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★ 智慧矿山 ★

特厚煤层综放工作面智能化开采研究与实践

吴亚军 王亚军 杨树新 渠文钟

(晋能控股煤业集团同忻煤矿有限公司,山西省大同市,037000)

摘 要 在智能化综放开采技术领域,同忻煤矿在自动化割煤、支架自动跟机、自动放煤以及智能控制等特厚煤层大采高综放智能化方面进行了积极探索,将SAC电液控制系统应用于8309智能化综放工作面,并通过设置不同的参数实现支架的自动跟机以及邻架、隔架、成组操作的控制;结合同忻煤矿的特厚煤层地质条件,利用行程传感器及时间控制实现了支架自动放煤。通过编辑采煤机的22种自动割煤状态和调节自动化参数,可实现采煤机自动割煤,应用SAP泵站控制系统可实现对泵站的控制,同时搭建集控中心,可实现对工作面设备的远程控制及一键启停。通过对8309智能化综放工作面与8307综放工作面进行的比较分析,发现智能化综放开采在围岩耦合、回采率、设备维护、人员配置及劳动强度等方面具有明显优势。

关键词 特厚煤层 综放工作面 智能化开采 无人开采 协同控制

智能化开采是综采技术发展的新阶段,也是煤炭工业技术革命和升级发展的必然要求。智能感知、智能决策和自动控制是智能化开采的三要素。智能开采区别于一般自动化开采的显著特点是设备具有自主学习和自主决策功能,具备自感知、自控制、自修复的能力。具备这样能力的智能化综采系统才能充分响应生产环境变化、实现真正意义上的智能化开采,实现有限条件下的无人开采目标。

20世纪90年代,国外就已经开始研发煤矿自动化、智能化技术,德国、美国、澳大利亚等国家都提出了自己的技术方案。1990年德国推出综采电液控制自动化系统,2001年澳大利亚开始实施Landmark项目,2006年美国久益(JOY)公司提出了虚拟采矿技术方案。近些年,澳大利亚CSIRO、美国久益(JOY)等公司开始推出更高等级的智能化技术,包括基于惯性导航的采煤机定位技术、防碰撞(2.4 GHz超宽带雷达)技术、高效截割技术、煤流负荷匹配技术等[1]。2007年,中国煤炭科工集团研制了首套替代进口的液压支架电液控制系统,这是综采自动化系统最重要的基础。

近10年来,在国家863计划、973计划及智能制造专项支持下,取得了系列综采智能化技术创新成果[2-15]。其中,以陕煤集团黄陵矿业有限公司一号煤矿为代表的中厚煤层普通综采智能化已经取得初步成功[16-18]。在智能化综放开采相关技术领域,国内进行了初步的探索试验,例如山东能源集团兴隆庄煤矿试验了程序控制与人工补放结合的放煤方式;潞安化工集团王庄煤矿试验研究了声音频谱煤矸识别技术;中国矿业大学进行了基于声波的放顶煤过程自动控制系统试验研究;北京天地玛珂电液控制系统有限公司试验了记忆放顶煤方法。这些试验都取得一定经验,但在关键技术领域仍未取得实质性的突破,不能适应智能化综放开采现场需求。在此基础上,晋能控股煤业集团同忻煤矿有限公司(以下简称“同忻煤矿”)在特厚煤层大采高综放智能化方面进行了积极探索,并取得明显成效。

1 特厚煤层地质概况

同忻煤矿8309智能化综放工作面位于三盘区,主采石炭纪3-5号煤层,该工作面地面标高为1368 m,工作面表高为830 m,平均埋深为538 m,煤层厚度为14.88 m,该工作面走向长度为2840 m,倾斜长度为200 m。根据煤层赋存条件和同忻煤矿以往工作面的生产经验,本工作面采用单一走向长壁后退式综合机械化低位放顶煤开采方法,采放比为1∶2.81,放顶煤方式采用多轮分层的顺序放煤,按照一刀一放多轮分层顺序放煤,顶板管理采用自然垮落法。

1.1 地质条件

8309智能化综放工作面地面位于大同市南郊区银塘沟村北的香炉嘴沟、长畛沟及大达梁上,工作面位于井田西部、三盘区的西南部,东北部为三盘区三条盘区大巷,西北为实煤区,西南至银塘沟村为保护煤柱,东南为8307已采工作面,与8307采空区留设38 m的保护煤柱8309智能化综放工作面巷口往里856 m范围内上覆为同家梁矿侏罗系14号煤层,分别对应8906、8908、8902-2、8902-3工作面采空区。8309智能化综放工作面从856 m至切眼处对应上部为白洞矿侏罗系14号煤层,分别对应81006、81008、81003工作面采空区。

8309智能化综放工作面所在煤层水平节理及层理均不发育,煤层为复杂结构,含夹石层7层,夹石厚度最小0.25 m,最大0.66 m。该工作面有3条断层,断层位置为:2309巷从巷口往里1849 m处将遇一落差2.5 m且倾角为82°的正断层。5309巷从巷口往里709 m处将遇一落差为2.4 m、倾角为35°的正断层。8309巷从巷口往里2482 m处将遇一落差为2.9 m、倾角为80°的正断层。除此之外还遇到1条火成岩墙,具体位置为2309巷和5309巷分别从辅运大巷邦起算的1527 m和1625 m处,在此位置有1条火成岩,宽为0.3 m。该工作面上覆及底板的岩性见表1。

1.2 设备选型

同忻煤矿8309智能化综放工作面采用 SL-500 型采煤机、美国久益(JOY)公司42×1000×268AFC型前部刮板运输机、美国久益(JOY)公司42×1250×268AFC型后部刮板运输机、ZF1500027.542 型低位放顶煤支架。8309智能化综放工作面共选用118架支架,中部支架的架型为ZF1500027.542型四柱支撑掩护式正四连杆低位放顶煤支架,数量为108架;过渡支架的架型为ZFG1300027.542H型正四连杆过渡支架,数量为9架;端头支架的架型为一组ZTZ200003042型放顶煤端头支架,数量为1架。

表1 8309智能化综放工作面上覆及底板的岩性

顶底板名称岩石名称厚度/m岩性特征老顶中细粗粒砂岩、泥岩及铝土质泥岩13.95深灰色及灰黑色,水平层理,泥质胶结;灰绿色,褐紫色,松软,巨厚层状,断口光滑直接顶含砾粗砂岩及中砂岩7.95白灰色,以石英碎屑为主,粗粒结构,次棱角状,钙质胶结伪顶泥岩0.82黑色,完整柱状,无层理,贝壳状断口,底部含碳质直接底高岭岩及炭质泥岩6.05灰色,泥质结构,薄层状,有滑感,中夹薄层黑色炭质泥岩老底煤及中粗砂岩8.71黑色,块状,暗煤;灰白色,粗粒结构,以石英为主,长石次之,分选好,次棱角状

特厚煤层智能化综放工作面在设备选型方面应着重考虑设备的可靠性,一是考虑能否满足智能化综放工作面生产1000万t/a的要求;二是保证各个设备选型配套要合理,保证煤流系统的可靠及稳定,保证工作面快速推进的需求;三是工作面及运输巷设备保证能否实现协调集中控制。8309智能化综放工作面及运输巷设备型号见表2。

表2 8309智能化综放工作面及运输巷设备型号

设备名称设备型号设备数量是否自动控制采煤机艾柯夫SL5001台是支架ZF15000/27.5/42108个是刮板输送机42×1000×268AFC型前部刮板输送机1部是42×1250×268AFC型后部刮板输送机1部是破碎机美国久益(JOY)公司M4001台是转载机美国久益(JOY)公司FMW601台是乳化液泵BRW400/31.54台是喷雾泵BPW320/12.55台是自移尾装置美国久益(JOY)公司Matilda1部否带式输送机BPJ3×630/1140型可伸缩带式输送机1部否

2 特厚煤层智能化综放开采应用实践

同忻煤矿8309智能化综放工作面通过电液控制系统实现了支架自动移架,并通过采煤机与支架安装的红外传感器,实时显示和监测采煤机与支架位置,保证支架随采煤机自动跟机移架;利用时间参数、摆梁行程高度等实现支架自动放煤;通过编辑采煤机22种割煤状态,监测采煤机位置及方向(上行还是下行),实现采煤机按照采煤工艺自动割煤。总之,工作面采用多种传感器,并通过程序控制实现全工作面设备的智能协调,使设备连续、高效、安全运行。

2.1 SAC电液控制系统

2.1.1 支架随采煤机自动跟机移架

支架SAC电液控制系统主要由以下3个层面组成。

(1)第一个层面。8309智能化综放工作面所有中间架和过渡架均装有1台控制器、8个传感器、1个驱动器和1个电液阀组,这些共同构成了最基础的控制单元。控制器是控制单元的核心,是1台微型计算机,内部装有操作软件,配以人机交互界面,是员工操作的平台。检测环节包括5类8种传感器,分别为前后柱压力传感器、红外线接收器、推移行程传感器、护帮接近传感器、倾角传感器(主顶梁、掩护梁、尾梁)、后摆梁行程传感器。执行环节包括驱动器和电液阀组,驱动各类支架收伸动作。

(2)第二个层面。8309智能化综放工作面所有支架控制器互联成为一个通信网络系统,采用总线技术实现控制器间的数据通信,控制器互联后实现邻/隔架控制、远方控制、单架/成组自动控制、全线紧急停止、状态及故障信息显示等主要功能。SAC系统为控制器互联配置了必须的硬件(连接器、隔离耦合器等)及数据通信和控制功能所需的相应软件,在8309智能化综放工作面2号支架安装联接一个特殊的控制器,称为信号转换器,可为工作面控制器系统提供更丰富完善的服务。

(3)第三个层面。在8309智能化综放工作面进风巷设备列车设立井下主控计算机,并经信号转换器与工作面支架控制器进行网络联接,成为上一级控制机。主控计算机运行自己的软件,汇集并存储来自工作面支架控制器采集传输来的数据和参数,随时调用显示这些数据参数,监视支架的工况和动作状态。支架电控单架配置如图1所示。

支架配置SAC型电液控制系统,能够完成支架的各种动作功能,支架可实现成组程序自动控制,包括成组自动移架、成组自动推溜、成组自动拉后溜、成组自动伸收护帮板、成组自动伸收伸缩梁、成组自动放顶煤、成组自动喷雾等。支架配置SAC 电液控制系统最主要的目的就是可以与采煤机配套实现自动跟机移架功能,支架自动跟机主要参数设置见表3,支架具体跟机示意图如2所示(不同颜色代表支架不同动作,以及自动跟机移架状态下的先后顺序)。

图1 支架电控单架配置

表3 支架自动跟机主要参数设置

参数名称参数值参数名称参数值参数名称参数值跟机类型0/1跟机首架6架跟机末架110架机身长度10架收护距离7架移架距离7架伸护距离13架推溜距离18架煤机限制2架移架动作禁止/允许推溜动作禁止/允许护帮板动作伸/收/关移架范围5架护帮板范围6架推溜范围8架前柱压力5 MPa后柱压力5 MPa支撑压力24 MPa目标行程0 mm预降柱前/后降柱时间6 s开始抬底1架抬底时间25 s移架时间30 s再降柱动作禁止/允许再降柱时间3 s再降柱次数3次预升柱前/后预升柱时间3 s升柱时间6 s

图2 支架具体跟机示意图

支架自动跟机主要参数及参数值意义为:0代表中部跟机,1代表全工作面跟机;跟机首架和跟机末架分别代表跟机开始的支架和跟机结束的支架;收护/移架/伸护/推溜距离分别表示该动作与煤机的距离;移架/护帮板/推溜范围分别表示自动跟机时,一次触发支架报警的个数;前柱/后柱压力表示支架降柱后压力低于5 MPa支架才允许动作;支撑压力表示立柱升柱的目标压力;目标行程用于判断是否已经移架到位;预降柱用于规定前柱还是后柱必须先行降柱,再降柱时间表示规定压力卸至移架压力后持续降柱时间;预升柱和预升柱时间表示预先升柱的对象和预升柱的时间;升柱时间表示立柱压力升到过渡压力的允许最大时限。

2.1.2 支架自动放煤

根据同忻煤矿8309智能化综放工作面顶煤赋存及夹矸情况,最终选定采用两轮分层顺序放煤方法进行放煤(两轮放煤支架间距为10个支架)。每个支架自动放煤通过支架控制器中设置的放煤参数,主要通过时间参数、摆梁行程以及倾角参数进行单个支架自动放煤。单个支架采用的放煤参数见表4。

表4 单个支架采用的放煤参数

参数名称参数值参数名称参数值参数名称参数值动作范围1架架间延迟10 s启动间隔0 s收插时间16 s降尾开始16 s降尾时间13 s降尾角度160°放煤时间12 s升尾时间13 s升尾角度135°上方等待12 s循环次数12次本架喷雾禁止/允许邻架喷雾左/右/无喷雾时间3 s插板喷雾禁止/允许抖动时间2 s抖动次数2次

单个支架采用的放煤参数及参数值意义为:动作范围1表示执行成组放顶煤的支架数量;架间延迟10表示放顶煤组与组之间的延迟时间,启动间隔表示放顶煤动作架距离操作架的间隔支架数;收插时间1、降尾开始1、降尾时间1等均表示在放顶煤模式1的各种动作时间;抖动时间和抖动次数表示成组放顶煤动作时,尾梁在低位时的抖动次数和抖动时间。

2.2 采煤机自动割煤及视频监控

2.2.1 采煤机自动割煤

8309智能化综放工作面的采煤机为德国进口艾柯夫SL500型采煤机,程序中设置第1轮放煤与采煤机间隔15个支架,第2轮放煤与第1轮间隔10个支架,采放同步进行。采煤机的自动割煤首先编辑自动化割煤状态表,共编辑22个状态。设置过程为:自动化→状态表→编辑状态;自动化→基本设置→State Based、牵引自动化、横向倾角补偿设置为“启动”;参数→司机设置→通过启动马达“左无线指令器”;F1+Auto键可启用左遥控器控制采煤机自动化割煤,采煤机司机可适当干预微调采煤机的割煤状态,包括割煤高度、割煤速度等。SL500采煤机自动化割煤状态见表5。

表5 SL500采煤机自动化割煤状态

序号名称状态截止状态方向速度/(m·min-1)自动化模式(左)自动化模式(右)转换位置/m1割三角煤1020←4固定高度(3800 mm)跟随运输机82整刀下尾2021→4跟随运输机固定高度(3800 mm)1983扫底煤2122←4跟随运输机跟随运输机1754扫底煤2223→4跟随运输机跟随运输机1985扫底煤2324←4跟随运输机跟随运输机1756扫底煤2425→4跟随运输机跟随运输机1987扫底煤2526←4跟随运输机跟随运输机1758扫底煤2627→4跟随运输机跟随运输机1989扫底煤2728←4跟随运输机跟随运输机17510扫底煤2830→4跟随运输机跟随运输机19811斜切进刀3040←4固定高度(3800 mm)跟随运输机16012割三角煤4050→4跟随运输机固定高度(3800 mm)19813整刀上头5051←4固定高度(3800 mm)跟随运输机814扫底煤5152→4跟随运输机跟随运输机2515扫底煤5253←4跟随运输机跟随运输机816扫底煤5354→4跟随运输机跟随运输机2517扫底煤5455←4跟随运输机跟随运输机818扫底煤5556→4跟随运输机跟随运输机2519扫底煤5657←4跟随运输机跟随运输机820扫底煤5758→4跟随运输机跟随运输机2521扫底煤5860←4跟随运输机跟随运输机822斜切进刀6010→4跟随运输机固定高度(3800 mm)46

表5中状态一栏将采煤机在各个环节的动作编辑成22个状态,每一个序号表示自动化割煤在此状态的动作情况,其中“←,→”代表割煤方向;速度表示采煤机的自动割煤速度,自动化模式(左)表示左滚筒的高度,自动化模式(右)表示右滚筒的割煤状态,转换位置表示采煤机各个状态下的转换位置;序号1中一栏的数据表示采煤机在状态10→状态20的自动割煤情况,牵引方向向头,采煤机割煤速度为4 m/min,左滚筒高度为3.8 m,右滚筒与底板平行,割到煤机位置为8 m处位置,改换到下一状态20。

2.2.2 视频监控及自动切换

为了确保实时动态掌握工作面情况,工作面每3架安装1个摄像仪,安装于前立柱前主顶梁上,工作面共安装40个摄像仪,其中20个朝向工作面,20个朝向煤壁,这40个摄像头能根据采煤机的位置自动切换,确保采煤机割煤环境始终处于监测当中。此外,8309智能化综放工作面还在特殊区域安装摄像仪,包括前溜头、后溜头、转载机、2号支架前探梁、设备列车集控中心等。这些特殊区域摄像仪能实时动态监测这些关键部位的运行情况、煤流情况等。

在2309运输巷设备列车集中控制中心以及地面调度分控中心分别安设3台视频显示器,1台固定显示特殊区域的视频,1台跟机显示工作面朝向煤壁的视频,1台跟机显示工作面朝向前溜的视频。

2.3 SAP型智能集成供液及远程集中控制系统

2.3.1 SAP型智能集成供液

SAP型智能集成供液系统由泵站、液箱、控制系统、多级过滤系统四大部分组成。主要是集泵站、电磁卸载自动控制、PLC智能控制、变频控制、多级过滤、乳化液自动配比、系统运行状态记录与上传于一体的自动化设备,是一套完整的综采工作面供液系统。可以根据工作面实际需求,设计不同流量等级、不同配置要求的供液系统,同时与绝大多数的泵站、组合开关、变频器兼容。

该系统配备了包括进水过滤站、加水过滤器、高压过滤站、回液过滤站在内的多级过滤系统,通过不同精度和不同流量的过滤元件的组合,确保工作面液压介质的清洁和系统的稳定,同时工作面采用乳化液自动配比装置,实现稳定的乳化液自动配比。另外,乳化液泵站采用电磁卸载控制实现乳化液泵的空载启、停,具有单控、上控、联控等多种智能控制方式,实现多泵站的智能联动,可以根据工作面用液情况实现“次、备”泵的智能启、停控制。该智能控制系统可对全系统进行自动检测、实时显示及控制。

2.3.2 远程集中控制系统

同忻煤矿8309智能化综放工作面将以太网与智能远程控制系统相集合,实现地面和运输巷监控中心的远程集中控制。在集控中心能对采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机、乳化液泵站、喷雾泵站等设备各种数据实时显示和监测,同时实现对工作面设备的远程启停控制。三机自动控制系统如图3所示。

图3 三机自动控制系统

三机自动控制系统的成功应用实现了综放工作面成套设备远程成组协同控制,为地面生产、管理人员提供了实时的井下工作面生产及安全信息。三机自动控制系统的功能强大、操作简便、运行可靠,有效提高了综放工作面生产管理效率,提高了工作面安全水平,降低了工人劳动强度,提高了生产效率,是工作面高产高效的有利保证。

3 特厚煤层智能化综放开采应用效果

同忻煤矿8309智能化综放工作面开采实现了综放工作面成套设备智能协同控制,包括采煤机自动割煤(采煤机自动割煤有斜切进刀、割三角煤、扫底煤、整刀上头或下尾等工序)、支架自动跟机(包括跟机移架、推溜、拉后溜、支架自动补液等工序)、自动放煤(采用两轮分层顺序放煤)以及工作面设备远程集中控制等关键技术。8309智能化综放工作面较普通工作面相比,在顶板管理、顶煤回收率、设备维护以及人员劳动强度方面存在显著优势。

3.1 智能开采与围岩耦合

8309智能化综放工作面和相邻的8307综放工作面相比,在支架性能和利用率上有较大提高。8309智能化综放工作面增加了支架单点自动升压功能和选定区域成组自动补液功能,这2个功能的使用使支架的初撑力有了保证,减少了人为原因造成的支架初撑力不足、顶板支护效果不佳的现状,2019年7月,比较智能化工作面和普通工作面前立柱初撑力情况,8309智能化综放工作面与8307综放工作面前立柱初撑力比较如图4所示。

图4 8309智能化综放工作面与8307综放工作面前立柱初撑力比较

8309智能化综放工作面在开采初期,直接顶自然垮落后,上覆关键层在工作面推进的过程中会形成板结构,一边简支三边固支,该板结构在未变形失稳垮落之前,悬露的板结构上覆岩层的重量由工作面推进方向的两侧和前方煤壁支撑,形成“煤壁-工作面支架-采空区已冒落矸石”支撑体系支撑上覆岩层的重量。煤壁前方实煤区形成超前支承压力,而工作面回采空间的采场主要是由工作面的支架支撑,因此,最大限度地发挥支架的性能对顶板围岩的耦合作用和控制能够起到至关重要的作用。8309智能化综放工作面与上覆岩层耦合关系如图5所示。

图5 8309智能化综放工作面与上覆岩层耦合关系

8309智能化综放工作面在开采过程中,随着上覆岩层铰接岩块的变形滑落失稳,会在工作形成周期来压,8309智能化综放工作面与8307综放工作面周期来压步距统计如图6所示。

图6 8309智能化综放工作面与8307综放工作面周期来压步距统计

由图6可以看出,8309智能化综放工作面初次来压步距为47.55 m,而8307综放工作面的初次来压步距为107.1 m;8309智能化综放工作面周期来压步距的变化范围为12.15~42.3 m,而8307综放工作面周期来压的范围为22.75~64.7 m;通过比较2个工作面的步距变化曲线,发现8309智能化综放工作面通过支架的有效控制和自动化放煤,顶板滑落失稳的周期变化幅度较小,曲线较普通工作面平缓,说明上覆岩层破坏和顶板下沉的速度较普通工作面均匀,有助于提前预测预报工作面来压情况,及时调整工作面平整度和推进度,保证工作面在来压期间安全有效开采。

3.2 智能放煤与回采率

8309智能化综放工作面采用成组及单架自动放煤相结合的放煤方式。根据地质钻孔的资料计算顶煤储量,从而调整放煤参数中有关时间和摆动次数的参数,进一步指导放煤。通过自动化放煤,顶煤回收率较之前普通工作面人工放煤回收率有了较大提高,8309智能化综放工作面与8307综放工作面单刀产量情况统计如图7所示。

图7 8309智能化综放工作面与8307综放工作面单刀产量情况统计

采用人工放煤,8307综放工作面的平均单刀产量为2670 t,回收率为71%;采用智能化自动放煤,8309智能化综放工作面的平均单刀产量为3626 t,回采率为96%;从以上数据可以明显看出,8309智能化综放工作面通过自动放煤工艺,回采率由原来的71%提高到现在的96%,回采率在原先的基础上增加了35%,效果十分明显。

3.3 智能化开采与设备维护

8309智能化综放工作面在开采过程中增加了清水过滤装置和软化水装置,同时增加了自动配比和乳化液的过滤装置,整个工作面对水质要求较高,因此对设备维护起到很好的保护作用。8309智能化综放工作面与8307综放工作面设备维护情况对比见表6。

表6 8309智能化综放工作面与8307综放工作面设备维护情况对比

设备及人员8309智能化综放工作面8307综放工作面每月支架掏阀次数26次138次支架换密封次数59次210次每月用乳化油桶数82桶157桶每班人数8人16人人员工效454 t330 t社会效益显著一般劳动强度低高

由表6可以看出,8309智能化综放工作面比8307综放工作面更省人、省配件、省成本,工人的劳动强度明显降低,每工工效明显提高,矿井的经济效益显著。

4 智能化综放开采关键技术

4.1 支架自动找直

智能化综放开采虽然已经取得一定的成果,但是技术和井下应用实效仍然未达到完全的“无人化”,智能化综放开采在实践过程中仍然存在一些问题,例如工作面支架在自动跟机过程中,仍然存在支架“走不齐”的现象,且在与机组协调不一致或者机组速度过快的情况下,存在“丢架”现象,这时就需要支架巡视工进行人工及时干预,使其不影响工作面后续整体推溜和其他工艺。

基于工作面支架自动跟机存在的以上问题,支架“自动找直”系统的研发和应用就迫在眉睫,通过基于液压支架高精度推移行程传感器和编写“自动找直”系统命令。通过设计基准支架确定标准位置,定量修正补偿,实现工作面的自动找直,建立液压支架推移与采煤机、刮板输送机的联动控制模型,实现所有液压支架“降-移-升-推”及采煤机和刮板输送机推移自动协调控制,实现整个工作面的“三平两直”。

4.2 智能放煤优化决策

利用倾角传感器和时间两方面相结合进行智能放煤控制,在成组放煤过程中,受地质条件、顶煤厚度及夹矸等变化影响,会导致未能将顶煤放干净或者直接顶的矸石放出堵在放煤口,影响后溜的正常运行。

将煤矸识别技术与现有的“倾角”和“时间”语言程序控制相结合,有效指导和控制放煤,将是完全实现“无人化放煤”的必由之路。基于以上研究,同忻煤矿现已与科研院所和高校进行合作,研发一种特殊的传感器——煤矸识别传感器,将其安装在支架尾梁上,收集撞击尾梁产生的振动信号,进一步剖析顶煤和矸石对尾梁的振动信号,进一步感知、分析和识别,实现对煤和矸石的智能感知,确定煤矸分界面,从而通过程序命令控制尾梁的摆动次数和时间,控制液压支架停止放煤的时间。

5 结语

(1)同忻煤矿8309智能化综放工作面成功应用实现了采煤机自动割煤、支架自动跟机、自动放煤及工作面设备远程集中控制,证明了综放工作面成套设备远程成组协同控制技术的可行性,为特厚煤层综放工作面智能化开采积累了经验。

(2)通过将8309智能化综放工作面与8307综放工作面进行比较,突出了智能化开采在顶板管理、回采率、设备维护及人员劳动强度等方面的优势。

(3)针对综放工作面智能化开采遇到的问题,提出了综放智能化工作面支架自动找直和智能放煤优化决策等关键技术,为后续综放智能化工作面发展提供了方向。

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Research and practice of intelligent mining in fully mechanized caving face in extra thick coal seam

Wu Yajun, Wang Yajun, Yang Shuxin, Qu Wenzhong

(Tongxin Coal Mine Co., Ltd., Jinneng Holding Coal Industry Group, Datong, Shanxi 037000, China)

Abstract In the field of intelligent fully mechanized caving mining technology, Tongxin Coal Mine had actively explored the intelligent technology in fully mechanized caving face with large mining height in extra thick coal seam, such as automatic coal cutting, automatic support following, automatic caving and intelligent control. SAC electro-hydraulic control system was applied to 8309 intelligent fully mechanized caving face, and the support automatic following and the control of adjacent frame, separated frame and group operation were realized by setting different parameters. On the basis of the geological conditions of the extra thick coal seam in Tongxin Coal Mine, the automatic top coal caving by the support was realized by using the travel sensor and time control. By editing 22 kinds of automatic cutting state of shearer and adjusting automatic parameters, the automatic coal cutting of shearer was realized. The SAP pump station control system was used to control the pump station, and the centralized control center was built to realize the remote control and one key start-stop of the equipment at the working face. The comparison between 8309 intelligent fully mechanized caving face and 8307 normal working face showed that intelligent fully mechanized caving mining had obvious advantages in many aspects, such as surrounding rock coupling, recovery rate, equipment maintenance, personnel allocation and labor intensity.

Key words extra thick coal seam, fully mechanized caving face, intelligent mining, unmanned mining, cooperative control

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引用格式:吴亚军,王亚军,杨树新,等. 特厚煤层综放工作面智能化开采研究与实践[J].中国煤炭,2019,45(11):49-57.doi:10.19880/j.cnki.ccm.2020.11.007

Wu Yajun, Wang Yajun, Yang Shuxin, et al. Research and practice of intelligent mining in fully mechanized caving face in extra thick coal seam[J].China Coal,2020,46(11):49-57.doi:10.19880/j.cnki.ccm. 2020.11.007

中图分类号 TD823.97

文献标识码 A

作者简介:吴亚军(1986-),男,山西兴县人,工程师,本科学历,现任职于晋能控股煤业集团同忻煤矿有限公司,主要从事煤矿安全生产管理工作。E-mail: 13994364689@163.com。

(责任编辑 路 强)