新元礦自動化工作面

高瓦斯突出礦井綜采工作面自動化系統(tǒng)的研究與應(yīng)用

2013-11完成單位：山西新元煤炭有限責(zé)任公司主要完成人員：崔建軍、李偉林、劉瑋、付書俊、樊國成、管俊才、郗新濤、王書明、李霄尖、荊保平、于天柱、袁大小、柳軍濤、崔志芳、李曉林匯報人員：李曉林研究背景及意義針對近年來煤礦安全事故頻繁發(fā)生的情況，國務(wù)院下重令要求全面提高煤礦開采技術(shù)整體水平。提高設(shè)備的運行管理和維護水平，降低運行管理費用，減輕工作人員的勞動強度，提高各種信息的傳輸和分析能力。對提高工作面生產(chǎn)效率，提高安全生產(chǎn)指標具有重要意義。

山西新元煤炭有限責(zé)任公司綜采系統(tǒng)裝備的機電設(shè)備技術(shù)先進、產(chǎn)運量大。此外，新元礦區(qū)煤層傾角小、設(shè)備可靠性高，是綜采面實現(xiàn)自動化的良好基礎(chǔ)，作為陽煤集團高產(chǎn)高效礦井的典型代表，新元公司310205自動化綜采工作面從2012年10月18日開始試生產(chǎn)，一年來，克服初期礦山壓力大、壓力傳感器損壞、安全閥動作頻繁等問題，積極與廠家配合尋求改進辦法，迅速掌握了自動化設(shè)備的使用技術(shù)。自動化工作面在安全管控、生產(chǎn)組織、成本管控、配件消耗、勞動用工等方面均取得了良好的實效，增強了公司綜合競爭力。新元公司310205自動化綜采工作面也為集團公司推進煤礦產(chǎn)業(yè)升級、建設(shè)自動化礦井進行了有益的探索。

143工作面條件概述56遠程供液、配液系統(tǒng)液壓支架跟機作業(yè)瓦斯監(jiān)測與采煤機速度控制系統(tǒng)工作面及其巷道礦壓監(jiān)測系統(tǒng)提綱工作面設(shè)備總體配套

27采煤機自動控制和記憶截割89效益分析不足及需要改進之處1、工作面概況

新元公司310205工作面沿3#煤布置，可采走向長度2105米，采長240米，平均煤厚2.85米，平均傾角3°，煤炭可采儲量210萬噸。最大涌水量為20m3/h，正常涌水量為0.5-3.0m3/h。工作面綜采前通過三維地震和坑透。瓦斯絕對涌出量：35.83m3/min；相對涌出量：5.94m3/t，煤層有爆炸危險性，無自燃發(fā)火傾向。

2012年10月18日，安裝完畢并開始試生產(chǎn)。實現(xiàn)采煤機牽引速度與瓦斯?jié)舛嚷?lián)動控制、記憶截割、支架跟機作業(yè)、遠程供配液、運輸系統(tǒng)集中監(jiān)控、視頻監(jiān)測監(jiān)控、礦壓觀測、語音通訊等自動化。2、工作面設(shè)備總體配套主要配套設(shè)備液壓支架：ZY6800型162架，配套天瑪SAC型電液控系統(tǒng)采煤機：MG400/930配套CLX01型動力載波信息傳輸轉(zhuǎn)載機：SZZ1000/400加裝ZQS127-Z監(jiān)控系統(tǒng)工作溜：SGZ1000/1400加裝ZQS127-Z監(jiān)控系統(tǒng)乳化液泵：BRW400/31.5遠距離集成供液集中控制：天瑪監(jiān)測監(jiān)控、KTC101型工作面通訊、CLX01型采煤機順槽監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)SAC型電液控制系統(tǒng)2、工作面設(shè)備總體配套3、瓦斯監(jiān)測與采煤機速度控制系統(tǒng)工作面瓦斯監(jiān)測與采煤機速度控制系統(tǒng)在工作面最后一架上安裝瓦斯檢測儀，并把瓦斯檢測儀檢測到的瓦斯實時數(shù)據(jù)通過綜合接入器傳送到順槽監(jiān)控主機，并通過順槽監(jiān)控主機傳送到采煤機控制集控主機，采煤機集控主機依據(jù)工作面瓦斯?jié)舛鹊拇笮∵M行采煤機速度的控制。綜采工作面瓦斯?jié)舛葯z測與采煤機速度控制系統(tǒng)連接圖3、瓦斯監(jiān)測與采煤機速度控制系統(tǒng)依據(jù)瓦斯?jié)舛冗M行采煤機速度實時調(diào)整與控制當(dāng)瓦斯?jié)舛刃∮谧钚￠y值時，提高采煤機割煤速度；當(dāng)瓦斯?jié)舛却笥诟呶婚y值時，降低采煤機速度，當(dāng)瓦斯?jié)舛却笥谧畲蟾呶婚y值時，停止采煤機割煤。在設(shè)置采煤機最大高位閥值時，應(yīng)設(shè)計足夠的安全余度。綜采工作面瓦斯?jié)舛扰c采煤機速度關(guān)系曲線圖3、瓦斯監(jiān)測與采煤機速度控制系統(tǒng)帶來的好處通過瓦斯與采煤機速度的關(guān)聯(lián)，為分析高瓦斯礦井瓦斯、采煤機割煤速度和工作面壓力提供了基礎(chǔ)的分析數(shù)據(jù)，為合理的設(shè)計采煤機割煤速度提供了科學(xué)依據(jù)，最大潛力的發(fā)揮工作面生產(chǎn)效率。特點是我國首次使用工作面瓦斯?jié)舛扰c采煤機速度進行關(guān)聯(lián)控制研究，在保證礦井安全生產(chǎn)的前提下，最大限度的提高了高瓦斯礦井的煤炭生產(chǎn)能力。4、采煤機遠程控制和記憶截割功能采煤機遠程控制和記憶截割功能

通過在采煤機上增加左右搖臂的采高傳感器、行走部的位移傳感器、傾角傳感器、程序卡、順槽遠程控制軟件、采煤機自動化控制軟件，以此來實現(xiàn)在順槽控制采煤機啟停、方向、速度、采高的控制功能，并實現(xiàn)采煤機的記憶截割功能。

5、液壓支架跟機作業(yè)跟機自動化控制系統(tǒng)依據(jù)采煤機位置，按照采煤工藝對支架的要求，按照人工操作支架的流程，依據(jù)支架按照壓力、行程和傾角傳感器實現(xiàn)支架的自動控制，配置視頻監(jiān)視系統(tǒng)監(jiān)視支架動作情況，實現(xiàn)工作面液壓支架跟隨采煤機割煤方向自動執(zhí)行升降、推移和噴霧作業(yè)，實現(xiàn)支架跟機作業(yè)自動化。5、液壓支架跟機作業(yè)生產(chǎn)實踐實現(xiàn)了跟機收伸護幫板、跟機移架、跟機推溜和跟機噴霧等功能。經(jīng)過廠家的跟蹤調(diào)試，不斷完善軟件功能，目前跟機功能穩(wěn)定可靠，不丟架。帶來的好處在生產(chǎn)過程中,采用跟機自動化的液壓支架能夠自動完成液壓支架的護幫板收伸、移架和推溜等動作，操作人員僅需要對個別移架不到位的支架進行個別調(diào)整，大大降低了支架操作人員的勞動強度，也因此使原有工作面需要操作讓人員9人，減少到現(xiàn)在的5人，提高了勞動生產(chǎn)效率。特點是我國唯一能夠在每個生產(chǎn)班持續(xù)使用跟機自動化操作的工作面。6、遠程供液、配液系統(tǒng)遠程供液配液系統(tǒng)在距工作面1500米出的進風(fēng)口設(shè)置配液站，設(shè)置自動供液配液站，并將其工況信息發(fā)送到工作面監(jiān)控中心，由監(jiān)控中心的集成供液系統(tǒng)進行統(tǒng)一的管理。遠程供液配液系統(tǒng)供液配液控制器6、遠程供液、配液系統(tǒng)帶來的好處①縮短了近1500米的乳化液運輸距離；②減少了設(shè)備列車的牽引次數(shù)和難度，進一步保障了牽引操作安全；③減人提效。以前在遠程供液站放置了一個專門的看護人員，通過設(shè)計供液、配液和軟化自動控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了自動供水配液功能，實現(xiàn)了遠程供液站的無人值守，通過工作面監(jiān)控中心的泵站集中控制系統(tǒng)，還能夠?qū)h程供液站的運行工況實現(xiàn)在線檢測和故障報警，提高了供液系統(tǒng)的安全性能。④在支架操作過程中，當(dāng)系統(tǒng)流量和壓力降低時，通過變頻控制實現(xiàn)自動補液增壓。7、工作面及其巷道礦壓監(jiān)測系統(tǒng)工作面及其巷道礦壓監(jiān)測系統(tǒng)在工作面每臺液壓支架的立柱上安裝壓力傳感器采集工作面礦壓數(shù)據(jù)，在靠近工作面的頭巷和尾巷的單體立柱上分別安裝5個壓力傳感器采集巷道礦壓數(shù)據(jù)，通過工作面電液控制系統(tǒng)和綜采自動化系統(tǒng)將礦壓道經(jīng)過井下電液控主機存儲并通過數(shù)據(jù)上傳系統(tǒng)傳輸?shù)降孛娣?wù)器記錄、分析，生成曲線圖表發(fā)布。工作面與兩巷礦壓最大壓力變化曲線圖7、工作面及其巷道礦壓監(jiān)測系統(tǒng)帶來的好處根據(jù)工作面及兩巷的礦壓數(shù)據(jù)分析報表及圖形，進行工作面及其兩巷的壓力變化趨勢分析，找出工作面回采過程中的礦壓顯現(xiàn)和分布規(guī)律，采取相應(yīng)的對策，為工作面頂板管理和今后的支架選型提供科學(xué)依據(jù)。310205工作面初次來壓步距為24.5米，周期來壓步距為19.6米。瞬間最高壓力達到60MPa，最大壓力達到50MPa（8042KN）。工作面礦壓實時數(shù)據(jù)柱狀圖8、效益分析1）、減人提效：

新元公司綜采三隊310205工作面原用工176人，實行自動化工作面后用工變?yōu)?1人，共減員95人。原綜采三隊工效38.995噸/工，人均工資5344元。應(yīng)用自動化綜采技術(shù)后工效54.224噸/工，人均工資5889元。工效提高了15.229噸/工，提高幅度39.05%。人均工資增加545元/月，增幅10%。2）、材料成本下降明顯，噸煤成本降低4.08元/噸。自2012年10月18日至2013年9月底，310205工作面材料費實際噸煤成本為4.93元，比同等條件的普通綜采工作面噸煤成本降低4.08元，材料成本降低736.13萬元。其中：（1）配件費用：實際噸煤成本為1.08元/噸，比普通綜采工作面噸煤成本降低2.28元/噸。（2）油脂費用：實際噸煤成本為0.06元/噸，比普通綜采工作面噸煤成本降低0.34元/噸。油脂萬噸耗實際完成32.88公斤/萬噸，比普通綜采工作面降低182.43公斤/萬噸（3）乳化液費用：實際噸煤成本為1.02元/噸，比普通綜采工作面噸煤成本降低0.58元/噸。乳化液萬噸耗實際完成941.45公斤/萬噸，比普通綜采工作面降低766.22公斤/萬噸（4）其它材料費用：實際噸煤成本為0.61元/噸，比普通綜采工作面噸煤成本降低0.69元/噸。3）、人工成本：費用減少583.83萬元。310205工作面安裝調(diào)試后，綜采三隊生產(chǎn)人員因自動化工藝實際減少95人，月度減少職工薪酬費用50.77萬元，共減少人工成本583.83萬元。

9、不足之處及需要改進點新元公司310205自動化綜采工作面也有其不足的地方，即通過陷落柱、撓曲、斷層構(gòu)造時地質(zhì)條件復(fù)雜，頂板破碎維護困難，切割、拉架、頂溜困難，需要人工進行干預(yù)。頂板壓力大，工作面兩巷的超前維護仍是一個復(fù)雜的工序。瓦斯賦存極大，為煤與瓦斯突出礦井，310205工作面試生產(chǎn)至今瓦斯制約影響396小時，影響產(chǎn)量達11