煤礦智能化掘進工作面應用分析

高 鵬

（山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦，山西 呂梁 033102）

1 概述

山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦2072 巷位于二采區西部，巷道從830系統大巷開口向西掘進，與207 工作面切巷貫通。巷道南北兩側分別與205、209 工作面相鄰，巷道掘進區域上部為5#煤層采掘區域。5#、9#煤層之間垂直間距為60 m。

2072 巷掘進煤層為9#煤層，含有1～3 層夾矸，夾矸為砂質泥巖，夾矸厚度為0.2～0.45 m，平均厚度為0.38 m。煤層頂底板巖性見表1。

表1 2072 巷掘進的9#煤層頂底板巖性表

2 智能化掘進裝備

根據2072 巷地質條件、煤層賦存以及巷道斷面規格，決定2072 巷采用智能化掘進工藝[1-5]，配套設備主要包括EBZ260S 型掘進機、DWZY1000/1200 型自移式輸送機機尾、PLC 集中控制系統以及CMM2-25 型雙臂液壓錨桿鉆車和DX100/69P 型蓄電池單軌吊。

2.1 EBZ260S 型掘進機

（1）掘進機結構及功能。該掘進機安裝了智能供電、遠程視頻監控、無線通訊、導航、三維掃描以及安全預警等系統，利用遠程控制、無線通訊等技術實現掘進機智能化控制。掘進機具備近距離操作、遠距離操作和遠程集中操控等控制模式，能夠實現一鍵啟動、記憶定位切割以及自動糾偏、巷道三維建模、碰撞報警、安全預警等功能。掘進機內部系統布置如圖1。

圖1 EBZ260S 型掘進機各類傳感器布置示意圖

（2）掘進機智能切割方式：① 人工遠程操作。利用遙控器以及安裝在順槽內的遠程臺進行掘進機遠程截割動作，掘進機在遠程操控過程中可通過遠程臺實時觀察掘進機運轉情況。② 定位截割。定位截割主要對智能化掘進系統調整截割參數，如巷道尺寸、掘進高度以及采煤機參數（鏟板寬度、截割量等），然后通過系統計算實現定位截割。③ 記憶截割。主要根據上一循環掘進機截割工序、軌跡，并儲存至系統內，掘進機在進行下一循環截割時根據上一循環截割記憶進行掘進。

2.2 PLC 集中控制系統

集中控制系統分別安裝在2072 巷內和地面調度室內：

（1）地面集控系統設備配置。地面集控系統內安裝一臺上位機、一臺顯示器、打印機。上位機內安裝專用組態軟件，并利用顯示器直觀顯示井下掘進設備布置情況以及運行狀況；打印機主要對設備運行情況生成報表。

（2）井下集中控制系統設備配置。井下集中控制系統內安裝兩臺上位機以及兩臺顯示器，利用工業千兆以太網與地面集中控制系統進行數據傳輸，實現井上下監控畫面、數據同步顯示。

2.3 DWZY1000/1200 型自移式輸送機機尾

傳統掘進工作面帶式輸送機機尾與轉載機直接搭接，當需延伸帶式輸送機時需人工拉尾，工序復雜，勞動作業強度高。DWZY1000/1200 型自移式輸送機機尾實現了追機移尾、自動糾偏功能，結構及工作原理如下:

（1）結構組成。DWZY1000/1200 型自移式輸送機機尾主要由尾滾筒、儲帶滾筒、控制器、儲帶電機、輸送機定位裝置、行走部等部分組成。儲帶滾筒內儲存需延伸的輸送帶，可儲帶長度為30 m；控制器與掘進機智能控制系統連接；輸送機定位裝置主要監測輸送機機尾移動過程中直線度。

（2）工作原理。自移尾后方安裝滑道，轉載機通過跑車與滑道連接。當巷道掘進一定長度需延伸輸送機時，通過智能控制系統控制自移尾控制器，控制器接收指令后通過行走部將自移尾前移，儲帶滾筒在電機控制作用下松帶，實現輸送機延伸的目的。自移尾移動到位后通過定位裝置對輸送機進行調偏，保證自移尾軸線與輸送帶中心線垂直。

2.4 安全預警系統

主要包括UWB 無線定位系統和防人員入侵系統。巷道掘進過程中通過無線定位系統監測掘進機半徑為2.0 m 范圍內是否有人員活動，當檢測到人員時，掘進機控制系統立即停機并發出預警。同時，在掘進機機尾處安裝防碰撞系統，防止自移尾與掘進機碰撞導致設備損壞。

2.5 CMM2-25 型液壓錨桿鉆車

傳統液壓鉆機利用掘進機供電系統，支護時需人員站在掘進機上，且無臨時支護裝置，鉆機獨立性差、支護范圍有限且支護安全系數低。 2072 巷的CMM2-25 型液壓錨桿鉆車主要由升降臺、旋轉臺、臨時掩護梁、雙臂鉆機、液泵等部分組成，該裝置采用獨立供電系統，在支護時通過升降臺控制鉆機高度，鉆機可通過旋轉臺實現多方位進行支護。采用該套裝置進行支護時，不僅支護勞動強度小，而且支護安全系數高。

3 實際應用效果分析

3.1 經濟效益

（1）縮短掘進工期。通過對2071 巷掘進對比分析發現，采用傳統機械化掘進工藝時，巷道單進水平為180 m/月，而2072巷采用智能化掘進工藝后，單進水平提高至245 m/月，縮短了巷道掘進周期，有效緩解了煤礦采掘工作面交替銜接緊張局面。

（2）降低勞動強度。采用傳統機械化掘進工藝時，巷道需配備不少于8 名施工人員，1 名掘進機司機，3 名支護工，2 名皮帶司機以及2 名皮帶延伸工；采用智能化掘進工藝后，工作面內僅需4人，1 人設備操作控制，2 名支護工，1 名巡檢工。

3.2 安全效益

2072 巷采用智能化掘進工藝后，操作人員遠離工作面在新鮮風流中的操控室內對巷道掘進機割煤、輸送機延伸進行遠程控制，操作人員減少了與粉塵接觸時間，有利于施工人員的身體健康。智能化掘進系統具有預警系統，能有效防止人員進入掘進區域而發生事故。

4 結論

（1）2072 巷采用智能化掘進工藝后，設備采用單軌吊運行，避免了傳統設備安裝難度大、占用空間量大、設備移動困難等技術難題，同時有效提高了后期設備回撤速度。

（2）智能化掘進系統采用識別卡與紅外聯合控制，提高了掘進系統安全系數，由原來的現場供電方式優化為后巷遙控配電，保證了供電安全，提高了工作效率。

（3）采用遠程操控系統可對掘進工作面設備進行監控，實現了設備無人值守、遠程巡檢的目的，確保工作面智能化設備間具有較好的聯動性，從而提高各設備運行安全性能。