煤矿综采工作面自动化技术探究

田成立

（山西辰城建设工程有限公司，山西阳泉 045000）

0 引言

随着我国经济快速发展，对资源的需求量日益提升。煤炭资源受到广泛关注，但是我国煤矿开采存在不少问题[1]。即高产量、高死亡率；煤炭企业较普遍存在“采厚齐薄”、“吃肥丢瘦”的现象，煤炭资源浪费大；我国煤矿瓦斯突出、瓦斯爆炸、顶板事故发生频率较高。

1 综采工作面自动化系统基本构成

综采工作面自动化设备主要分为两大部分：（1）主采机组：采煤机、刮板机、工作面液压支架、乳化液泵站；（2）转载运输：转载机、破碎机、皮带输送机、超前支护支架。在工作系统中，采煤机、刮板机、工作面液压支架是工作面设备。支架所起的作用各不相同，端头支架主要支护端头空间巷道围岩，保护输送机机头和机尾；超前支架主要对两侧巷道围岩进行超前支护；破碎机骑跨在转载机上，把工作面运来的煤体经过破碎后，转载到皮带输送机然后运走，皮带输送机的机尾属于自移式，能随工作面自行移动；乳化液泵站是工作面液压支架的动力源；喷雾泵站主要给采煤机、刮板机、转载机等供应冷却水和喷雾压力水。

1.1 自动化系统构成

性能优越的综采工作面系统通常由：自动控制系统、传感器系统、计算机系统、设备工况检测和故障诊断系统、电液控制系统直线控制系统、集中控制系统等多种自动化技术的综合应用。综采工作面自动化重点技术有：工作面液压支架的电液控制技术、刮板机直线推进技术、煤层与岩石分界技术、自动采煤技术、工况监测技术、故障诊断技术、顺槽控制技术[2]。

1.2 自动化系统的功能与目标

自动化系统实现主要功能是采煤机自动记忆采煤；支架自动推溜与拉架；综采工作面输送机负载自动识别控制。其次，重要设备必须具有数据传送通讯能力，且能和多种通讯系统和接口进行双向传送数据。以此实现对所有设备的主要工作参数（如：温度、电流、速度、位置等）实时控制，并能够与其他设备进行信号交换，能够信息共享及联锁控制。自动化系统实现目标是综采工作面的生产作业自动化，以此实现降低劳动强度、增大煤矿开采量；对自动化系统构成设备进行实时在线监测，及时发现故障或隐患，以便采取对应措施。以此避免设备损坏，保障设备运转率；把工作面的相关生产信息及时准确传送到井上，通过计算机网络完成共享，从而实现生产信息化管理。

1.3 综采工作面自动化系统控制要求

综采工作面是煤矿生产一线阵地，其工作环境复杂多变，工序较多，所以对自动控制要求相对较高。综采工作面系统通过远方控制与就地控制，就地分部开车、检修开车等方式对综采工作面进行监测和控制[3]；控制系统需要实现能够在地面直接控制井下综采设备（如：破碎机、运输机、转载机等），同时能控制开关、泵站等；自动辨别煤流，有煤流时，皮带输送机运行，反之，停止；良好的故障诊断性能；自动化系统对重要设备具有视频监控功能。

1.4 综采工作面生产作业自动化

1.4.1 采煤机控制

生产作业中，采煤机需要根据存储参数自动运行，无需人工操作。采煤机的自动控制通常分为牵引控制、滚筒高度控制。控制方式的选用取决于综采工作面的地质状况。首刀限制。采煤机控制装置对第一刀割煤的参数进行存储，与后续的进刀参数做对比，加以限制，禁止割煤超出存储尺寸；恒定工作面断面割煤作业；记忆割煤。即运用存储器中存储的人工截割相关数据进行割煤作业。人工操作可随时修正记忆数据，以适应工作面的变化；传感系统控制。

1.4.2 综采工作面输送机负载控制

根据输送机电机工作电流或刮板链条的受力大小监控综采工作面输送机的负载，自动调整采煤机的速度，实现调整落煤量。倘若电流过大或刮板链条受力太大，输送机控制系统向采煤机发信号，使采煤机降低速度或停止运行。

1.4.3 液压支架的控制

液压支架通过电液控制系统实现。电液控制系统采用PM4控制器，在割煤作业中，岁采煤机的行进系统控制支架的液压系统，按采煤工艺要求完成一系列动作。可实现单台液压支架的多动作自动顺序联动及成组自动控制。

依据采煤机所处位置需先推溜后移架。此时，采煤机需把自身位置数据传送到液压支架的控制装置。一般情况下，液压支架接收器通过采煤机上的红外线信号，确定其位置。每个液压支架都设置有接收器，信号传送到液压支架控制装置，从而实现支架的运动功能。

2 综采工作面自动化系统的应用

部分国家（如：英国、澳大利亚等）已经进行自动化采煤。自动化开采煤层，对煤体要求高，要求煤层坡度平缓、顶板稳定性好、采高偏差小。一般综采工作面不易实现。神东煤炭分公司率先实现综采工作面自动化采煤。先后榆家梁煤矿45204、哈拉沟煤矿02203半截深自动化工作面；补连塔煤矿31306双向全截深自动化工作面。综采工作面应用自动化技术可有效提高工程质量、减轻综采职工的劳动强度；发挥先进设备功效，产量得到大幅度提升。

3 综采工作面自动化系统有待完善

（1）液压支架联动时，对片帮煤影响比较大，需要支架工作者随时检查支架前面是否有阻碍（如：大块煤），以免挤伤电缆。（2）综采自动化采煤队煤层要求偏高，仅适宜煤层较平缓、顶板可靠稳定、采高相对固定的井巷，普及性较差。

4 小结

由于煤矿作业环境恶劣，制约煤炭生产的发展[4]。而工作面实现自动化有利于煤矿企业高产、高效发展，还能减轻开采员工的劳动强度、减少事故发生率。因此，研究综采工作面自动化开采技术意义重大。

［1］方新秋，何杰，郭敏江，等.煤矿无人工作面开采技术研究［J］.科技导报，2008（09）：56-61.

［2］夏护国.自动化综采工作面技术应用［J］.陕西煤炭，2007（01）：59-60.

［3］刘万东.煤矿综掘、综采工作面自动化技术发展趋势探讨［J］.科技与企业，2012（19）：334.

［4］伍小杰，杨刚，葛娟，等.煤矿掘进工作面自动化技术研究［J］.煤矿机电，2010（02）：41-43.