煤矿井下无人化综采关键技术研究

祁世龙

（阳煤集团寿阳开元矿业有限责任公司，晋中 寿阳 045400）

随着综采作业技术的不断进步，煤矿井下的综采机械设备不断增多，为了满足新增机械设备的运行需求，在不同的综采段采用了不同的综采工艺，虽然整体上煤矿综采的机械化水平得到了提升，但由于综采采用了孤岛作业，并未形成统一的联合运行控制模式，各种设备运行时无法自动调整，而且人工调整的速度慢、精度差、效率低，导致煤矿井下的作业人员数量和综采经济性并未得到实质性的提升，无法满足煤矿井下智能化综采作业的需求[1]。

本文通过结合煤矿井下的实际需求，从提升煤矿井下综采作业安全性和经济性的角度出发，提出了一种新的煤矿井下无人化综采作业技术，建立了井下智能化综采控制系统，实现了对井下综采作业设备的联动运行控制。

1 煤矿井下智能化控制系统

以煤矿井下综采面为例，其常用的机械设备主要包括采煤机、刮板输送机、液压支架、转载机、破碎机、泵站等。在综采作业过程中，需要这些设备进行相互配合，才能满足综采作业的安全性需求，为了实现对井下综采作业设备的联合运行控制，根据井下综采作业流程，提出了一种新的智能联动控制系统，其整体结构如图1所示[2]。

由图1可知，采煤机智能控制系统的核心是将各类综采设备的控制系统进行集成，实现综采数据的共享，为实现联动运行控制奠定了基础。该系统的模块化程度高，且采用了开放式的通信接口，能够根据不同煤矿的实际需求进行组合，具有极高的扩展性。

图1 采煤机智能控制系统结构

2 各模块功能分析

该控制系统主要包括支架主控计算机、输送机控制器、采煤机控制器、负荷中心、三机监控系统、综采面控制器、系统集成主机等模块，各个模块间相互配合，共同确保煤矿井下综采作业的顺利进行。

支架主控计算机主要对液压支架的运行状态进行井下监测和分析，并将监测结果反馈给智能控制系统，系统再结合采煤机和液压支架的相对位置，发出对应的调节控制指令，支架主控计算机接收到控制指令后，对支架的支护状态进行调节，以满足液压支架随采煤机自动调整的需求[3]。

采煤机控制器主要由各类监测传感器和控制系统构成，主要用于对采煤机的截割作业状态的实时监控，同时在控制系统中还设置有记忆截割控制逻辑，使采煤机能够按预定的截割逻辑进行自主截割作业。系统将监测到的采煤机运行状态和位置信息传输到智能控制中心，以作为调整液压支架和刮板输送机运行状态的依据。同时，控制器能够根据控制中心反馈的控制信号来调整采煤机的运行情况，从而实现采煤机、刮板输送机的智能联动控制。

井下“三机”监控系统主要用于对液压支架、采煤机、刮板输送机运行状态的联合监测。泵站集控系统主要对泵站的电机运行状态、液压乳化液温度、泵站压力、电磁阀控制电流等进行监控，根据监测信息进行预警和自动配比，以满足井下设备的供液安全性需求[4]。

此外，该控制系统中还设置有声光报警功能，当系统出现故障后会自动进行声光报警，并显示故障信息，为工作人员快速处理故障提供依据。

3 应用效果分析

将该智能控制系统投入应用后，对2020年8月—2020年10月间煤矿井下的实际运行状态进行了对比分析。将支架的理论移动距离设定为800 mm，再根据各个设备之间的配合情况，判断该系统的应用效果。当支架移动的距离小于700 mm时，需要进行人工移架调整；当支架的移动距离大于800 mm时，则不需要进行人工调整。因此，当支架移动距离小于700 mm时判断为不合格。实际测量的支架移动状态分布如图2所示。

由图2可知，支架移动距离大于700 mm的比例分布高达92.8%，证明该集中控制系统具有较高的控制精度和可靠性。

图2 支架位移分布图

在调整过程中，支架自动控制移动的时间小于12 s，合格比例达到了87.9%，整体调整的时间比人工调整时间缩短了约30.2%，极大地提升了支架自动调整的效率和稳定性，其移动时间分布如图3所示。

图3 支架自动调整时间分布图

该智能化控制系统投入运行以来，能够对井下各综采设备的运行情况进行统一监测和调整，实现了以采煤机截割作业为核心的综采联动运行，使刮板输送机的一次调整到位率由78.4%提升到了目前的100%，实现了综采面各设备的自动运行控制，为实现“无人化”综采作业奠定了基础，具有极大的应用推广价值。

4 结论

1）该智能控制系统的核心是将各类综采设备的控制系统进行集成，实现综采数据的共享，为实现联动运行控制奠定了基础，具有极高的扩展性。

2）该控制系统主要包括支架主控计算机、输送机控制器、采煤机控制器、负荷中心、三机监控系统、综采面控制器、系统集成主机等，各个模块间相互配合，共同确保煤矿井下综采作业的顺利进行。

3）该系统能够将井下液压支架组的一次调整到位率提升到92.8%，将支架组的移架时间提升30.2%，将刮板输送机的一次调整到位率提升到100%，显著提升了煤矿井下的自动化综采效率。