煤矿井下自动综采技术的应用研究.pdf

2020 年第 9 期2020 年 9 月 煤炭作为国民经济发展的基础性能源之一，对推 动人类社会进步起到了十分重要的作用。随着市场对 煤炭需求的不断加大以及国家对煤炭综采安全的高度 重视，传统的依靠人工调整的综采技术方案已经无法 满足生产需求，因此，迫切需要一种先进的自动化综 采技术方案，实现对综采作业的智能化控制[1]。本文所 提出的煤矿井下自动综采技术，将自动控制技术、传感 器监测技术、故障诊断技术有机结合，实现了对煤矿井 下采煤机的自动截割、液压支架的自动调节支护、刮板 输送机的联动运行，极大地提升了煤矿井下自动化作业 水平，为实现无人作业奠定了基础，具有重要的意义。 1自动控制工艺流程 根据煤矿井下综采作业工艺流程，结合自动化综采 作业的具体要求，先优化了井下综采作业的工艺流程， 使其能够满足自动综采控制的需求。在实际工作中，首 先控制刮板输送机开始运转，待刮板输送机运行稳定 后打开采煤机上的喷雾降尘装置进行降尘作业，然后 再启动采煤机进行综采。随着采煤机的运行，液压支 架组的不同支架需要自动进行收撤护帮板、移架和支 护作业，以满足在综采作业过程中稳定支护的需求[2]。 为了满足井下采煤机、刮板输送机、液压支架联动 运行的要求，在联动运行中液压支架撤回护帮板、移架 等需要滞后于采煤机后侧滚筒约 14 m 的距离。根据此 信息即可制订采煤机、刮板输送机和液压支架的联动 控制工艺流程，如图 1 所示[3]。 由图 1 可知，假设采煤机向着煤壁尾部的方向进行 割煤作业，此时采煤机中心位于第 28 个液压支架的位 置。为了满足联动运行的控制要求，系统会控制第 36 号液压支架进行撤回护帮板的作业，避免采煤机在运 行过程中与护帮板相互干涉。之后，位于采煤机后侧的 第 17耀21 号液压支架开始进行移架作业，第 15 号液压 支架开始进行伸出护帮板的支护作业，而第 1耀10 号液 压支架则进行支架的推溜作业，但推溜和移架不能同时 进行，以防刮板输送机受力过大而弯曲。 为了提升联合控制时综采面的综采作业效率，并确 保移架质量的稳定性，经过多次配合调试后，最终选取 了不留三角煤的端部斜切进刀方案，液压支架的移架方 式也选择为单架顺序移架作业。 2煤矿井下自动综采控制系统 在煤矿井下自动综采控制方案中，主要是通过“三 机”联合运行控制系统和液压支架工作状态调节控制系 收稿日期2020-03-12 作者简介郑艳栋，1988年生，男，山西代县人，2012年毕业于中 国矿业大学采矿工程专业，硕士，工程师。 煤矿井下自动综采技术的应用研究 郑艳栋 （ 大同煤炭集团有限公司安全监管五人小组管理部，山西 大同 037003 ） 摘要 煤矿井下综采技术是矿井采煤综采作业的核心，它直接关系着综采作业效率和煤矿综采作业的经济性。传统 作业方式主要采用以人工调整为核心的综采作业方案，已经无法满足当代煤矿井下综采作业安全和作业效率的需求。提 出了一种新的煤矿井下自动综采技术方案，通过自动控制技术、传感器监测技术、故障诊断技术等实现了煤矿井下综采 作业设备的联动运行和控制，极大地提升了煤矿井下综采作业效率和安全性，为实现无人化综采作业奠定了基础。 关键词 综采面；自动化；联动运行 中图分类号 TD823.97文献标志码 A文章编号 2095-0802-202009-0150-02 Application Research of Automatic Fully Mechanized Mining Technology in Underground Coal Mine ZHENG Yandong Five-person Group Management Department for Safety Supervision, Datong Coal Mine Group Co., Ltd., Datong 037003, Shanxi, China Abstract The fully mechanized mining technology in underground coal mine is the core of fully mechanized coal mining opera- tion, which is directly related to the efficiency and economy of fully mechanized mining operation. The traditional operation mode mainly adopts the fully mechanized mining operation scheme with manual adjustment as the core, which has been unable to meet the requirements of safety and efficiency of modern coal mine underground fully mechanized mining operation. This paper put forward a new automatic fully mechanized mining technology scheme, through the automatic control technology, sensor monitoring technology, fault diagnosis technology and other technologies to achieve the linkage operation and control of coal mine under- ground fully mechanized mining equipment, which greatly improved the efficiency and safety of coal mine underground fully mechanized mining operation, and laid the foundation for the realization of unmanned fully mechanized mining operation. Key words fully mechanized mining face; automation; linkage operation （总第 180 期） 实践运用 150 2020 年第 9 期2020 年 9 月 （下转 192 页） 1耀50.液压支架。 图 1采煤机液压支架刮板输送机联动控制工艺流程 统进行数据信息交换，通过控制系统来实现对各设备 的控制。下位机系统主要用于收集设置在各综采设备 上的传感器所采集的运行信号，将信息传输到“三机” 联合运行控制中心，通过对监测数据的分析和对比判 断各设备的运行状态以及下一步的运行趋势，根据分 析结果向下位机发出调节控制指令，实现对综采面上 各类设备运行情况的精确控制。该自动综采控制系统 的整体结构如图 2 所示[4]。 由图 2 可知，在该系统控制的过程中，液压支架首 先利用设置在机架上的红外线传感器确定与采煤机之间 的位置关系，并将位置结果信息传输到联合控制中心 内。采煤机通过设置在机身上的进给速度传感器和位移 传感器对采煤机的运行方向和速度进行分析，并传输到 联合控制中心。刮板输送机通过设置在驱动电机上的电 流传感器将刮板输送机驱动电机的运行状态信号传输到 联合控制中心。联合控制中心通过对综采机械设备位置 信息、运行状态信息的综合判断，确定自动调整控制信 号，并将其传输到相应的设备内，控制设备的运行，最 终实现对整个综采面上各运行设备的联合控制[5]。 3通信系统硬件配置 煤矿井下巷道内空间狭小，高尘高湿而且电磁环境 复杂，因此，对通信系统提出了更高的要求，需要通信 系统能够高速、精确地传递各监测传感器的监测数据， 同时需要保证控制数据信息的传输安全。本文所提出 的煤矿综采自动控制数据通讯结构如图 3 所示[5]。 TCP/IP OPC Server.网络层和应用层的网络服务协议；RS422.平衡电 压数字接口电路的电气特性。 图 3煤矿综采自动控制数据通讯结构示意图 由图 3 可知，该通信系统采用了成熟的现场数据 采集、传输交互通信系统，联合控制中心与各传感器 设备之间采用工业现场总线技术完成终端之间的视频 和数据监测传输工作；井下控制中心和地面控制中心 通过工业以太网进行连接，确保数据传输的效率和安 全；各个通讯接口之间采用了 RS422 数据通讯协议， 实现了数据的点对点通讯。 4结语 针对现有煤矿综采作业采用人工调节控制方案所 存在的不足综采效率低下、安全性差，提出了一 种新的煤矿井下自动综采技术，将自动控制技术、传 感器监测技术、故障诊断技术有机结合，实现了对煤 矿井下采煤机的自动截割、液压支架的自动调节支护、 煤壁 采煤机 端尾 采煤机牵引方向 端头 刮板输送机 推溜范围10推溜距离18 移架范围5移架距离7收护帮板距离8 伸护帮板距离13 采煤机当前位置 5 0 4 9 4 8 4 7 4 6 4 5 4 4 4 3 4 2 4 1 4 0 3 9 3 8 3 7 3 6 3 5 3 4 3 3 3 2 3 1 3 0 2 9 2 7 2 6 2 5 2 4 2 3 2 2 1 6 1 5 1 4 1 3 1 2 1 1 图 2煤矿井下自动综采控制系统示意图 工况监测中心 （PC） “三机” 联动 控制器 支架控 制器1 支架控 制器2 支架控 制器n 刮板输送机 控制系统 采煤机控 制系统 支架立柱支架千斤顶 红 外 传 感 器 压 力 传 感 器 电磁阀 驱动器 电磁 阀组 位 移 传 感 器 电 流 传 感 器 速 度 传 感 器 牵 引 变 频 器 牵 引 方 向 传 感 器 支架控制器1 支架控制器1 支架控制器1 支架控制器1 采煤机 RS422 刮板输送机 现场总线 监控中心 TCP/IP 工作面 推井方向 工 作 面 TCP/IP 地面 井下 TCP/IP OPC Server 地面调度管理中心 打印机 远程Web浏览用户 郑艳栋 煤矿井下自动综采技术的应用研究 151 2020 年第 9 期2020 年 9 月 节能知识 （上接 151 页） 接运输到采区煤仓，通过煤仓调度，避免 11102 材料巷 由于煤矸石运送不畅影响巷道掘进效率。 3.4优化掘进巷道辅助运输 针对 11102 材料巷辅助运输距离远、耗费时间长和 绞车运输效率低的问题，采用无极绳绞车替代原有的 绞车，并施工辅助环形车场，确保材料巷辅助运输工 作连续进行。同时，采用单轨吊运输替代以往的轨道 运输，不仅降低了作业人员的劳动强度，而且优化了 辅助运输环节，有助于提升巷道掘进效率。 3.5优化掘机施工工艺 将巷道掘进迎头临时支护方式由吊环式前探梁改 为机载式前探梁，并增设 2 部打眼钻机，实现 4 部钻 机同时钻进，减少循环支护耗时，提升工作效率。另 外，在掘进迎头布置专门的移动水仓、材料架，确保 采面迎头积水可以及时被排出，掘进材料与迎头距离 适当。 4现场应用效果 通过对 11102 材料巷掘进制约因素的分析，将应对 措施应用到现场实际，克服掘进巷道地质条件复杂、 顶板淋水、辅助运输系统效率低、作业人员积极性不 高等问题，巷道单月掘进进尺超过 300 m。实施巷道快 速掘进措施之前，巷道月掘进进尺为 220 m，作业人员 平均工效为 0.18 m/d 工；实施巷道快速掘进措施后， 巷道月掘进进尺平均保持在 285 m，掘进进尺提升 65 m，作业人员平均工效提升至 0.26 m/d 工。 5结语 经过现场调研发现，制约 11102 材料巷掘进效率的 因素主要有地质条件、围岩支护参数及掘进工序、运 输系统、掘进辅助运输效率和现场管理。 针对制约因素分析结果，提出强化超前地质预测、 优化巷道支护参数及施工工艺、对运输及辅助运输系 统进行升级改造等应对措施，以降低现场作业人员的 劳动强度，提升掘进效率。 掘进效率提升措施实施后，11102 材料巷掘进进尺 由平均 220 m/月提升至 285 m/月，显著提升了巷道掘 进效率，为回采工作面早日布置投产赢取了时间。 参考文献 ［1］ 石宝军.分析煤巷大断面支护及综掘机拐弯技术 ［J］ .中国石 油和化工标准与质量， 2019， 3921 253-254. ［2］ 高士超.煤矿斜井综掘机快速掘进施工技术管理研究 ［J］ .当 代化工研究， 201912 52-53. ［3］ 桑远方.浅谈综掘工作面掘进施工技术 ［J］ .河北企业， 201910 159-160. ［4］ 马长乐， 袁龙飞， 张羽， 等.大断面煤巷快速掘进施工工艺 ［J］ . 煤矿安全， 2013， 445 98-100. ［5］ 赵学社.煤矿高效掘进技术现状与发展趋势 ［J］ .煤炭科学技 术， 20074 1-10. ［6］ 赵仁宝， 王明辉， 陶广哲.郭屯煤矿综掘巷道快速掘进影响因 素与防控措施 ［J］ .煤炭与化工， 2019， 427 29-31. ［7］ 那凯.大断面煤巷快速掘进支护分析 ［J］ .能源与节能， 20192 103-104. （ 责任编辑白洁 ） 刮板输送机的联动运行。 分析表明a 井下自动综采作业流程为，刮板输 送机开始运转，待刮板输送机运行稳定后，打开采煤 机上的喷雾降尘装置进行降尘作业，然后再启动采煤 机进行综采。随着采煤机的运行，液压支架组的不同 支架需要自动进行收撤护帮板、移架和支护作业，以 满足综采作业过程中稳定支护的需求。b 为了满足井 下高可靠性的通讯需求，通信系统采用了成熟的现场 数据采集、传输交互通信系统，联合控制中心与各传 感器设备之间采用工业现场总线技术完成终端之间的 视频和数据监测传输工作，井下控制中心和地面控制 中心通过工业以太网进行连接，确保数据传输的效率 和安全。 参考文献 ［1］ 赵永德， 宋鹏， 陈爽， 等.综采工作面自动化技术 ［J］ .煤炭技 术， 20101 82-84. ［2］ 唐建新， 邓月华， 涂兴东， 等.锚网索联合支护沿空留巷顶板离 层分析 ［J］ .煤炭学报， 2010， 3511 1827-1831. ［3］ 华心祝， 马俊枫， 许庭教.锚杆支护巷道巷旁锚索加强支护沿 空留巷围岩控制机理研究及应用 ［J］ .岩石力学与工程学报， 2005， 2412 2107-2112. ［4］ 邓月华， 唐建新， 朱祥可， 等.缓倾斜中厚煤层混凝土沿空留巷 工业试验 ［J］ .西南交通大学学报， 2011， 463 523-528. ［5］ 康红普， 王金华， 林健.煤矿巷道支护技术的研究与应用 ［J］ . 煤炭学报， 2010， 3511 1809-1814. （ 责任编辑白洁 ） 城镇生活垃圾分类后去哪了 当前国内进行城镇生活垃圾分类后， 50以上的干 垃圾进入垃圾焚烧发电厂； 80的湿垃圾进入到餐厨垃 圾处理厂或堆肥厂 （其中处理后的残渣回到垃圾焚烧发 电厂） ； 90的可回收垃圾回收， 10回到垃圾焚烧发电 厂； 70的危险废物垃圾送到危险废物处理厂处理。 现有的生活垃圾焚烧处理， 由于餐厨等湿垃圾含量 较高， 产生的垃圾渗滤液含量约占 20。 随着湿垃圾单独 分类处理， 将大大减少垃圾渗滤液的处理量， 降低生产运 营成本。结合国内地区相关资料， 实行城镇垃圾分类后， 当地垃圾渗滤液大量减少， 也就是垃圾的处理效率提升， 其整体提高比在 20耀40之间； 同时， 城市建设资源的整 合期间， 现有 50耀80处于持续性回收与处理状态之下。 192