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山西省煤矿智能化建设典型案例汇编(2023年)
斜沟煤矿千万吨级矿井智能化综采工作面建设
山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿
(一)矿井概况
山西西山晋兴能源有限责任公司斜沟煤矿成立于2003年10月21日,位于革命老区兴县魏家滩镇,是国家“十一五”规划重点建设的十个千万吨级矿井之一和山西省重点工程。井田属于河东煤田离柳矿区,井田面积82.64km®,可采储量14.77亿吨,设计生产能力1500万吨/年,设计服务年限75.7年。矿井采用斜井开拓方式,主要开采8#煤和13#煤,其中8#煤采用一次采全高采煤法回采,13#煤采用放顶煤采煤法回采。8#煤平均厚度4.87m,顶板为砂岩,比较稳定,底板以泥岩为主,岩体质量良中等。13#煤平均厚度13.88m,顶板以砂质泥岩为主,局部砂岩,基本稳定,底板多为泥岩。8#煤与13#煤层间距为52.42m。矿井为低瓦斯矿井,各开采煤层自燃等级均为II类,煤尘均具有爆炸性。
(二)建设内容
1.建设情况
斜沟矿18106智能化综采工作面可采走向长度为3562m,切眼长度297m,工作面煤层平均厚度6.12m。煤倾角6.9~10.8°,平均8.8°,可采储量为935万t。工作面采用国内外先进的久益自动化成套综采装备,于2010年10月建成了智能化综采工作面,实现了采煤机自动割煤、电液控系统自动移架、设备集中控制、一键启停和视频监控。
2.主要内容
(1)工作面使用久益公司生产的7LS7型智能化采煤机,内置LASCⅡ惯导装置,实现了自主定位、直线度检测、姿态调整、智能调高、防碰撞、煤流平衡控制功能。采煤机具有全工艺段可编程自动化割煤功能,该功能基于采煤机先进的电控系统,同时配合高精度传感器、比例阀以及可编程的GOLP软件来实现的。传感器用于检测煤机姿态和位置,比例阀用于实现截割滚筒精确控制,GOLP编程器可帮助操作人员对现场工况和割煤工艺进行设置,从而确保在不同的工况环境下实现采煤机的自动化生产。
图1工作面实景
采煤机所有自动化顺序表参数可自定义名称,可实时进行修改和校准,所有工艺变化点的采煤机参数可通过人工方式设置或设备自行学习。当工作面走向角度发生变化时,采煤机能够自动控制尾滚筒,同时对机身的水平、垂直角度以及端头的卧底量进行控制,割出比人工割煤更加平滑的底板,确保了工作面采高的一致性和连续性。
(2)采用郑煤机生产的ZY10800/28/63D液压支架,安装久益RS20i电液控系统。系统具备支架伸/缩高度、压力、倾角等支护状态监测功能,能够跟随采煤机在全工作面范围自动完成支架伸收护帮、移架、推溜、喷雾除尘等动作,具备远程控制、姿态感知、自动补压、顶板压力分析与预警、智能防碰撞等功能,依靠LASC软件实现工作面了设备的自动调直。工作面两巷的超前支架也采用电液控系统,实现了远程控制。
人员临近识别功能:当安装在支架上的电液控制器检测到人员识别卡后,会在其所在位置周围创建一个安全区域,随着携带识别卡的操作人员在综采工作面支架内移动,安全区域也随之移动,同时安全区域内禁止支架自动移动,从而避免了在自动化生产过程中产生的人员安全隐患。
3D防碰撞功能:使用行程传感器检测支架伸缩梁和护帮板位置,当护帮板因故障未能及时收回时,煤机将在安全间距处停止,并等待护帮板收回。使用三个分别安装在顶梁、四连杆和底座的倾角传感器检测支架姿态,当支架顶梁过低,煤机和支架将停止自动运行,防止顶梁与采煤机或端头设备发生碰撞。当携带采煤机遥控器的司机发生跌倒时,遥控器内置的加速度传感器会监测到相应动作,立即停止支架和采煤机的自动运行,待人员安全后并人工复位后,方可重新开始自动化生产。
图2工作面实景
(3)采用山西煤机公司生产的SGZ1250/2400型大功率刮板输送机,运输机、转载机均采用了组合式高压变频器驱动,实现了远程启停控制和状态监测,提高了三机运行可靠性,降低了输送系统的能耗和磨损。转载机处安装有雷达式煤量扫描装置,实现了根据煤量自动调节采煤机速度和刮板输送机速度。顺槽带式输送机具备带速、温度、电流等监测功能和完善的综合保护,采用了变频自动张紧、电液控制的自移机尾,全矿带式输送机实现了调度集控一键启停和状态监控。
(4)配备了顺槽集控中心和地面调度远程控制中心,可在顺槽和调度室实现对工作面主要设备的一键启停和远程监控,具备故障预警、故障诊断功能,工作面具有完善的安全和视频监控系统。工作面采用电控液压自移式设备列车,采用远程集中供液系统,地面配液站进行自动配液,井下泵站采用电磁调压阀,可根据设定压力自动加压。
图3顺槽集控中心和地面调度远程控制中心
三维可视化监控:地面调度远程控制中心工作面安装了三维可视化监控系统,利用井下设备的实时数据来显示综采设备的实时运行状况,可在三维图形上实时监控采煤机当前位置、运行方向和速度、左右截割滚筒高度、采煤机倾角、支架倾角、支架护帮板状态、伸缩梁状态、推移油缸状态、立柱压力等数据。可用于实时监控、操作培训和历史数据回放分析等,大幅度提升了智能化工作面的整体生产力。
图4地面调度远程控制中心三维可视化监控
(一)18106智能化综采工作面使用统一的久益自动化控制系统,久益采煤机内置LASCⅡ惯导装置和ASA高级自动化割煤功能,与久益RS20i电液控配套使用,液压支架具备精准推溜和自动调直功能,调直精度满足生产需求,刮板输送机采用高压变频器驱动,达到了采支运协调智能联动。
(二)久益(JOY)公司7LS7型智能化采煤机安装有最新的LASCⅡ惯导装置,实现了自主定位、直线度检测、姿态调整、智能调高、防碰撞、煤流平衡控制、故障预警和智能诊断、智能化报表等功能。采煤机具有可编程高级自动化割煤功能,当综采工作面走向角度发生变化时,采煤机能够自动控制尾滚筒,同时对机身的水平、垂直角度以及端头的卧底量进行控制,割出比人工操作更加平滑的底板,确保了工作面采高的一致性和连续性。
(三)液压支架安装了久益RS20i电液控系统,具备支架伸/缩高度、压力、姿态监测功能,实现了自动跟机、自动补压、矿压监测分析、远程控制功能。依靠LASC调直软件和液压阻尼阀,实现了工作面设备精准的自动调直。工作面两巷的超前支架也采用电液控系统,实现了远程控制。
(四)电液控系统具备基于精准定位的人员临近识别功能,可确保自动跟机过程中的人员安全。采煤机和液压支架通过内置的行程和姿态传感器,依靠久益自动化控制中心实时监控,实现了高可靠的3D防碰撞预警和自动停机功能,提高了自动化作业连续性。依靠完善的姿态传感器数据进行三维建模,实现了综采工作面设备三维可视化监控,实时监视工作面设备运行状态、报警信息,提高了工作面生产力。
(五)刮板输送机,运输机、转载机均采用组合式高压变频器驱动,转载机处安装了雷达式煤量扫描装置,根据煤量自动调节采煤机速度和刮板输送机速度。
(六)工作面具备智能化报表功能,服务器每天自动生成生产报表,可帮助综采队分析和掌握综采设备的使用情况、生产循环时间、班组对比、调直情况、故障趋势等。18106智能化综采工作面配套的采煤、支护、运输、控制采用了行业先进的装备,智能化水平达国内一流,工作面于2021年10月建成投产,自动化率稳定在85%以上。于2022年3月通过山西省能源局验收评定为全省第一个高级智能化综采工作面,具有较强的示范和推广价值。
18106智能化综采工作面于2021年10月建成投产,目前已稳定运行近1年时间。
安全效益:智能化工作面显著减少了工作面作业人员,正常开机仅需泵站工1人,采煤机司机2人,支架工2人,三机工2人,工作面从12人减少至7人。极大减轻了工人们的劳动强度,采煤机司机只需巡视采煤机的上下滚筒的高度,进行微调即可,支架护帮板自动收打,无需专人操作,减少了跟机拉架人员和推溜人员,做到了“少人则安”。
经济效益:通过智能化建设,18106工作面自动化率稳定在85%以上,采用智能化后每一刀的割煤时间为1小时30分钟,比之前缩短了30分钟。圆班刀数由之前的8刀增加至10刀,圆班产量增加3600吨,每年可增加销售额约9亿元。工作面自2021年10月份投产以来,月均推进150米,月原煤产量可达40万吨。
指标 | 智能化改造前 | 智能化改造后 |
综采队总人数 | 101人 | 65人 |
单班人数 | 11人 | 7人 |
采煤机司机 | 3人 | 2人 |
拉架人数 | 3人 | 1人 |
原煤生产人员效率 | 180t/工 | 280t/工 |
设备故障率 | 0.80% | 0.50% |
日产原煤 | 10860t | 14480t |
月产原煤 | 258468t | 344624t |
回采率 | 87% | 95% |
近年来,山西省煤炭企业认真贯彻落实“四个革命、一个合作”能源安全新战略,创造性推进煤矿智能化建设,涌现出了一大批技术先进、管理科学、运行可靠的煤矿,为推动煤炭行业技术进步、装备提升、管理创新、效益改善做出了重要贡献。
为充分发挥典型煤矿的示范引领带动作用,推动煤矿智能化建设迈向更高水平,山西省能源局从全省范围内征集了124项煤矿智能化建设案例,经组织专家评选,共有65项案例入选。入选的案例兼顾国有企业和民营企业、采煤和洗选、井工和露天煤矿以及各种不同地质灾害、采掘工艺、运输方式等条件,涵盖信息基础设施、智能掘进系统、智能综采系统、全矿井智能化、其它智能化系统、露天煤矿智能化、智能洗选共计7个方向,确保具有可复制、可推广性。现编辑形成《山西省煤矿智能化建设典型案例汇编(2023年)》,供各地市、各有关企业和研究机构在工作实践中学习借鉴。
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