一、礦井及工作面概況
澳思達(dá)煤礦位于澳大利亞新南威爾士州，是兗礦集團(tuán)海外收購(gòu)礦井。礦井主采煤層為格雷塔煤層，厚度為4.5～7.5m。礦井原采用4.0m大采高綜采進(jìn)行回采，丟煤嚴(yán)重，導(dǎo)致因煤炭自然發(fā)火而工作面封閉停產(chǎn)和關(guān)井。兗礦集團(tuán)收購(gòu)該礦井后，對(duì)其進(jìn)行了系統(tǒng)改造，采用綜放工藝進(jìn)行回采。
改造后的首采工作面為A1綜放面，工作面開(kāi)采格雷塔煤層，煤層厚度為6.0～6.5m。格雷塔煤層向上直到泊爾頓煤層之間為厚6～20m的地層，含薄砂巖/粉砂巖夾層、中等層狀碳質(zhì)粉砂巖、中等層狀砂巖并間以碳質(zhì)/煤絲，屬于直接冒落層，泊爾頓煤層上覆塞斯納克(Cessnock)粉砂巖，厚度在30m以上。
工作面機(jī)采高度為2.9m，采放比為1：(1～1.2)。工作面選用EL-2000型采煤機(jī)、PF6型封底式前部輸送機(jī)、PF5型開(kāi)底式后部輸送機(jī)、PF6／1342型轉(zhuǎn)載機(jī)、SK11/18型破碎機(jī)。工作面中部支架為2-LEG-SHILED-1800/3500-971T兩柱掩護(hù)式低位綜采放頂煤液壓支架，端頭支架為配套研制的左右分離邁步式回采巷道成組支架。
澳思達(dá)煤礦綜放工作面的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通訊控制系統(tǒng)主要由井下安裝的光纜將各種信號(hào)傳輸?shù)降孛姘惭b的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，再由服務(wù)器將信導(dǎo)傳輸?shù)礁鱾€(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)點(diǎn)。在地面的主機(jī)電腦上，可以實(shí)現(xiàn)工作面各設(shè)備的參數(shù)設(shè)定和調(diào)整，然后數(shù)據(jù)通過(guò)光纜傳輸?shù)骄鹿ぷ髅娴闹鳈C(jī)電腦(CME)。該通訊控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了對(duì)采煤機(jī)、液壓支架、前、后部刮板輸送機(jī)、泵站、運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)等設(shè)備運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并可對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行控制和干預(yù)。
二、支架與采煤機(jī)聯(lián)動(dòng)的自動(dòng)化控制
支架與采煤機(jī)聯(lián)動(dòng)的自動(dòng)化控制是隨采煤機(jī)割煤行走位置的變化來(lái)控制全工作面各支架依次動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)過(guò)程的程序控制。自動(dòng)程序?？刂朴腥缦鹿δ埽弘S采煤機(jī)的切割，提前3架自動(dòng)收回采煤機(jī)行進(jìn)前方的支架護(hù)幫板；隨采煤機(jī)的切割，自動(dòng)完成降架、拉架、升架、伸護(hù)幫板、推溜等動(dòng)作。
三、采煤機(jī)自動(dòng)記憶割煤技術(shù)
工作面采煤機(jī)、液壓支架和前、后刮板輸送機(jī)的全自動(dòng)化生產(chǎn)運(yùn)行由工作面自動(dòng)控制系統(tǒng)(PMC-R system)配合完成。在工作面自動(dòng)控制系統(tǒng)中可以對(duì)采煤機(jī)割煤參數(shù)自動(dòng)記億，并根據(jù)記憶或人工設(shè)置信息，自動(dòng)控制采煤機(jī)搖臂及滾筒位置，以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制采高，自動(dòng)割平頂、底板，以及自動(dòng)控制煤機(jī)的進(jìn)刀尺寸，并控制支架與輸送機(jī)的協(xié)調(diào)移設(shè)。
1.自動(dòng)割煤控制參數(shù)
工作面自動(dòng)割煤需要根據(jù)煤層地質(zhì)信息和技術(shù)信息，控制采煤機(jī)的割煤參數(shù)。澳思達(dá)煤礦工作面自動(dòng)控制系統(tǒng)需要控制的參數(shù)有：
（1）工作面傾向傾角(AFT)；
（2）工作面走向傾角(FAT)；
（3）煤塊破碎器角度；
（4）滾筒高度；
（5）采煤機(jī)位置。
實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的自動(dòng)割煤，就是建立前4個(gè)參數(shù)與采煤機(jī)位置的函數(shù)關(guān)系。工作面自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)這些參數(shù)，結(jié)合不同的割煤方向，每隔0.1m自動(dòng)調(diào)整滾筒位置，以滿足生產(chǎn)工藝對(duì)割煤高度和深度等的要求。
上述采煤機(jī)自動(dòng)割煤所需參數(shù)，可以人工輸入或編程實(shí)現(xiàn)，由于工作面地質(zhì)及生產(chǎn)條件的復(fù)雜性，使得這種人工實(shí)現(xiàn)具有一定的局限性。工作面自動(dòng)控制系統(tǒng)中提供的采煤機(jī)割煤參數(shù)自動(dòng)記憶功能，可把生產(chǎn)中的信息存儲(chǔ)起來(lái)，作為下一次割煤的控制信息，或作為對(duì)原有控制信息調(diào)整時(shí)的參考數(shù)據(jù)。
2.工作面煤機(jī)自動(dòng)割煤控制
在工作面自動(dòng)控制系統(tǒng)中，把采煤機(jī)割煤的所有動(dòng)作控制要求預(yù)設(shè)成“一批”任務(wù)(sheare，running batch，SRB)，由自動(dòng)控制系統(tǒng)控制采煤機(jī)自動(dòng)完成該“批”任務(wù)，即實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)割煤的自動(dòng)控制。在SRB中，煤機(jī)各動(dòng)作是煤機(jī)位置的函數(shù)，自動(dòng)控制系統(tǒng)根據(jù)支架和前部刮板輸送機(jī)上的煤機(jī)定位裝置的監(jiān)測(cè)信息，來(lái)控制采煤機(jī)、支架和前、后部刮板輸送機(jī)的各項(xiàng)動(dòng)作。
采煤機(jī)有兩種SRB運(yùn)行方式：人工模式(manual mode)和連續(xù)模式(serial mode)。
在人工模式下，由人為控制來(lái)完成SRB要求的各項(xiàng)動(dòng)作任務(wù)，而在連續(xù)模式下，則由自動(dòng)控制系統(tǒng)自動(dòng)控制采煤機(jī)完成SRB所要求的各項(xiàng)動(dòng)作任務(wù)。采用SRB連續(xù)模式時(shí)，必須滿足以下兩個(gè)條件：①需要開(kāi)啟煤機(jī)定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)；②開(kāi)啟煤機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)時(shí)向自動(dòng)控制系統(tǒng)反映煤機(jī)的各項(xiàng)狀態(tài)信息。
采用SRB連續(xù)模式后，對(duì)自動(dòng)采煤系統(tǒng)的運(yùn)行有兩個(gè)重要的控制操作：初始啟動(dòng)(newstart)和重新啟動(dòng)(restart)。
當(dāng)自動(dòng)采煤系統(tǒng)第一次啟動(dòng)時(shí)，或斷電后重啟時(shí)，要采用“newstart”方式開(kāi)始工作。這種情況下，自動(dòng)控制系統(tǒng)將重新初始化SRB的動(dòng)作信息，并啟動(dòng)系統(tǒng)工作。
在自動(dòng)采煤系統(tǒng)處于處理SRB的中間狀態(tài)，由于一些原因，工作被打斷（中斷）時(shí)，需要采用“restart”方式開(kāi)始工作。這種情況下，自動(dòng)控制系統(tǒng)不改變?cè)O(shè)定的SRB，只是接著前面的任務(wù)繼續(xù)工作。
當(dāng)采煤機(jī)割通端頭煤后，需要采用人工中斷的方式打斷SRB的執(zhí)行，人工控制完成端頭進(jìn)刀后，需把采煤機(jī)重新停在SRB被打斷時(shí)的位置，然后采用“restart“方式，重新開(kāi)始工作。
四、放煤工藝的自動(dòng)化控制技術(shù)
自動(dòng)化放煤工藝的工作流程如下：
1.開(kāi)啟1個(gè)放煤口共1組支架依次向前放煤
當(dāng)采煤機(jī)由機(jī)頭向機(jī)尾割煤，移架至8架時(shí)，放煤由4架向機(jī)尾方向開(kāi)始依次向前放煤至機(jī)尾82架；當(dāng)采煤機(jī)由機(jī)尾向機(jī)頭割煤，移架至78架時(shí)，放煤由82架向機(jī)頭方向開(kāi)始依次向前放煤至機(jī)頭4架。
2.開(kāi)啟1個(gè)放煤口共3組支架依次向前放煤
當(dāng)采煤機(jī)由機(jī)頭向機(jī)尾割煤，移架至8架時(shí)，放煤由4架開(kāi)始→5架在4架放煤三分之一時(shí)間后開(kāi)始放煤→6架在5架放煤三分之一時(shí)間后開(kāi)始放煤，依次類推各架放煤均滯后前架三分之一的總放煤時(shí)間依次向前放煤推進(jìn)至機(jī)尾82架；當(dāng)采煤機(jī)由機(jī)尾向機(jī)頭
割煤，移架至78架時(shí)，放煤由82架開(kāi)始→81架在82架放煤三分之一時(shí)間后開(kāi)始放煤→80架在81架放煤三分之一時(shí)間后開(kāi)始放煤，依次類推各架放煤均滯后前架三分之一的總放煤時(shí)間依次向前放煤推進(jìn)至機(jī)頭4架。
如果移架速度大于放煤速度可以同時(shí)打開(kāi)2個(gè)或多個(gè)放煤口，實(shí)現(xiàn)分組單輪順序放煤。
五、工作面煤流自動(dòng)平衡監(jiān)控技術(shù)
放頂煤工作面受采煤機(jī)割煤速度和打開(kāi)放煤口數(shù)量變化的影響，運(yùn)輸設(shè)備的負(fù)裁波動(dòng)往往較大，若工作面產(chǎn)量較大時(shí)，易形成運(yùn)輸設(shè)備處于超載狀態(tài)，將影響設(shè)備的安全與穩(wěn)定運(yùn)行，例如，刮板輸送機(jī)的超載將嚴(yán)重影響輸送機(jī)的正常運(yùn)行及鏈條的使用壽命。為保護(hù)運(yùn)輸設(shè)備的安全運(yùn)行，保證生產(chǎn)系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠，需要對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)的負(fù)載情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，協(xié)調(diào)運(yùn)輸與落煤量的關(guān)系，并在必要時(shí)采取措施保護(hù)運(yùn)輸設(shè)備不被損壞。
在澳思達(dá)煤礦Al工作面，為保護(hù)工作面運(yùn)輸設(shè)備，實(shí)施了工作面煤流監(jiān)控技術(shù)，即采取了多種監(jiān)控技術(shù)措施以防止設(shè)備超載帶來(lái)的損害。主要有CME實(shí)時(shí)監(jiān)控、轉(zhuǎn)載機(jī)出料口監(jiān)控、轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)的溫度監(jiān)控、采煤機(jī)速度監(jiān)控及支架放煤量控制等措施。
Al工作面運(yùn)輸系統(tǒng)煤流控制技術(shù)的主要實(shí)施方法如下：
1.在CME上設(shè)定轉(zhuǎn)載機(jī)的過(guò)載電流：
（1）轉(zhuǎn)載機(jī)的電流大于額定電流的50%，并維持10s時(shí)，CME將停止前部輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
（2）轉(zhuǎn)載機(jī)的電流大于額定電流的55%，并維持10s時(shí)，CME將停止支架的自動(dòng)放煤動(dòng)作。
（3）轉(zhuǎn)載機(jī)的電流大于額定電流的60%，并維持10s時(shí)，CME將停止后部輸送機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)。
2.在轉(zhuǎn)載機(jī)出料口設(shè)置機(jī)械限流裝置，即在轉(zhuǎn)載機(jī)溜槽內(nèi)部安裝擋煤板，限制煤流量。
3.在轉(zhuǎn)載機(jī)和破碎機(jī)的液力偶合器上安裝有物理易熔塞和溫度檢測(cè)開(kāi)關(guān)。當(dāng)轉(zhuǎn)載機(jī)或破碎機(jī)過(guò)載時(shí)，液力偶合器的溫度上升，當(dāng)溫度上升到140℃時(shí)，物理易熔塞首先融化，當(dāng)溫度繼續(xù)上升到160℃時(shí)，溫度檢測(cè)開(kāi)關(guān)動(dòng)作，破碎機(jī)或轉(zhuǎn)載機(jī)斷電停止運(yùn)轉(zhuǎn)。
4.設(shè)定煤機(jī)自動(dòng)牽引的速度為6m/min。
5.設(shè)定支架自動(dòng)放煤的架數(shù)為單架放煤。
六、前、后部輸送機(jī)的自動(dòng)推拉控制技術(shù)
1.推移前部輸送機(jī)
工作面前部輸送機(jī)的推移步距為0.8m，彎曲段長(zhǎng)度不小于25m。
采煤機(jī)采用端部斜切進(jìn)刀雙向割煤，前部輸送機(jī)的推移順序?yàn)椋?
（1）隨著采煤機(jī)正常割煤，滯后移架25～30m，順序推移輸送機(jī)。
（2）當(dāng)采煤機(jī)在機(jī)頭段進(jìn)刀到23架后，開(kāi)始將輸送機(jī)的剩余部分連同輸送機(jī)機(jī)頭全部推向煤壁。當(dāng)采煤機(jī)回頭割完三角煤下行割煤后，從機(jī)頭開(kāi)始按照推溜要求順序向下推溜；工作面兩頭進(jìn)刀段，按照輸送機(jī)彎曲段和進(jìn)刀的要求設(shè)定正常割通時(shí)推溜的位置。
（3）當(dāng)采煤機(jī)下行割透下端煤壁，并反向進(jìn)刀至63架時(shí)，將輸送機(jī)的剩余部分連同機(jī)尾全部推向煤壁。當(dāng)采煤機(jī)回頭割完三角煤至63架時(shí)，自機(jī)尾開(kāi)始順序向上推溜，進(jìn)入下一循環(huán)。
2.拉移后部輸送機(jī)
工作面后部輸送機(jī)在支架前移后處于放煤位置。待循環(huán)放煤工序結(jié)束后，將后部輸送機(jī)按割煤方向滯后放煤口10～15組支架自下而上（或自上而下）拉移一個(gè)步距。
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