(国家能源集团神东煤炭公司寸草塔煤矿,内蒙古 鄂尔多斯市 017209)
摘要:近年来,综采工作面单机设备自动化取得了很大进展,液压支架能够跟随采煤机的位置和方向自动完成降- 移- 升、推移刮板输送机、喷雾等动作,采煤机能够在工作面实现记忆割煤,运输设备能够实现“逆煤流启、顺煤流停”联锁控制,这些功能的实现为综采工作面自动化奠定了坚实的基础。但目前自动化综采设备对周边环境、地质条件等要求很高,煤层赋存条件限制了自动化综采设备的广泛应用。在综采工作面单机设备自动化基础上,深入研究集中控制技术,解决综采工作面设备自动化、操作少人化的难题,实现在巷道监控中心对综采设备的集中自动化控制。
关键词:综采;工作面;采煤
一、综采工作面采煤特点
1、作业效率高。在综采工作面采煤工艺时,需要提前对开采工作面特点进行综合分析,以满足基本要求,按照要求搭建液压支架。其中,破碎机工作时存在较大可能会造成刮板机链条断裂。为解决此问题,需要与双向割煤工艺综合应用,结合工作面条件,调整采煤作业速度,以免导致刮板机断裂问题的产生。开采中,支架移动速度越快,则开采效率越高。
2、煤炭形态均匀。综采工作面采煤工艺实际生产时,结合不同煤层结构形式,采煤机滚筒会相应变化,但设备承受重量不会随之变化,同时摇臂承受的作用力也无明显变化,整个开采过程基本可以维持原始摇臂力度。因为不会受外力影响,摇臂始终维持稳定,便可通过均匀的速度切割煤层,最终煤炭以均匀的形态从煤层脱落,具有较高均匀度。
3、设备要求严格。综采工作面采煤主要应用于大型煤矿,因其自身重量较大导致刮板需承载荷载增加,当超过一定限度后,便会造成煤机链条断裂。为提高开采速度,必须确保采煤机的良好润滑。造成采煤机行进速度减弱的因素较多,为达到预期开采效率,需要随时将切割效果向控制中心反馈,以此根据实际情况对设备速度参数进行调整。同时,摇臂、滚筒等重量也是影响采煤机行进速度的重要因素,需要对其进行可靠控制。
二、综采工作面自动化成套装备技术
1、薄煤层自动化开采模式。研发巷道集中控制中心,远程监控,工作面内无人操作,实现全工作面液压支架跟机自动化控制,将三角煤区域跟机过程划分成多个阶段进行控制,每个阶段以关键点作为标识,采用双向割煤工艺,在端头,斜切进刀后返刀扫底清浮煤,将三角煤区域散落的浮煤装载到输送机上,解决薄煤层装煤效果差的问题,提高装煤效果。工作面两端部斜切进刀分段自动控制示意研制一种低照度条件下防尘视频监测装置,通过在摄像镜头前形成涡流负压风幕,吸除镜头上尘雾,基于智能传感和运动视频序列的动态全景画面拼接图像分析,实现超低照度工作面高分辨率全程视频跟踪。研制了薄煤层采煤机自动截割采高记忆联想模式自修正控制、通信系统安全隔离、动态参数补偿关键技术,解决了变频器和高压动力对总线及系统的干扰。
2、超大伸缩比薄煤层液压支架。发明了超大伸缩比薄煤层液压支架及关键电液元件,突破了液压支架工作阻力决定的最小高度极限,提高了液压支架的工作可靠性,实现了液压支架与围岩及成套装备间的协同控制。现有支架结构无法实现0.5 m 的最小高度而又能满足最大高度1.4m 的大伸缩比要求,为解决此难题,发明了板式整体顶梁、双连杆双平衡千斤顶叠位布置等新结构,实现了支架0.5-1.4 m 超大伸缩比,突破高强度支架结构尺寸的最小化极限。创新研制了单进回液口双伸缩立柱,改变立柱结构和进回液原理,采用大弧度缸底和活柱无上腔外进液口的结构形式,增大了立柱的伸缩比,突破液压支架工作阻力决定的最小高度下限。
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3、薄煤层工作面成套装备自动化控制系统
1)集成研发了紧凑型薄煤层液压支架电液控制系统。为解决常规电液控制系统和反冲洗过滤器体积较大无法应用于薄煤层支架的问题,集成研发了整体插装式多功能电液控制阀和插装式自动反冲洗过滤器,整套装置体积小、结构简单可靠、维修方便,满足了薄煤层对空间要求较严的要求。
2)研发了采煤机高时效性智能控制技术。为解决采煤机大数据量的高速数据采集与实时控制,采用模块化网络分布式控制结构,将控制系统分为相对独立若干模块,模块之间用高可靠性CAN Bus现场总线相连,主控模块以DSP 数字控制器和ARM控制器为核心,实现对采煤机高时效性的智能控制。集成开发记忆截割、超低照度高分辨率全程视频跟踪、CAN 总线与无线传输和精确定位技术,实现工人在集中控制中心远程控制。
3)研发了采煤机自动跟机技术。为解决采煤机自动跟机问题,在采煤机上安装采煤机监测发射机,通过行进齿数计数的方法来获取采煤机运行位置和方向信息,采用短距离无线通信方式将信息发送到与支架控制器相连的采煤机位置信息接收机,控制器根据接收到的信息来控制支架的相应动作,实现跟机移架、推移刮板输送机。
三、综采工作面设备集中控制技术
1、工作面视频防尘技术。煤矿井下特殊环境,不可避免地存在着人工照明光照不均、粉尘多、雾气大等问题,尤其当大量的粉尘粘附在摄像仪的镜头表面,造成获取的图像分辨率低、图像不清晰等现象。目前,常用的防尘方法有: 镜头涂纳米涂料,防止粉尘吸附; 摄像仪加装空气防尘保护罩机构,通过气流防止粉尘吸附; 摄像仪加装自清洗装置,通过定时冲洗镜头,防止粉尘吸附。但几种方法是否能够有效防尘有待进一步验证。
2、工作面视频实时性问题。数字视频在应用过程中出现前端视频编码、网络传输、后端解码等环节,尤其在前端视频编码、后端解码中易出现延时,网络传输延时可忽略,这就造成了操作员在远程看到的视频有滞后现象,对设备的实时控制会造成很大影响。因此,解决工作面视频延时问题是核心关键技术之一。
3、采煤机全景视频监控问题。由于井下实际工作的需求,需要安设多台监视相机,各相机摆放位置、取景焦距和范围均受到很多限制,同时还伴随着相机自身的运动和场景内目标物的运动,并且相机架间距易造成各相机间视野范围的差异,光照、对比度曝光等因素的成像质量的差异。因此,综采工作面空间场摄像仪的选型及布置是关键技术之一。
4、工作面以太网控制实时性和可靠性问题。工作面综采设备的通信方式很多,以太网被认为是设备通信、控制、高速数据传输最有效的解决方案,但将之用于工作面设备集中控制则要考虑其实时性和安全性。因此,研究一种具有实时通信、安全可靠的工业以太网协议,并将其标准化是实现工作面设备集中自动化控制的关键技术。
综采工作面设备集中控制技术的研究与应用,打破了传统主要依靠单机设备自动化控制的生产模式,它是通过自动化技术手段,将综采工作面设备有机整合起来,实现在巷道监控中心对综采设备的集中控制。随着一些关键技术的突破,综采工作面设备集中控制技术会得到广泛应用。
参考文献
[1]朱小林,李首滨.采煤机速度对综采工作面跟机自动化影响研
究[J].煤炭工程,2012(2):79-81.
[2]付国军,杨明亮,许太山.综采无人工作面的整体设计与实现方法的构想[J].工矿自动化,2013(1):39-42.
[3]张守祥,李首滨,黄曾华.综采工作面生产自动控制的探讨[J].煤矿机电,2015(3):35-37
论文作者:赵建
论文发表刊物:《知识-力量》2019年4月下
论文发表时间:2019/2/13
标签:工作面论文; 煤层论文; 支架论文; 设备论文; 采煤机论文; 液压论文; 集中控制论文; 《知识-力量》2019年4月下论文;