煤矿智能化掘进工作面装备技术的应用

煤矿智能化掘进工作面装备技术的应用

张旭东

华电榆林煤炭工程技术有限公司 陕西省榆林市 719000

摘要：煤炭开采过程中，掘进工作面受威胁程度远远大于采煤工作面，掘进作业人员长期处于高温、高湿、高浓度粉尘的作业环境中，身体健康受到严重影响；掘进工作面均独头施工，瓦斯突出（爆炸）、顶板冒落、巷道突水等灾害对掘进作业人员生命健康威胁巨大。目前，大多数综掘巷道基本都采用掘进分离作业进行施工，在掘、支、锚、运一体化或成套化装备未能大面积推广前，智能化掘进装备技术的研究对提升掘进工作面作业水平和降低工人劳动强度具有重要的、现实的意义。

关键词：煤矿智能化；掘进工作面；装备技术

1掘进工作面自动化发展现状与改进方向

1.1掘进工作面自动化发展现状

目前，全国大部分矿井都在提高矿井自动化水平，但是掘进工作面自动化水平仍然比较低下。其主要原因是掘进工作面涉及的点多面广，搬家倒面比较频繁，设备布置较为分散，实现自动化控制比较困难。随着掘进工作面向前推进，胶带输送机数量逐步增加，必须给每部胶带机配备胶带机司机，负责胶带机的启停和巡视;当掘进工作面推进至1km以上时，局部通风机及配电硐室与工作面距离越来越远，就必须配备专人看守局部通风机和配电硐室，负责对局部通风机监控与切换，对配电设备日常检修与试验^[1]。所以，当前多数煤矿企业通过对胶带输送机、局部通风机以及配电设备进行自动化改造，实现远程集中监控，以此来达到减员增效的目的。掘进工作面在生产时，连续掘进机开拓巷道，掘出的煤通过梭车运输至给料破碎机，给料破碎机破碎加工后卸料至胶带输送机，胶带输送机将煤运到地面。目前，煤矿企业在连续掘进机的远程化控制，梭车的无人自动驾驶，给料破碎机与梭车的联动启停方面尚没有突破性进展，仍采用传统的人工操作。

1.2掘进工作面自动化改进方向

现代化矿井在保障安全、提高效率、降低成本方面主要依靠减员增效的手段，掘进工作面的自动化改进方向也主要集中于此。首先，将掘进工作面的输送胶带机、局部通风机、配电设备乃至排水设备等全部实现集中监控，将此类低技能型岗位工全部由计算机、摄像头、传感器等感知设备代替，从而达到减员增效的目的。其次，通过对给料破碎机与梭车进行自动化改造，使给料破碎机与梭车之间、梭车与连续掘进机之间实现联动，使梭车实现无人驾驶，从而达到减员节能的目的。最后，对连续掘进机进行自动化改造，使连掘机具备自主导航、自动掘进的能力，通过连掘机司机的远程干预，使连掘机可以在复杂的地质条件下完成巷道开拓，从而使连掘机司机远离恶劣的工作环境，提升安全生产能力^[2]。

2煤矿智能化掘进工作面装备技术的应用

2901上顺槽二2煤层厚度最大为2.8m，局部受断层影响，最小煤厚为1.46m，平均2.37m。煤岩类型：黑色，金刚、土状光泽，断口平坦，贝壳状，粒状及透镜体结构，块状构造，以亮煤为主，含少量镜、暗煤，半光亮型，内生裂隙发育。2901工作面整体为一单斜构造，工作面里段发育一宽缓的向斜褶曲，地层倾角3°～24°，平均15°。

2.1集控中心系统

为实现远程操作控制，分别在地面调度中心和2901上顺槽车场风门外设置2处集中控制中心。①地面集控中心配备1台自动化主机、1台Web服务器、2台22英寸显示器，分别显示监测数据及动态视频等设备运行工况；②井下专用硐室集控中心配备2台工控机、2台19.5英寸显示器，通过万兆网与地面集控中心同步显示运行工况，实施开停、监控与操作功能。监测数据、故障及异常信息均可同步上传至2处集控中心显示终端，有利于故障分析、超前预判及处理。支持Web访问功能，配备智能矿山手机App，可通过手机终端查询信息。

2.2EBZ200S型智能化掘进机

2901上顺槽设计配置1台EBZ200S型智能化掘进机，该掘进机采用先进的检测、数据处理、组合通信及智能控制技术，实现掘进机智能化控制。掘进机安装有智能供电、视频监控、惯性导航、三维扫描、人员闯入安全预警及防碰撞等系统；具备本机操作、视距操作、超视距操作及地面集控中心操作4种操作方式，可实现远程一键启动、自主定位(记忆）截割、自主纠偏、巷道三维建模、人员闯入安全预警及报警停机、防碰撞等功能。

2.3DWZY1000/1200自移式带式输送机机尾

为彻底解决机尾拉移困难、耗时及固定问题，工作面安装一套DWZY1000/12000型自移式带式输送机机尾。①自移式带式输送机机尾配备独立动力系统，具备一键跟机拉移机尾、机尾调偏功能；②该机尾可通过本机操作、遥控器遥控、远程操作、集控中心地面操作4种操作方式实现自移，具备调偏功能；③与输送带转载部分搭接行程长，减少拉移次数，降低劳动强度，整体可抬升，方便清除输送带下方积煤；④无需地锚固定，缩短辅助作业时间，节约生产成本。

2.4智能化组合控制开关供电

掘进机及自移机尾均通过安装在自移式带式输送机机尾上的KXJ1000/1140-9型智能组合开关进行供电。智能组合控制开关横跨固定在自移式机尾尾部，为掘进机、带式转载机、自移机尾等设备集中供电；通过程序控制，自移机尾和掘进机实现电气闭锁，防止两者同时工作，避免发生碰撞，且该开关可实现掘进机和自移机尾的电气闭锁，实现供电安全可靠

^[3]。

2.5安全预警系统

人员防入侵系统和UWB无线定位系统构成了安全预警系统。工作面生产期间，为防止人员闯入危险区域，智能化系统安装有一套人员、设备安全预警系统，具备人员进入预警和停机功能；同时掘进机与自移机尾安装有防碰撞系统，可防止设备碰撞损坏。该系统可根据人员闯入位置实现安全预警和报警停机功能，保证了智能化掘进工作面的人员本质安全。

2.6DX100/69P型蓄电池单轨吊

为减少物料运输时间，降低职工劳动强度，提高物料运输效率，该工作面安装1套DX100型蓄电池单轨吊作为掘进工作面后配套辅助运输设备；采用DX100/69P型蓄电池单轨吊+轻型单轨吊量模式的辅助运输系统，配套安装1套泄露通信系统，可实现单轨吊远程通信与调度，解决了掘进工作面辅助运输问题，提高了物料运输效率。

2.7CMM2-25型液压锚杆钻车

为解决打钻困难、噪声大的问题，该工作面设计安装1台CMM2-25型煤矿用液压锚杆钻车。该锚杆钻车自带临时支护及双臂液压锚杆钻臂，可进行大范围的临时支护及锚杆一次性紧固，分别解决了工作面临时支护机械化及永久支护机械化问题^[4]。同时可进行多角度、全方位巷道支护锚杆及锚索孔的施工，具有提升支护安全、提高劳动效率、降低劳动强度、减少噪声危害的优点。

结束语：

通过对智能化掘进装备技术的研究，在设备选型、科学配套、优化设计、实践等方面得到了全面、科学、充分、合理的应用，有效促进了煤矿生产，提高了作业效率，创造的效益非常可观。煤矿智能化掘进工作面装备技术的智能化、集成化、系统化、无人化是自动化技术发展的必然趋势，对于煤炭行业的机电人员都具有学习、借鉴和应用的价值。

参考文献：

[1]杨少雄.煤矿综合机械化掘进系统智能化建设要点探讨[J].内蒙古煤炭经济,2021(07):10-11.

[2]闫明,曹小辉,李鹏.煤矿掘进工作面自动化技术分析[J].内蒙古煤炭经济,2020(05):77.

[3]赵崇良,安保润,顾兆富.综掘工作面智能化开采技术研究[J].中国金属通报,2019(07):36-37.

[4]符如康,张长友,张豪.煤矿综采综掘设备智能感知与控制技术研究及展望[J].煤炭科学技术,2017,45(09):72-78.