綜采工作面自動化采礦技術應用

＊范俊杰

（山西煤炭進出口集團左權宏遠煤業有限公司 山西 032600）

1.采礦自動化系統概述

現階段綜采工作面自動化采礦系統在采礦機自動化作業中得到廣泛應用，其主要運行原理為通過控制采礦機實現對礦體開展速度進行有效把握，結合工作面礦層變化、厚度情況等，對開采反復操作進行合理控制，該流程也為礦機實施并記憶過程。此流程進行中，技術人員可將礦機運行模式調整為記憶采礦模式，其可依據人工操作情況下采礦數值實現無人看管情況下自動作業。在開采作業生產過程中，根據分層的厚度和波動狀況，采礦機可利用其記憶存儲能力，對滾筒的升降等做出相應的調節[1]。在礦產資源開采作業過程中使用自動化技術可有效提升開采效率，同時可顯著降低工作人員工作負荷。

2.自動化采礦技術在綜采工作面中的應用情況

在對當前先進技術應用情況進行深入分析后，自動化采礦技術在綜采工作面中的應用主要包括如下幾方面。

第一，自動化鑿巖技術。通過近幾年研究和發展，自動鑿巖技術逐漸成熟并取代以往人工鑿巖技術。并且，由于遙控設備普及和使用，將自動鉆孔技術與遙控設備相融合，從而達到礦山鉆孔作業的自動化程度。技術人員可結合現場生產情況，利用遠程遙控設備對自動鑿巖技術進行控制完成循環作業[2]。

第二，采礦自動化技術。在礦產資源開采作業中，通過對機械化開采工藝的科學應用，基本能夠使礦山生產流程自動化。例如，可以通過大型機車或電站來完成生產現場自動作業流程。同時在部分礦井采掘工作中，也可以采用自動采掘工藝來完成井下鑿巖工作。例如，操作人員可以通過遙控操作鏟斗裝置來實現井下鑿巖操作。

第三，局部遙控技術。局部遙控作業技術在礦山等危險開采領域發揮著越來越重要的作用。這種技術主要是指在一些工作面上，利用自動化機械設備進行操作處理，而對于其他工作面部分仍需要作業人員參與其中完成操作處理過程。這種作業方式可以降低作業人員的危險施工程度，同時也可以提高現場作業效率[3]。

3.綜采工作面自動化集控系統構成

(1)案例概況

本文研究中將結合實際案例對綜采面自動化采礦集控系統構成及應用進行分析。案例大采高綜采工作面位于TL礦下部，距離地面深度達到570m。周圍地質情況復雜，存在有多層斷層和巖層結構不穩定的問題，因此在采礦過程中需要進行嚴密的安全防護措施。

案例工作面長約320m，寬約200m，采高為4.5m，采用全高回采工藝，可采儲量達到了300萬噸左右。該工作面是該礦的主采工作面之一，具有重要的生產價值。在TL礦案例大采高綜采工作面的采礦過程中，存在較大的水壓和涌水量問題。水壓可達到5.5MPa，涌水量高達200m3/h。為保證采礦安全和順利進行，需要采取有效的措施進行水文地質勘探和水文地質治理，以減少水壓和涌水量的影響。

為提高采礦效率和保證采礦安全，TL礦案例大采高綜采工作面采用一次性采全高回采工藝。這種采礦方式具有采煤效率高、采煤率高、節約煤炭資源等優點，能夠滿足礦井的生產需求。

在TL礦案例大采高綜采工作面的采礦過程中，為了提高采煤效率和安全性，采用自動化集控系統。這種系統具有高度的自動化程度和智能化水平，可以實現采煤機、傳送機、通風機等設備的自動化控制和監測，提高生產效率和減少生產事故的發生。同時，該系統還可以提供實時的數據信息和監控指標，幫助管理人員及時掌握礦井的生產情況和運行狀態，提高生產管理的水平和精準度。

(2)綜采工作面集控系統構成

礦區管理人員為提高案例綜采工作面的生產效率和安全性，決定采用自動化集控系統來實現實時監控、自動化集控、遠程供電操控、遠距離集中供液、三機運輸系統和支架電液控等功能。這意味著礦工可以隨時了解工作面的生產情況和安全狀況，以及對工作面進行實時地調整和控制。此外，自動化集控系統還可以實現遠程供電操控，使得礦工可以在遠離工作面的情況下對電力系統進行掌控。

自動化集控系統包括遠程供電操控系統、工作面視頻實時監控系統、三機運輸系統、工作面液壓支架電液控制系統、順槽集中控制系統、采煤機、液壓支架、運輸機聯動控制系統、井下環網及地面指揮系統等多個系統，其具體如圖1所示。相關系統可以相互配合實現對綜采工作面的自動化集控，大大提高了工作效率和安全性。自動化集控系統還可以實現遠距離集中供液和支架電液控等功能。這意味著工作人員可以對工作面的液壓支架進行遠程控制，以及對液壓支架的電液控制進行集中管理，從而提高了工作面的穩定性和安全性。

圖1 綜采工作面自動化控制系統構成示意圖

自動化集中系統核心安置工作面順槽巷，以實現對井下綜采工作面的液壓控制系統的控制。井下綜采工作面液壓控制系統包括電液控換向主閥、壓力及行程傳感器、支架控制裝置、本安型電源開關、通訊及供電電纜等。這些設備可以實時監測和控制井下的液壓系統，確保其始終處于最佳狀態。

此外，采煤機上還安裝有紅外線發射式定位系統，可以實現對煤礦工作面的定位，以便更加精確地控制采煤機的位置和動作。

采煤機、支架、運輸機聯動控制系統是實現自動化集中控制的另一個重要部分。該系統關鍵在于將位移傳感器，傾斜度傳感器，精密的推拉裝置結合在一起，將慣性導航系統和相機等設備分別裝在液壓支架的架護幫和鉸鏈式頂梁上，以完成對各部件的聯動控制。這些設備可以實時監測井下設備的動態情況，并對其進行控制，以確保其正常運行。

順槽集中控制系統和數據采集器與各配電裝置通過線纜進行連接，能夠遠程控制供電系統的分合閘狀態。這使得煤礦工作人員可以通過遠程監控系統對井下設備進行遠程控制和管理，提高了工作效率和安全性。

工作面視頻實時監控系統也是煤礦現代化自動化控制系統的重要組成部分。該系統可實現對礦井下作業面實時監測，當采煤機和刮削器發生滑動時，對應部位攝像機即會自動開啟。這使得煤礦工作人員可以通過視頻監控系統對井下設備進行實時監測和管理，提高工作效率和安全性。

4.綜采工作面集控系統功能

(1)順槽集中控制系統

順槽集中控制室，該系統主要功能包括如下幾方面。

第一，對各單獨機械進行遙控啟動和停止，以達到對整個工作面全面調控目的；

第二，實現對綜采面各種裝置，如前、后支架和破碎機出口的實時監控；

第三，配合綜采工作面配套系統，如監控系統、自動化集中控制系統、遙控電源控制系統、三機（輸送機、轉載機、破碎機）等達成連鎖目標；

第四，基于實時采集的三機運載量情況，有系統對采煤機牽引速度進行科學調整，同時也可基于工作面礦壓情況對采煤機推進速度進行有效調整。

(2)支架電控系統

支架控制系統具體如圖3所示，該系統結構具體功能包括以下幾方面：

圖3 支架電控系統示意圖

第一，基于電控系統可有效對支架壓力、前移速度以及支架狀態等進行實時掌控。

第二，基于電控系統功能可有效實現對單架以及多架升降與前移操作進行自動調整，技術人員可通過在軟件中對采煤工藝以及參數進行實時調整手段，促使電控系統有效適配不同工作面開采作業實際需求。

第三，支架電控系統實際運行過程中可基于采煤機截割深度對支架推進進度進行自動判斷，進而實現割煤自動化作業目標，同時該流程也可通過人工設置參數進行。

第四，支架電控系統的核心功能是根據傳感器數據判斷支架的運行狀態，并自動執行相應的操作，例如自動急停和閉鎖。通過實時監測和分析傳感器數據，系統能夠準確判斷支架的工作狀態，一旦發現異常情況，比如支架傾斜或者超載，系統會立即執行急停操作，以確保工作面的安全。此外，系統還能自動執行閉鎖操作，防止在危險情況下誤操作導致事故發生。

第五，為進一步明確支架的運行狀態，支架中還安裝了蜂鳴報警器。當支架出現異常情況時，蜂鳴報警器會發出警報，提醒工作人員及時采取措施。這種明確的報警信號能夠大大提高工作人員對支架狀態的感知和判斷能力，有助于及時發現問題并采取相應的措施。為應對緊急情況，支架中還設有急停按鈕，工作人員可以通過按下急停按鈕切斷工作面的總電源。在遇到突發情況時，比如發生火災或者支架出現嚴重故障時，工作人員可以立即切斷電源，以降低事故的風險。

(3)聯動控制系統

采煤機、支架以及運輸機聯動控制系統可以自動完成采煤流程，極大地提高了生產效率和安全性。聯動控制系統的另一個重要優勢就是可以根據遠程視頻監控的數據進行調整。通過系統對煤礦現場的實時監控，可以對采煤過程中的問題進行及時處理，減少人為操作的干擾，提高精度和效率。

同時，該系統采用分步推溜生產工藝，確保刮板機的運行狀態合理。在采煤過程中，刮板機的運行狀態直接影響著采煤效率和安全性。通過分步推溜的工藝，可以有效地避免刮板機在運行過程中出現卡車現象，提高了運行的穩定性和安全性。

通過該系統智能控制，可以不僅提高生產效率和安全性，還可以減少人力資源的浪費。隨著技術的不斷進步，相信聯動控制系統將會在煤礦行業中得到更廣泛的應用和推廣。

(4)三機自動控制系統

在三機自動控制系統中，數據采集分站是實現自動化的重要組成部分。安裝數據采集分站可以實現實時監控和聯動控制，確保采礦生產安全和高效。同時，通過環網傳遞數據到集控中心，工作人員可以隨時掌握設備的運行狀態和生產情況。集控中心軟件是一個重要的控制系統，在使用過程中能將采集到數據資料轉化成畫面，并在此基礎上實現設備運行狀態控制，使操作人員能夠對裝置工作狀況進行實時監控。另外，輸送系統還使用遠程遙控和現場操作兩種控制方式，能夠進行遙控啟動和停止，方便工作人員對設備進行控制和管理。

為進一步提高采礦生產地安全性，工作面沿線安裝多套語音報警及喊話裝置。該裝置可以在發生緊急情況時及時發出警報，提醒工作人員采取相應措施，確保員工生命安全和設備正常運行。此外，在必要時，工作人員可以在不同位置進行喊話，通過按下急停按鈕，停止所有設備的運行，以應對緊急情況。

5.結語

綜采工作面中應用自動化技術已經成為行業發展必然趨勢。案例工作面中應用自動化集控系統后，設備自動化控制水平有顯著提升，工作人員作業強度明顯下降，同時工作面回采效率也得到明顯提高，由此其具備較強應用價值。