對于國內煤礦推行綜采自動化的技術探究

翟文

(神華寧夏煤業集團 梅花井煤礦,寧夏靈武 751400)

對于國內煤礦推行綜采自動化的技術探究

翟文

(神華寧夏煤業集團 梅花井煤礦,寧夏靈武 751400)

煤礦綜采自動化水平的高低成為體現煤礦現代化管理水平和煤機裝備是否先進的重要指標,對確保綜采工作面各設備協調、連續、高效、安全運行,實現煤炭高效、安全開采至關重要。本文分析了我國綜采自動化的發展現狀,結合神華寧夏煤業集團梅花井煤礦自動化項目運行情況,深入探討了煤礦在推行綜采自動化過程中存在的瓶頸約束,并詳細闡述了這些問題產生的原因,提出了相應的解決措施。

綜采工作面 自動化 安全 高效

綜采工作面是礦井生產的核心，對綜采工作面推行自動化控制是增強煤礦企業核心競爭力的有效手段。近年來，隨著自動化技術的發展以及國家對資源的重視，煤炭企業為了打造“集約化、智能化、人性化、本質安全、綠色和諧”礦區，實現煤炭安全、高效開采，提高資源采出率和安全保障能力，對綜采自動化的需求越來越迫切。許多煤礦企業開始積極探索研究綜采工作面自動化開采。然而，實踐證明，在綜采自動化實際應用中仍然存在著一些不足和需要改進的地方，主要表現在：現有的綜采自動化控制技術不成熟，核心元部件的可靠性不足；采煤機隨機攝像系統不能滿足實際需要；采煤作業的實時監控與遠程干預能力不足等，這一系列問題嚴重制約了自動化程度的進一步提高和綜采自動化技術的推廣。因此，本文將結合神華寧夏煤業集團梅花井煤礦自動化的應用實際，試圖探討綜采自動化推進過程中的瓶頸約束問題，旨在提高這一關鍵技術的應用效果。

1 我國綜采自動化技術的發展現狀

在煤礦領域，我國綜采自動化技術的歷史落后于德國、澳大利亞等西方國家。二十世紀初，綜采自動化應用前期，刨煤機綜采機組在中國推廣較熱，我國煤礦在用的刨煤機綜采機組全部采用進口刨煤機配套其液壓支架和運輸系統。但受其對煤礦開采條件局限性的限制，刨煤機沒有得到普遍推廣。二十世紀60年代以后，滾筒采煤機的研究越來越深入，滾筒采煤機由于具有截割效率高、破煤巖能力強、適應性好等優點，適應于我國薄煤層賦存多樣性的特點，被推廣應用，因此，在我國發展較快。經過多年的發展，我國在滾筒采煤機的研制與開發方面積累了大量經驗，其應用范圍已由薄煤層拓展到中厚煤層甚至厚煤層，其功率也呈現增大的趨勢。特別是近十來以來，國內在綜采自動化方面做了積極的探索和大量的實踐工作，突破了一批綜采自動化關鍵技術，形成了一批具有我國自主知識產權的產品和專利，尤其在單機設備自動化上取得了很大進展[1-3]。伴隨著我國綜采自動化技術的革新，我國的綜采自動化技術走過了一條由引進國外設備、消化、吸收到結合煤炭企業自身實際，整體規劃、分階段選擇適當目標、持續改進、循序漸進、逐步發展的自主創新道路，極大的提高了煤炭開采技術和裝備技術水平。雖然我國的煤炭開采技術和裝備水平邁上了一個新臺階，但仍需看到我國綜采自動化技術的應用和推廣畢竟只是局部現象，還沒有大范圍推廣使用，其整體技術水平的提升依舊還有很長的路要走。

2 煤礦企業推行綜采自動化的瓶頸約束

目前，致使綜采自動化系統不能作為普遍適用性來大范圍推廣的因素是多方面的。為了今后更有成效的推行綜采自動化，筆者結合神華寧夏煤業集團梅花井煤礦1102206綜采工作面自動化項目的實施經驗，對推行綜采自動化的瓶頸約束進行總結與反思。

眾所周知，綜采自動化技術集檢測、通訊、控制、視頻、以太網和液壓等多種技術的綜合應用(如圖1所示)，既需要完成設備自身的感知與控制，又要完成設備之間的互聯互鎖，統一綜合決策與控制[4-5]。這是一項復雜的系統工程，目前在實現煤礦井下綜采設備自動化控制技術過程中主要存在以下瓶頸約束：

2.1 傳感器性能和功能的可用性不足

綜采工作面設備姿態感知控制主要是通過安裝在裝備上的傾角傳感器、行程傳感器、接近傳感器、水平位移傳感器、光纖陀螺儀等儀器，實時感知液壓支架的三維姿態、高度測量、采煤機和刮板輸送機的傾斜、俯仰二維姿態等，為自動化控制系統的決策提供依據。實踐證明，現場所使用控制器在進行相應動作時，一般不參考各類傳感器檢測值和數據分析，只依據動作時間進行控制。因此，傳感器在整個自動化系統中的功效不大，往往成了“聾子的耳朵就是個擺設”，傳感器沒有達到自動化預期的可用性目標。

2.2 主要產品的核心技術沒有完全掌握,產品可靠性較低[6]

目前，綜采自動化主要產品的核心元部件一般選用國內公司產品，如傳感器、變頻器、輸送機用軟啟動裝備等。特別是，受開發能力限制，主要產品的核心元部件可靠性差、性能不穩定，配套軟件缺陷多、采煤工藝與采場實際情況不符。因此，國內企業開發的產品無論是在性能上還是在質量上都與國外產品相差較大。如液壓支架行程傳感器損壞較多；全程跟隨采煤機行走的無縫視頻監控系統采集到順槽復現的視頻圖像絕對時間延遲，并且在低照度、無光源、有煤塵或有霧氣的情況下視頻效果的晰度不夠，一定程度上影響了遠程控制功能的實現。

2.3 自動化工作面跟機功能的使用受限

筆者經過現場觀察發現，在工作面頂板條件允許的情況下，自動跟機的基本功能均可實現。但在跟機過程中，還存在以下問題：

(1)煤機速度過快時支架動作跟不上，出現拉架不齊或丟架現象；在跟機功能使用過程中，發現當煤機下行時速度超過12m/min時，由于采煤機行進速度較快，跟機時都會出現煤機機身后方支架雖已被觸發跟機移架并預警，但由于移架速度跟不上采煤機行進速度，導致預警之后沒有進行跟機移架而發生拉架不齊或丟架的狀況，這時就需要支架工在煤機行進前方進行人為干預。(2)工作面調整時跟機功能受限制；當工作面存在坡度或每刀割煤后各個支架拉架量、推移量難以完全一致時，在連續生產中累計的差值會造成工作面不能沿直線推進。(3)頂板不好時跟機功能受限制；在工作面頂板條件不好時，頂板破碎的區段為了加強支護，經常進行及時支護的操作。在這種情況下跟機功能就不能正常使用。(4)缺乏應用基礎；綜采自動化技術是多種跨學科技術的集成，需要煤礦企業在人員素質和配套裝備水平方面具備一定的基礎。但煤礦企業屬于高危行業，高素質和專業性技術人才比較匱乏，缺乏應用基礎和經驗。(5)思想認識不足；煤礦企業投入綜采自動化項目，其目的是通過技術革新，提高綜采生產效率。面對這樣一個新技術，上到領導下到員工，大家對其的思想認識不足，不能正真做到在現有裝備技術水平的基礎上，將綜采自動化工作深入、細致、系統、扎實、有效地推進下去。

圖1 綜采自動化系統體系架構圖

3 解決上述問題的關鍵舉措

3.1 認真學習借鑒,加大科技投入,增強綜采裝備技術水平

我國應認真學習借鑒國外綜采自動化的關鍵技術和使用經驗，融合提煉，結合我國自身實際情況，自主創新，形成自己的技術水平。尤其是在核心元部件的研發上，必須滿足高可靠性和壽命的產品特征。因此，必需通過科技投入改善這一現狀。科技投入是自動化裝備技術水平革新的“源頭活水”，有利于提高企業自主開發和創新能力，沒有科技投入，更好的推行綜采自動化就無從談起。

3.2 強化關鍵元部件的真實性能測試與分析,提高元部件可靠性和壽命

我國綜采自動化技術攻關“重型輕質”，側重設計結構模仿與開發，很少進行關鍵元部件工程分析、理論和試驗研究。因此，關鍵的元部件一定要開展其使用中的真實性能測試與分析，并應用到產品設計中；同時，要注意收集和分析目前各元部件的故障情況，建立對應元部件的故障數據庫，開展故障率評估和可靠性預計，提出一套適合我國綜采自動化配套裝備機械制造業現狀的總體方案和各主要部件的可靠性考核指標，并編制相關部件可靠性設計規范；強化裝備系統可靠性設計、產品性能的工程分析計算和性能驗證分析，提高設備的可靠性和壽命；最終保障自動化成套系統的使用性能。

3.3 轉變思想觀念,完善創新機制

對綜采工作面應用自動化技術，是實現煤礦管理模式從粗放型向生產管理現代化轉變，提高效率，增加效益的關鍵舉措。在自動化應用過程中，應積極組織礦各所屬單位學習自動化相關理論，使礦領導和員工從思想上對自動化技術有一個初步的認識和理解；并通過講座等形式做好礦自動化技術的培訓工作。將自動化技術和先進的現代管理理念融入到礦的實際工作中，以理論指導實踐，以實踐驗證理論，不斷優化生產作業流程，不斷優化管理體系，不斷完善管理制度，為實現自動化的平穩運行提供保障。

3.4 夯實基礎,提高自動化運行質量

夯實基礎是推廣綜采自動化技術，提高其運行質量的重要保障。因此，在實踐中必須堅持三個保證，即組織保證、人力保證和經費保證。組織保證，就是要加強自動化管理工作的組織和領導，綜采自動化應用的關鍵是領導，樹立一把手負責制，確保各項工作政令的暢通；人力保證，在實際應用中培養一批懂技術會管理，富有創新意識和進取精神的高素質專業人才，積累應用經驗和基礎，為自動化技術的深層次應用發展打下堅持的基礎；經費保證，自動化的推廣應用上，要力圖達到更佳的效果，必須在組織和人才保證的基礎上提供必要的經費保證。

3.5 綜采自動化的推行需堅持應用為本,循序漸進,融合礦井實際

煤礦企業具體情況各有差異，在推行綜采自動化時要堅持應用為本，循序漸進的原則，選擇合適的設備和軟件，依靠先進的技術、高素質的人才，逐步推進，逐步深入，充分吸收借鑒實施過程中發現的好的做法和經驗，建立相關制度和運營機制，扎實推進，持續改進，不斷提升應用效果形成綜采自動化應用的長效機制。

4 結語

綜采工作面自動化技術對于推動我國煤礦綜采工作面自動化的整體技術進步，提升行業技術水平和國際競爭力具有重要作用。雖然在自動化技術的推廣應用中存在一些問題，但煤礦企業不能因噎廢食。而改變當前局面的關鍵是煤礦企業必須依靠自動化技術的進步致力于煤礦自動化工作面的建設，積極建設技術水平先進、安全高效的工作面，實現產量和管理的雙提升。綜采自動化技術將極大的促進煤礦開采技術進步，改變工人的操作習慣，改善工人的勞動環境，達到“無人則安”，安全高效。不久的將來，綜采自動化技術將成為綜采工作面成套裝備自動化系統的應用典范，后期的推廣前景很廣泛。

[1]張軍輝.我國煤礦采煤機的研制回顧、現狀以及發展[J].煤礦機械,2008,29(3):1～3.

[2]王金華.我國煤礦開采機械裝備及自動化技術新進展[J].煤炭科學技術,2013,41(1):1～4.

[3]張世洪.我國綜采采煤機技術的創新研究[J].煤炭學報,2010,35(11):1898～1902.

[4]黃曾華,苗建軍.綜采工作面設備集中控制技術的應用研究[J].煤炭科學技術,2013,41(11):14～17.

[5]趙永德,宋鵬,陳爽等.綜采工作面自動化技術[J].煤炭技術,2010,29(1):82～84.

[6]宮志杰,王惠忠.煤礦信息化系統安全性、可靠性的思考[J].工礦自動化,2009,(9):131～132.

Fully mechanized coal mining level of automation become modern coal mine management level and is one of the important indices for advanced machine equipment, to ensure fully mechanized coal face each device coordination, continuous, high efficient and safe operation, realizing efficient and safe mining of coal is essential. This paper analyzes the current development of mechanized mining automation situation, combining with the Shenhua Ningxia Coal Industry Group, Meihuajing mine automation project operation, discussed bottleneck constraints that exist in theimplementation of fully mechanized coal mine automation, and expounds the causes of these problems in detail, puts forward the corresponding solutions.

fully mechanized coal face automation; safe efficient

翟文(1976.5-),男,碩士研究生,高級工程師,注冊安全工程師,1997年8月參加工作,一直從事采礦技術管理工作,現任神寧集團梅花井煤礦生產副礦長。