煤矿智能化掘进工作面应用分析

高 鹏

（山西焦煤霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿，山西 吕梁 033102）

1 概述

山西焦煤霍州煤电集团吕梁山煤电有限公司方山店坪煤矿2072 巷位于二采区西部，巷道从830系统大巷开口向西掘进，与207 工作面切巷贯通。巷道南北两侧分别与205、209 工作面相邻，巷道掘进区域上部为5#煤层采掘区域。5#、9#煤层之间垂直间距为60 m。

2072 巷掘进煤层为9#煤层，含有1～3 层夹矸，夹矸为砂质泥岩，夹矸厚度为0.2～0.45 m，平均厚度为0.38 m。煤层顶底板岩性见表1。

表1 2072 巷掘进的9#煤层顶底板岩性表

2 智能化掘进装备

根据2072 巷地质条件、煤层赋存以及巷道断面规格，决定2072 巷采用智能化掘进工艺[1-5]，配套设备主要包括EBZ260S 型掘进机、DWZY1000/1200 型自移式输送机机尾、PLC 集中控制系统以及CMM2-25 型双臂液压锚杆钻车和DX100/69P 型蓄电池单轨吊。

2.1 EBZ260S 型掘进机

（1）掘进机结构及功能。该掘进机安装了智能供电、远程视频监控、无线通讯、导航、三维扫描以及安全预警等系统，利用远程控制、无线通讯等技术实现掘进机智能化控制。掘进机具备近距离操作、远距离操作和远程集中操控等控制模式，能够实现一键启动、记忆定位切割以及自动纠偏、巷道三维建模、碰撞报警、安全预警等功能。掘进机内部系统布置如图1。

图1 EBZ260S 型掘进机各类传感器布置示意图

（2）掘进机智能切割方式：① 人工远程操作。利用遥控器以及安装在顺槽内的远程台进行掘进机远程截割动作，掘进机在远程操控过程中可通过远程台实时观察掘进机运转情况。② 定位截割。定位截割主要对智能化掘进系统调整截割参数，如巷道尺寸、掘进高度以及采煤机参数（铲板宽度、截割量等），然后通过系统计算实现定位截割。③ 记忆截割。主要根据上一循环掘进机截割工序、轨迹，并储存至系统内，掘进机在进行下一循环截割时根据上一循环截割记忆进行掘进。

2.2 PLC 集中控制系统

集中控制系统分别安装在2072 巷内和地面调度室内：

（1）地面集控系统设备配置。地面集控系统内安装一台上位机、一台显示器、打印机。上位机内安装专用组态软件，并利用显示器直观显示井下掘进设备布置情况以及运行状况；打印机主要对设备运行情况生成报表。

（2）井下集中控制系统设备配置。井下集中控制系统内安装两台上位机以及两台显示器，利用工业千兆以太网与地面集中控制系统进行数据传输，实现井上下监控画面、数据同步显示。

2.3 DWZY1000/1200 型自移式输送机机尾

传统掘进工作面带式输送机机尾与转载机直接搭接，当需延伸带式输送机时需人工拉尾，工序复杂，劳动作业强度高。DWZY1000/1200 型自移式输送机机尾实现了追机移尾、自动纠偏功能，结构及工作原理如下:

（1）结构组成。DWZY1000/1200 型自移式输送机机尾主要由尾滚筒、储带滚筒、控制器、储带电机、输送机定位装置、行走部等部分组成。储带滚筒内储存需延伸的输送带，可储带长度为30 m；控制器与掘进机智能控制系统连接；输送机定位装置主要监测输送机机尾移动过程中直线度。

（2）工作原理。自移尾后方安装滑道，转载机通过跑车与滑道连接。当巷道掘进一定长度需延伸输送机时，通过智能控制系统控制自移尾控制器，控制器接收指令后通过行走部将自移尾前移，储带滚筒在电机控制作用下松带，实现输送机延伸的目的。自移尾移动到位后通过定位装置对输送机进行调偏，保证自移尾轴线与输送带中心线垂直。

2.4 安全预警系统

主要包括UWB 无线定位系统和防人员入侵系统。巷道掘进过程中通过无线定位系统监测掘进机半径为2.0 m 范围内是否有人员活动，当检测到人员时，掘进机控制系统立即停机并发出预警。同时，在掘进机机尾处安装防碰撞系统，防止自移尾与掘进机碰撞导致设备损坏。

2.5 CMM2-25 型液压锚杆钻车

传统液压钻机利用掘进机供电系统，支护时需人员站在掘进机上，且无临时支护装置，钻机独立性差、支护范围有限且支护安全系数低。 2072 巷的CMM2-25 型液压锚杆钻车主要由升降台、旋转台、临时掩护梁、双臂钻机、液泵等部分组成，该装置采用独立供电系统，在支护时通过升降台控制钻机高度，钻机可通过旋转台实现多方位进行支护。采用该套装置进行支护时，不仅支护劳动强度小，而且支护安全系数高。

3 实际应用效果分析

3.1 经济效益

（1）缩短掘进工期。通过对2071 巷掘进对比分析发现，采用传统机械化掘进工艺时，巷道单进水平为180 m/月，而2072巷采用智能化掘进工艺后，单进水平提高至245 m/月，缩短了巷道掘进周期，有效缓解了煤矿采掘工作面交替衔接紧张局面。

（2）降低劳动强度。采用传统机械化掘进工艺时，巷道需配备不少于8 名施工人员，1 名掘进机司机，3 名支护工，2 名皮带司机以及2 名皮带延伸工；采用智能化掘进工艺后，工作面内仅需4人，1 人设备操作控制，2 名支护工，1 名巡检工。

3.2 安全效益

2072 巷采用智能化掘进工艺后，操作人员远离工作面在新鲜风流中的操控室内对巷道掘进机割煤、输送机延伸进行远程控制，操作人员减少了与粉尘接触时间，有利于施工人员的身体健康。智能化掘进系统具有预警系统，能有效防止人员进入掘进区域而发生事故。

4 结论

（1）2072 巷采用智能化掘进工艺后，设备采用单轨吊运行，避免了传统设备安装难度大、占用空间量大、设备移动困难等技术难题，同时有效提高了后期设备回撤速度。

（2）智能化掘进系统采用识别卡与红外联合控制，提高了掘进系统安全系数，由原来的现场供电方式优化为后巷遥控配电，保证了供电安全，提高了工作效率。

（3）采用远程操控系统可对掘进工作面设备进行监控，实现了设备无人值守、远程巡检的目的，确保工作面智能化设备间具有较好的联动性，从而提高各设备运行安全性能。