、采煤循环、采煤机三维状态 信息等,如图4所示. 图3 b u m p l e s s软件辅助与人工截割效果对比 图4 班组生产报告 3 6 设备过载保护设置 莫拉本双向自动化割煤循环程序设置了很多限 制条件,避免设备超负荷运转,确保设备可靠性. 例如,刮板输送机的运输能力为3 5 0 0t/h,因此采 煤机的牵引速度不能超过1 3 5m/m i n;采煤机截 割电机的截割功率不能超过额定功率的9 5%,超 过了就要自动降低采煤机牵引速度或停机. 4 长壁工作面管理及生产组织安排 4 1 生产组织架构 莫拉本井工矿由1名运营经理负责整个井工矿 的安全、生产及运营.技术经理、机电经理、生产 经理、安全经理及财务负责人均向其汇报.机电经 理直接管理长壁工作面团队.长壁工作面团队主管 整体负责长壁工作面设备的生产与检修等工作,计 划员负责各类设备采购、制定检维修工作计划等工 作,机械工程师、电气工程师分别负责长壁工作面 机械和电气检维修工作.长壁工作面管理及组织结 构如图5所示. 图5 长壁工作面组织架构 611 中国煤炭第4 6卷第5期2 0 2 0年5月 4 2 长壁工作面生产组织、人员配置情况 长壁工作面每天安排2个班 白班和夜班 , 每班工作1 2h.每周4个班组循环,见表1.每周 1 2个生产班,2个检修班,生产、检修安排见表 2.正常生产班组共6人,用工配置见表3. 表1 井工矿长壁工作面生产班组安排 班组 星期一 白夜 星期二 白夜 星期三 白夜 星期四 白夜 星期五 白夜 星期六 白夜 星期日 白夜 A√√√√ B√√√√ D√√√ E√√√ 注√-生产,-休息 表2 井工矿长壁工作面生产检修安排 班组星期一星期二星期三星期四星期五星期六星期日 白生产生产检修生产生产检修生产 夜生产生产生产生产生产生产生产 表3 井工矿长壁工作面生产班组人员配置 工种班长采煤机司机液压支架工主巷操作工机械工电工其他 数量 1111110-2 备注零星工程施工 4 3 长壁工作面生产效率 井工矿长壁工作面于2 0 1 7年1 0月开始回采, 截至2 0 1 9年1 2月,产 量 情 况 及 劳 动 生 产 效 率 见表4. 表4 井工矿产量情况 年度 用工 总计 产量 /万t 生产效率 / 万t人-1年-1 2 0 1 7年1 7 29 50 8 5 2 0 1 8年2 3 85 0 82 3 2 0 1 9年2 5 36 4 02 5 2 0 2 0年 预测2 5 37 1 02 8 注2 0 2 0年预计1次工作面搬家 5 启发与思考 1“ 全自动化为主,人工干预为辅”是逐渐 成熟的智能化开采模式.澳大利亚井工煤矿长壁自 动化工作面预计未来5年仍将继续采用 “ 全自动化 为主,人工干预为辅”的安全高效开采模式,并将 致力于提高设备及系统可靠性、截割效率和割煤循 环的自动化率. “ 全自动化为主,人工干预为辅” 实现了减人提效,减少了操作工在危险、粉尘及潮 湿的工作环境中的暴露时间. 2成套开采设备的匹配性、可靠性及兼容性 更具优势.国内煤矿综采工作面的智能化装备如采 煤机、液压支架、刮板运输机等经常来自不同厂 家,与此相比,由于莫拉本井工矿采用卡特彼勒成 套设备,其设备匹配性、可靠性及兼容性更具优 势,尤其在标准、接口、协议以及各类自动化监测 软件方面,成套设备更易于整合各软件系统实现全 自动化,更易于在正常生产中收集各类信息,方便 故障诊断,不断优化提升. 3各采煤工艺的自动化循环和采煤机状态表 是全自动化程序的基础.要实现采煤循环的全自动 化,需要研究采煤工艺和各工艺环节内部的循环. 不同的采煤工艺包含不同的开采步骤,不同的开采 步骤包含不同的开采区段.利用位置编码器能够准 确定位采煤机的位置信息,进而设定不同区段的采 711 澳大利亚莫拉本煤矿长壁智能化工作面现状及思考 煤机方向、牵引速度、滚筒截割模式等,优化这些 参数才能更好地制定采煤机状态表,然后通过电液 控系统与液压支架交互,实现液压支架跟机移架、 推溜、收护帮等自动化动作,才能实现整个采煤循 环的全自动化. 参考文献 [ 1] 王国法,范京道,徐亚军等煤炭智能化开采关键 技术创新进展与展望 [ J]工矿自动化,2 0 1 8,4 4 2 5-1 2 [ 2] 王国法,张德生煤炭智能化综采技术创新实践与 发展展望 [ J]中国矿业大学学报,2 0 1 8,4 73 4 5 9-4 6 7 [ 3] J o n a t h o nC R a l s t o n,C h a dO H a r g r a v e,M a r kT D u n L o n g w a l la u t o m a t i o nt r e n d,c h a l l e n g e sa n d o p p o r t u n i t i e s[J]I n t e r n a t i o n a lJ o u r n a lo fM i n i n g S c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,2 0 1 72 7 ,7 3 3-7 3 9 [ 4] J i n h u aW a n g,Z e n g h u aH u a n g T h eR e c e n tT e c h n o G l o g i c a lD e v e l o p m e n to fI n t e l l i g e n t M i n i n gi n C h i n a [ J]E n g i n e e r i n g,2 0 1 73 ,4 3 9-4 4 4 作者简介王一然 1 9 8 6-, 男, 山西高平 人, 硕 士, 应急管理部信息研究院煤矿机器人协同推进中心工程 师, 从事煤矿机器人发展战略、 规划和标准研究.E G m a i l w a n g y r @c o a l i n f o n e t c n. 责任编辑 张 梦 全国首支煤炭行业优质主体企业债券获准发行 4月2 4日,兖矿集团有限公司首期优质主体 企业债券进行簿记.该债券是首支获得国家发改委 批复的煤炭开采和选洗业优质主体企业债券,总核 准规模1 0 0亿元. 据了解,本期债券实际发行额为1 5亿元,期 限为1 0年,在存续期的第5个年度末附设发行人 调整票面利率选择权及投资者回售选择权.债券票 面利率为3 4 8%,创同行业企业债券历史最低. 兖矿集团是省属大型煤炭企业,位居世界5 0 0强 第3 1 8位,具有资产及资本规模优势、煤炭资源储量 及产量优势、品牌优势、技术优势等,营业收入主要 来源于煤炭采选、煤化工、现代物流贸易及工程技术 服务等,收入来源稳定,近年来营业收入和利润总额 增长较快.此次融资亦有利于进一步提升企业资金运 营效率,助力兖矿集团有限公司打造全球一流矿业集 团和绿色能源服务商.据悉,兖矿集团有限公司融资 的债务偿还主要来源于公司日常经营收入,集团直接 及间接融资渠道通畅,资金保障充足. 近年来,国家发改委陆续出台了系列政策文 件,提高直接融资比重,优化债券融资服务,推动 经济实现高质量发展,支持信用优良、经营稳健、 对产业结构转型升级或区域经济发展具有引领作用 的优质企业发行企业债券.优质企业债券通过明确 债券资金使用领域 即正面清单以及严禁资金投 向 即负面清单 ,在给予资金使用灵活度的同时, 有效引导资金流向,确保债券资金的募集投向符合 产业政策的实体经济.同时,精简了优质发行人发 行企业债券的申报流程,提升了企业债市场整体的 监督管理效率水平,进一步打通 “ 投融资”环节, 避免出现 “ 项目等钱”和 “ 钱等项目”的情形. 兖矿集团申报的优质主体企业债券于2 0 1 9年 获国家发改委核准发行,总核准规模1 0 0亿元,是 全国首支获批的煤炭开采和选洗行业优质主体企业 债券,有效期2年,分期发行.作为兖矿集团被纳 入优质发行主体后在公开市场发行的首期企业债 券,本期债券在发行期间,兖矿集团密切跟踪并研 判市场形势,寻找合适发行时机,制定发行策略, 在各方高效配合与大力支持下,实现圆满发行. 811 中国煤炭第4 6卷第5期2 0 2 0年5月