论无人或少人开采工作面实施意义.doc

论无人或少人开采工作面对中国煤矿安全生产的意义21世纪,中国成为世界上第一产煤大国,全国产煤从2000年的9.9亿t到2006年的23.3亿t,而伴随高产量的是煤炭行业的高死亡率。2006年,全国小煤矿的百万吨死亡率为5.56人,地方重点煤矿为2.81人,国有大型煤矿为0.96人。百万吨死亡率是美国的近100倍,俄罗斯的近10倍,印度的近12倍。面对咄咄逼人的安全形式，面对“血煤”的恶名，如何更加有效的加强煤矿安全，减少矿难事故的发生，成为了我国政府的一项急于解决的难题。为此，国家安全监管总局办公厅国家煤矿安监局办公室下发了关于进一步加快煤矿井下安全避险 “六大系统”示范矿井建设的通知，并且要加快建设完善煤矿建设完善监测监控、人员定位、压风自救、供水施救、通信联络和紧急避险系统，井下安全避险“六大系统”、大力提升煤矿安全保障能力。随后又下发了关于做好煤矿井下救生舱等避险设施应用试点工作的通知，此行为更是催生了数额达千亿的井下救生舱的巨大市场。强制这些安全避险系统的建设，使我们看到了国家加强煤矿安全建设决心的同时，我们也注意到这些措施都是在井下发生重大安全事故后的被动辟险措施，我们无法将井下事故降为零，我们就无法辟免人员在事故发生后的伤亡。如何才能更加长远有效的减少人员的安全事故呢？我们认为，应当变被动为主动，将发生事故后被动的人员救险为主动的减少井下用工人数，在一些特别危险的场所，环境特别恶劣的场所，特别煤矿生产的第一线综采工作面，以提高设备的自动化程度，以数字化，通讯化，智能化武装设备，减少用人，甚至不用人，实现少人或无人开采工作面，实现发生事故时的人员零伤亡有着极为重大的实际意义。 定义：无人或少人开采工作通过有线或无线方式远程控制关键生产设备,监测其工况,利用割煤设备(刨煤机或采煤机)的自主定位与自动导航技术、煤岩自动识别技术、液压支架电液控制技术、刮板输送机自动推移技术、工作面自动监控监测技术、井下高速双向通讯技术和计算机集中控制技术等自动完成割煤、移架、移刮板输送机、放煤和顶板支护等生产流程,动态优化作业程序,实现工作面生产过程自动化、采煤工艺智能化、工作面管理信息化以及操作的无人化,仅当设备出现故障时,维修人员才会到达工作面,从而确保高产、高效和安全生产方法无人工作面是世界各国长期以来一直都追求的煤矿生产发展的最终目标，但实施起来难度巨大，因为这不是一个厂商，一个煤矿所能实现的，而是一个系统的，多学科复杂的系统工程。我们认为首先应该分两步走，首先实现少人开采工作面，待技术与应用经验成熟后，再向实现无人工作面进展。一少人开采工作面为了减少用人，必须要实现综采设备的智能化，信息化，数字化；我们所熟知的综采主机设备是：“三机一架”，即采煤机，刮板机，皮带机，液压支架。是构成煤矿综采工作的主要设备，此外，还包括转载机，破碎机，泵站系统等。我们认为，在我国地质条件好的矿区实现以矿用隔爆兼本质安全型动力中心，矿用隔爆兼本质安全型驱动中心，矿用隔爆兼本安型计算机为主导的创新型设备将综采面设备串接起来，改变各个设备独立，分散的供电控制方式，形成一个数字化，通讯化，网络化的综采设备整体，减少空间占用，减少用人，实现高度集成化，系统化，数字化，网络化的综采供电，驱动，控制格局，从而实现综采工作面的少人开采维护是可行的，具有巨大的实践意义的。实现思想如下：动力中心放置于工作面电气列车上，对综采设备实现的供电，驱动中心与矿用计算机放置于顺槽皮带的机头，实现对顺槽皮带的驱动与工作面设备的监测监控。根据矿上生产特点的安排，尽量减少生产班的用人数量。改善操作人员的劳动强度。我们认为，综采工作面是煤矿井下最危险同时也是环境最恶劣的场所，也是煤矿事故发生的源头，如何保证在综采面工作面安全生产，也是最大限度的保证了煤矿的安全。我们的思路是用现代化集成式的大型设备将来保障综采设备的智能化，用远程监控的方式来解决现场人的保护，用“远方会诊”的方式来解决来预判断设备的故障，尽量减少人员在工作面的停留工作时间。1动力中心采用大容量多电压多回路的动力中心来控制采煤机，刮板机，转载机，破碎，泵站等设备，一般情况下，综采工作面一般需要23台动力中心即可，综放工作面需要3台动力中心。 这样解决了集散式的，传统的移动变电站+组合开关的供电方式所带来了自动化程序不高，占地面积大， 维护工作量大，耗用人员多的问题。并且利用了动力中心强大的控制器的控制与通讯功能，实现与矿用计算机与驱动中心的通讯数字互连，将最新最快的设备工况及时传到位于顺槽机头的矿用计算机。如图所示：2驱动中心驱动中心将矿用隔爆型高压真空配电装置，矿用隔爆型干式变压器与矿用隔爆兼本质安全型变频器通过符合国家防爆标准的方式巧妙的组合从而形成了一个全新大型的矿用机电产品,功能上除具有高压保护，能量变换，驱动与智能控制外，还具有绿色节能，结构紧凑，占用空间小的特点。驱动中心放置于顺槽皮带的机头，用于驱动顺槽皮带机。见附图（1）3矿用隔爆兼本安型计算机为了解决矿用设备的信息化，数字化，智能化的问题，实现强大的通讯与网络处理能力，我们需要一款具有强大控制平台性的计算机产品来作为支撑少人工作面设备的信息处理与远程操作， 我们的想法是：利于高配置的工业计算机来作来矿用计算机的控制器，利用WINCE 实时操作系统来构建软件平台。参数如下：硬件配置： CPU: Celeron M 1G; RAM: 512M DDR; USB: 2 x USB; MOUSE/KEYBOARD:1 x PS2; LAN: 2 x RJ45; PC-Card: 1 x PC-Card; Storage:Compact flash card COM: 2 x RS232 + 2 x RS485; VAG:15pin Sub D, 1600 x 1200 , 120Hz Audio: Mic in, Line in, Line out; Power: 24w (input); Weight : 2.4kg软件平台： 操作系统：WINCE 5.0 PLC 编程系统: IEC 61131 组态软件: WEBACCESS 网络组态软件通讯协议：现场工业总线，工业以太网 综上所述： 我们可以改变传统固有的供电模式与系统，使之更高效，最信息化。众所周之，井下的综采一线分为生产班与检修班；通过采用动力中心，驱动中心，与防爆计算机的联合应用，集各设备之所长，采用全局系统的思想来设计综采工作面的设备布局与配置。站在全局的高度来审视与制度方案，结束以前各自厂家单从自身角度出发，造成各个供电设备之间通讯问题多，智能化程序不够的局面，用整体性与全局性的观念来看待综采设备的自动化，实施远方监控系统，尽可能的将人员在皮带机头或是更远更安全的地方来遥控设备运行与生产。二无人开采工作上述只是从设备供电与控制方面来减少维护人员的人数，如尽一步减少工作面的用人，要从采煤工艺的自动化入手，进行全自动化的生产过程监控。除了上述的设备优势以外，还应实现采煤工艺的自动化才能实现最终的无人开采工作面。1） 三机自动控制系统采煤机是无人工作面设备的核心部件,实现无人工作面的关键技术就是研究适合中国煤层条件的采煤机自动控制系统。采煤机的自动控制系统包括自主定位与自动导航系统及自动调高系统,采煤机高速、精确自主定位导航技术是实现采煤机自动控制系统的关键。液压支架电液控制系统是目前最先进的支架控制方式,集机械、液压、电子、计算机和通信网络等技术于一身,可实现拉架、推溜、打护帮板、收护帮板以及架间喷雾等随机联动自动化,以及自动控制液压支架动作,实现支架本架控制、邻架控制、隔架控制、运行状态和工作面矿压监测的远程控制等。新型智能化刮板输送机在各性能方面取得了很大的发展,代表了当今世界刮板输送机的最高水平,实现了自动推移控制,同时向大型化、智能化、高可靠性及元部件标准化方向发展。2）灾害预测预报系统 工作面灾害自动预测预报系统通过各种传感器对井下煤层厚度及其变化、顶底板岩层组合及其空间分布,构造(断层、褶曲),矿井水文地质及瓦斯地质、煤层中的地质异常体(岩浆岩侵入体、岩溶陷落柱和煤层冲刷),煤层夹矸、地应力、地温、工作面顶板状态、瓦斯爆炸、地热害以及由它们诱发地震、突水、煤与瓦斯突出等进行监测;将监测信息传送至控制中心,利用预测评价软件系统和地质信息处理系统,为保证工作面的生产效率提供地质数据和分析判断,从而避免因地质条件的复杂性和无序变化造成井下工作面事故的发生,保护井下各种传感器和精密设备安全。3）采矿模拟系统 无人工作面采矿模拟系统利用虚拟现实技术创造出一个三维的采矿现实环境,模拟采矿作业过程以及工艺设备的运行,操作人员可以与该系统进行人机交互,在任意时刻穿越任何空间进入系统模拟的任何区域17-18。该系统能