莫拉本井工礦長(zhǎng)壁自動(dòng)化工作面安全高效開(kāi)采實(shí)踐

王 兵，陳龍高，李安民，玄立明

（兗煤澳大利亞有限公司，澳大利亞 悉尼 2000）

0 引 言

煤炭開(kāi)展智能化是煤炭工業(yè)技術(shù)革命和發(fā)展升級(jí)的必然要求，也是未來(lái)煤炭開(kāi)采的發(fā)展方向[1-6]。

西方國(guó)家早在90年代就開(kāi)始研究煤炭生產(chǎn)自動(dòng)化，并在分布式系統(tǒng)自動(dòng)化方面取得了一定進(jìn)展，但由于設(shè)備可靠性和成本問(wèn)題，這些研究成果沒(méi)有得到廣泛推廣[7]。

2001年，澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織在得到地標(biāo)基金（Landmark）支持后，將慣性導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用至采礦行業(yè)中，開(kāi)發(fā)了LASC長(zhǎng)壁自動(dòng)化系統(tǒng)。至2012年，LASC自動(dòng)化技術(shù)逐漸成熟并得到廣泛推廣應(yīng)用[8]。

長(zhǎng)壁工作面自動(dòng)化技術(shù)之所以能得到廣泛推廣應(yīng)用，是因?yàn)樗鉀Q了長(zhǎng)期以來(lái)的三個(gè)主要問(wèn)題[9-10]：①能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)采煤機(jī)的三維姿態(tài)信息；②能夠?qū)崿F(xiàn)工作面設(shè)備自動(dòng)拉直；③采用記憶割煤實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制采高等。

1 莫拉本井工礦介紹

莫拉本井工礦位于澳大利亞新南威爾士馬吉鎮(zhèn)北部約40公里處。主采尤蘭煤層的DTP和DWS兩個(gè)分層，煤層及頂?shù)装迕嘿|(zhì)參數(shù)見(jiàn)表1，設(shè)計(jì)采高3.2m。煤層埋深 50～160m，煤層傾角 1～20，屬于近水平煤層。

目前開(kāi)采工作面位于1號(hào)井工礦，1號(hào)井工礦共布置5個(gè)工作面，工作面設(shè)計(jì)寬度300m，可采長(zhǎng)度 2.7～4.6km。

表1 長(zhǎng)壁工作面開(kāi)采煤層及頂?shù)装迕嘿|(zhì)參數(shù)

2 莫拉本井工礦長(zhǎng)壁自動(dòng)化工作面設(shè)備配備

2.1 采煤機(jī)

采用卡特彼勒EL3000型采煤機(jī)，煤機(jī)部分參數(shù)見(jiàn)下表。

2.2 液壓支架

采用卡特彼勒2-Leg-Shield-2100/3800-1329T型液壓支架，共148組，其中端頭架8架（機(jī)頭、機(jī)尾各4架），中間架140架。液壓支架部分參數(shù)見(jiàn)表3。

2.3 刮板輸送機(jī)

采用卡特彼勒PF6/1242型中雙鏈刮板輸送機(jī)，主要參數(shù)見(jiàn)表4。

表4 刮板輸送機(jī)主要參數(shù)列表

2.4 轉(zhuǎn)載機(jī)

采用卡特彼勒PF6-1542型轉(zhuǎn)載機(jī)，主要由過(guò)渡槽、中間槽、破碎機(jī)、除塵機(jī)及電機(jī)等組成，總長(zhǎng)度為32m。鏈條為42×140mm Power Chain，直徑42mm。轉(zhuǎn)載機(jī)電機(jī)功率500kW，運(yùn)行速度為2.26m/s，運(yùn)輸能力為 4000t/h。

2.5 皮帶

長(zhǎng)壁工作面皮帶電機(jī)功率為2×540kW，儲(chǔ)帶倉(cāng)長(zhǎng)度約為75m。皮帶架寬2.0m，皮帶縱梁長(zhǎng)3.0m，皮帶寬1.6m，皮帶運(yùn)輸能力為5000t/h。

2.6 單軌吊系統(tǒng)

工作面供電系統(tǒng)、液壓泵站、高壓管路、工具箱及電纜拖掛裝置等均布置在單軌吊上，隨工作面回采而不斷向前推進(jìn)。單軌吊中部為電纜、管路折疊區(qū)，折疊區(qū)最短為118m，最長(zhǎng)為424m。

井工礦長(zhǎng)壁工作面及巷道布置示意圖見(jiàn)圖1。

圖1 工作面及巷道布置示意圖

3 莫拉本井工礦工作面設(shè)備自動(dòng)化

3.1 采煤機(jī)三維信息定位

采煤機(jī)內(nèi)部裝有慣性測(cè)量單元、位置編碼器，并在搖臂上安裝多個(gè)角度傳感器。因此，采煤機(jī)在行走過(guò)程中，可以記錄每隔0.1m的采煤機(jī)三維信息、刮板輸送機(jī)外圍輪廓線和前后滾筒高度信息等。

3.2 采高控制

為確保煤質(zhì)和回收率，自動(dòng)化程序必須設(shè)定好采煤機(jī)左右滾筒的截割模式，采煤機(jī)滾筒的截割模式主要有人工模式、閑置模式、當(dāng)前開(kāi)采模式和之前開(kāi)采模式等。

1）人工模式：即采煤機(jī)司機(jī)操作采煤機(jī)遙控器控制左、右滾筒割煤。

2）閑置模式：通常應(yīng)用于采煤機(jī)轉(zhuǎn)向返機(jī)清煤的情況下，一般的，采煤機(jī)閑置模式時(shí)滾筒高度定位至距離底板100mm處。

3）當(dāng)前開(kāi)采模式：在本刀割煤循環(huán)中，當(dāng)后滾筒行至前滾筒位置時(shí)，參考該點(diǎn)前滾筒高度定位后滾筒高度以達(dá)到設(shè)定采高，示意圖見(jiàn)圖2。

（4）之前開(kāi)采模式：當(dāng)采煤機(jī)轉(zhuǎn)換方向后，參考轉(zhuǎn)向前同一位置滾筒的高度來(lái)定位本刀的滾筒高度以達(dá)到設(shè)定高度，可適用于前滾筒，也可適用與后滾筒。

圖2 當(dāng)前開(kāi)采模式示意圖

圖3 之前開(kāi)采模式示意圖

3.3 工作面設(shè)備拉直

每個(gè)液壓支架推移千斤頂均有一個(gè)行程傳感器，可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)推移千斤頂行程。采煤機(jī)在工作面行走一次就可以獲得刮板輸送機(jī)的外圍輪廓線。當(dāng)工作面液壓支架不在一條直線上時(shí)，通過(guò)VLong-WallNavi軟件調(diào)整機(jī)頭機(jī)尾進(jìn)尺，軟件會(huì)自動(dòng)生成調(diào)整后的拉直效果，操作人員需要檢查無(wú)誤后點(diǎn)擊確認(rèn)就可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)拉直。圖4為VLongWallNavi軟件拉直界面。

圖4 長(zhǎng)壁工作面拉直效果界面

3.4 自動(dòng)化雙向割煤循環(huán)

實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)壁工作面設(shè)備自動(dòng)化，首先需要設(shè)定自動(dòng)化采煤循環(huán)步驟。即將工作面不同區(qū)段的采煤機(jī)牽引速度、液壓支架跟機(jī)移架順序、采煤機(jī)滾筒截割模式等信息輸入至自動(dòng)化系統(tǒng)中，采煤設(shè)備在采煤時(shí)按照設(shè)定的自動(dòng)化程序運(yùn)行。

圖5 雙向割煤循環(huán)采煤機(jī)割煤路線圖

以雙向割煤循環(huán)為例，莫拉本將雙向割煤循環(huán)劃分為14個(gè)不同步驟，見(jiàn)表5。

表5 自動(dòng)化雙向割煤循環(huán)步驟

4 莫拉本井工礦生產(chǎn)組織、人員配置及生產(chǎn)效率

4.1 長(zhǎng)壁工作面生產(chǎn)組織、人員配置情況

長(zhǎng)壁工作面每天安排2個(gè)班（白班和夜班），每班工作時(shí)間12h。每周4個(gè)班組循環(huán)，見(jiàn)表6。

表6 井工礦長(zhǎng)壁工作面生產(chǎn)班組安排

每周安排12個(gè)班生產(chǎn)，2個(gè)班組檢修，每周的生產(chǎn)檢修班組安排見(jiàn)7表。

表7 井工礦長(zhǎng)壁工作面生產(chǎn)檢修安排

生產(chǎn)班組用工人數(shù)見(jiàn)表8。

表8 井工礦長(zhǎng)壁工作面生產(chǎn)班組人員配置

4.2 長(zhǎng)壁工作面生產(chǎn)效率

井工礦2019年用工共計(jì)253人（包括管理人員、操作工人和合同工），2019年預(yù)算產(chǎn)量為584萬(wàn)t，預(yù)計(jì)可采600萬(wàn)t，年平均2.4萬(wàn)t/人。

4.3 雙向割煤循環(huán)截割效率

目前長(zhǎng)壁工作面最佳自動(dòng)化雙向割煤循環(huán)用時(shí)約83.4min，采煤機(jī)截割效率為1.44刀每小時(shí)，并且仍有繼續(xù)提高的潛力。

5 結(jié) 論

通過(guò)介紹兗煤澳大利亞有限公司莫拉本井工礦長(zhǎng)壁自動(dòng)化工作面開(kāi)采實(shí)踐，詳細(xì)介紹了LASC技術(shù)如何實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化采煤循環(huán)、工作面設(shè)備自動(dòng)拉直、采高控制等目標(biāo)，并介紹了井工礦長(zhǎng)壁工作面雙向割煤循環(huán)及其截割效率，最后介紹了井工礦的用工模式、用工數(shù)量及生產(chǎn)效率等情況。

實(shí)踐表明，為控制煤質(zhì)，莫拉本井工礦長(zhǎng)壁自動(dòng)化工作面實(shí)現(xiàn)了“自動(dòng)化為主，人工干預(yù)為輔”的自動(dòng)化開(kāi)采模式，長(zhǎng)壁工作面操作人員人數(shù)最低降至6人并且有效改善了操作人員的工作環(huán)境，實(shí)現(xiàn)了安全高效開(kāi)采。