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大采高综采面成套设备与关键技术的应用探究

2020-06-10 291 上传者：管理员

摘要：放顶煤传统工艺煤炭回收率相对较低，分层开采不但掘进工程量大，上下分层留有较长接续空挡，且假顶不易管理等，为解决上述问题，本文根据郭屯煤矿三采区厚煤层区地质开采条件，深入研究了深埋薄基岩6 m大采高综采面成套设备与关键技术，加快智能化建设步伐，逐步进行智能化装备升级改造，实现运输、跟机移架自动化，截齿截割记忆化，三机通讯集中化以及供电供液智能化等，为下一阶段“透明化”无人作业面的实施打下了基础。

关键词：
三采区厚煤层区
关键技术
大采高综采面成套设备
放顶煤传统工艺
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中国目前经济技术飞速发展，正处于产业结构调整和升级的关键阶段，在网络技术与传统产业深度融合发展的新形势下，各行业面临着产业的重大变革，智能技术与传统成套设备的融合，为产业转型和现代化建设服务，正成为一种日益重要的发展趋势。作业安全、工作环境等因素对煤矿行业的智能化技术和设备影响较大，因此，以实现无人化开采为目标的智能化技术和装备的发展，对我国煤矿工业的发展具有意义深远。

1、地质条件概况

郭屯煤矿三采区西南部为厚煤层区，煤层厚度平均6.13 m，该采区储量2 410万t，煤质优良。但由于工作面初采阶段基岩厚度相对较薄，煤层开采受松散层底部含水层威胁，若开采方法不合理，极易诱发矿井突水溃砂灾害。3301工作面：工作面走向长约1 120 m，倾向长195 m，煤层平均厚度约5.75 m，工作面储量约146万t，自切眼向外推采约380 m至向阳断层位置。工作面煤层倾角平均约4°左右，工作面整体为俯采，仅切眼向外120 m范围内受向斜构造影响局部为仰采。

2、智能工作面创新设计

2.1 采全高配套设备选型

根据相关专家对三采区厚煤层区开采论证，本区开采高度应在4.9～5.95 m之间，考虑到开采过程中0.2～1.4m厚伪顶板随时会坍塌，支护高度应6.3 m以上，最小高度应为2.8 m以上，根据矿山运输条件，选用ZY13000/28/63D型支架，重量约46.5 t。最小高度要在2.8 m以下。支架工作阻力大于13 000 kN。设备配置如表1。

表1 大采高配套设备表

2.2 装备智能化大功率采煤机

选用具有破碎滚筒和记忆截割功能的MG900/2245-GWD型采煤机，通过参数设置满足不同工作面的采煤工艺要求，工艺程序可以修改并配置；采煤机的智能功能有：采高精度和牵引速度相适应并自动调整，记忆采高精度上下浮动2.5 cm以内，线性插值达到预期目标，检测分辨率误差1 cm以内；刮板输送机运行参数超过额定参数时，自动实施对采煤机运行速度进行适当调节，或直接对采煤机实施闭锁控制，确保生产的连续或运算设备负荷不超限。通过上述功能可实现采煤机无人值守和智能化操作。

2.3 三机控制通讯子系统

集中控制转载机、运输机、破碎机及胶带机。考虑到数据传输可靠稳定性，通信接口采用双重RS485型，转载机、运输机、破碎机及胶带机之间通过MODBUS RTU通信协议，实现两两之间双向通讯，并且能够远程控制转载机、运输机、破碎机及胶带机的启停，实时监测设备的运行参数。自动化控制系统能够通过与负荷中心通讯获取三机各回路电流、电压数据，并在系统内测算出三机运行功率，在系统界面中进行显示。

2.4 工作面超前支护

工作面超前支护采用ZQL4000/20.6/45型超前单元支架，单元支架单轨吊机械手循环搬运系统，包括：单元支架、搬运机械手、动力单元、2个驱动及制动单元、离心式限速传感系统、液压控制及无线遥控系统、跟机电缆盘车、落地式管线缆拖架和开关列车同步移动（根据现场需要配置）等。单元支架走向剖面图如图1所示。

2.5 远程供电、智能供液系统

工作面采用远程供电、供液系统，供电、供液距离达1 200 m，负荷中心及供液中心设置于三采区进风巷，位置3301轨顺与3301胶顺之间，占用巷道长度为108 m，用于放置3301工作面所有移动变压器、远距离供液装置。

(1）远距离供电系统。供采煤机电源电缆自1#(KBSGZY-3150/10/3.3KV）移变到煤机组合开关采用两路MYP 3×120+1×70/3.3 kV高压电缆940 m，煤机组合开关至煤机电气控制箱采用MYP3.3/3×185+1×95+4×4高压电缆500 m；供工作面刮板输送机机尾电机用为MVFP-1.9/3.3-3×120电缆1 200 m；以上电缆均沿3301轨顺敷设。供破碎机及转载机组合开关位于负荷中心，采用两路MYP3.3/3×95+1×50电缆（单路940 m）负责破碎机及转载机供电；供工作面刮板输送机电机开关位于负荷中心，采用MVFP-1.9/3.3-3×120电缆1 200 m；以上电缆均沿3301胶顺敷设。

(2）远程供液系统。供液中心配置一套SZP03矿用乳化液自动配比系统，通过￠51供液管路、￠76回液管路实现工作面远距离供液。该系统主要包括以下主要部件：电动球阀、直流稳压电源、流量计、减压阀、相关油箱以及连接管路。控制器实时采集各个传感器的实时数据，经分析处理后，通过电动球阀自动配比并显示在操作界面。

图1 单元支架走向剖面图

图2 综采工作面分控中心(地面调度中心)

3、综采工作面分控中心

综采工作面分控中心能够集成和远程控制液压支架、转载机、运输机、破碎机、胶带机、采煤机等一系列机械设备，在控制面板上实时显示监测数据。当相关设备出现故障时，各子系统能单独运行，不会对开采计划产生影响。通过以太网络协议，能够显示和存储布置在采煤机、液压支架等相关部位的监控视频，根据软件系统设计的局域网网址，将软件控制系统的实时界面与网站共享，通过浏览不同的网页，实现不同系统功能的监测，解决了监测系统地域性问题，能够在紧急情况下及时作出反应。此外，为了集中控制工作面相关机械设备，装备以太网传输和液压制动的ZE07型电液控制系统，使工作面朝着智能化、少人化以及无人化趋势发展。综采工作面分控中心如图2所示。

4、结语

煤矿井下工作面减少安全事故的唯一途径就是智能化控制，本文阐述了郭屯煤矿3301工作面，采用运输、跟机移架自动化，截齿截割记忆化，三机通讯集中化以及供电供液智能化等成套设备，通过装备ZE07型电液控制系统的分控中心远程控制，可实现与三机联动、自动化控制，应用超前单元支架，形成临矿首创大采高智能化工作面。该技术可在国内同类大采高综采自动化工作面进行推广应用，提高开采安全性和煤炭资源回收率，推进智能化工作面建设。

孟彬.大采高智能化工作面综采成套设备及关键技术研究[J].矿业装备,2020(03):218-219.