综采工作面大数据分析初探
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[摘 要]大数据时代对人类的生活、工作与思维产生变革性影响，深刻改变着商业及各个领域的面貌，“大数据”日渐成为各行业创新的助推器。作为煤炭行业也同样顺应时代，跟着时代的步伐前行，那么综采工作面又是煤炭行业发展的充分体现，更需要大量的数据分析，形成一套完整的、统一的管理系统，当前国内综采工作面复杂，数据记录不完善、分析不统一，对综采工作面的采煤机、支护形式等的选择不能达到最优化，所以综采工作面的大数据分析尤为重要。
[关键词]综采工作面 数据分析
中图分类号：TD823 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2016）16-0016-01
1.引言：本文主要从综采工作面大数据的支撑下如何选择综采“三机”（三机指采煤机、刮板机、液压支架）展开探讨，综采工作面“三机”配套不能停留在简单的“经验类比”上，而应开发研制综采设备选型的大数据系统，避免在选型设计中受决策者个人偏见或感彩的影响。同时还要对系统中的主要环节进行动态优化设计，使其设计参数与实际运行参数得到统一。目前的综采工作面“三机”选型设计还是以“经验类比”为主，虽然基本上能够满足生产需要，但在某些环节上还存在着严重的不合理现象。
2.综采工作面大数据分析影响着综采“三机”的合理配套选择
2.1 采煤机的机型选择
采煤机机型选择之前要考虑一下数据：首先考虑地质条件，主要包括综采工作面内断层断距、走向、煤层倾角、煤质硬度等判断是否具备选择采煤机的条件，在地质条件适合综采的情况下再考虑其他因素如采高、每月计划产量、每刀生产能力、截深、功率、牵引方式，实际生产能力主要取决于采高、截深、牵引速度以及工作时间利用系数。采高由滚筒直径、调高形式和摇臂摆角等决定，滚筒直径是滚筒采煤机采高的主要调节变量，每种采煤机都有几种滚筒直径供选择，滚筒直径应满足最大采高及卧底量的要求。截深的选取与煤层厚度、煤质软硬、顶板岩性以及移架步距有关。截割速度是指滚筒截齿齿尖的圆周切线速度，由截割部传动比、滚筒转速和滚筒直径确定，对采煤机的功率消耗、装煤效果、煤的块度和煤尘大小等有直接影响。牵引速度的初选是通过滚筒最大切削厚度和液压支架移架追机速度验算确定。牵引力是由外载荷决定的，其影响因素较多，如煤质、采高、牵引速度、工作面倾角、机身自重及导向机构的结构和摩擦系数等，没有准确的计算公式，一般取采煤机电机功率消耗的10%～25%。滚筒采煤机电机功率常用单齿比能耗法或类比法计算，然后参照生产任务及煤层硬度等因素确定。
2.2 刮板机的选择
在选型时要确定的刮板输送机的参数主要包括输送能力、电机功率和刮板链强度等。输送能力要大于采煤机生产能力并有一定备用能力，输送能力应大于采煤机的最大生产能力，一般取1.2倍；电机功率主要根据工作面倾角、铺设长度及输送量的大小等条件确定；刮板链的强度应按恶劣工况和满载工况进行验，要根据刮板链的质量情况确定链条数目，结合煤质硬度选择链子结构型式。
2.3 液压支架的选择
液压支架的选型就是要确定支架类型（支撑式、掩护式、支撑掩护式）、支护阻力（初撑力和额定工作阻力）、支护强度与底板比压以及支架的结构参数（立柱数目、最大最小高度、顶梁和底座的尺寸及相对位置等）及阀组性能和操作方式等。此外还要考虑矿井采区工作面的煤层、顶底板及地质条件数据，依据不同类级顶板选取架型。
液压支架具备最基本的特点是（1）要顶得住：它的初撑力和工作阻力要适应直接和老顶岩层移动所产生的压力，使控顶区的顶板下沉量限制到最小程度；（2）要移得走：它的结构形式和支护特性要适应直接顶下部的岩层冒落特点，尤其要注意顶板在暴露后未支护下的破碎状态，要尽量保持该处顶板的完整性，支架底座的比压要适应底板岩石的抗压强度，以防止底板松软而使底板下陷不能移架。
2.4 “三机”合理配套选择工程复杂
从采煤机、液压支架、刮板输送机的选型参数中看到，综采设备的合理配套是很复杂的系统工程。满足生产能力要求采煤机生产能力要与综采工作面的生产任务相适应，工作面刮板输送机的输送能力应大于采煤机的生产能力，液压支架的移架速度应与采煤机的牵引速度相适应，而乳化液泵站输出压力与流量应满足液压支架初撑力及其动作速度要求；满足设备性能要求输送机的结构形式及附件必须与采煤机的结构相匹配，如采煤机的牵引机构、行走机构、底托架及滑靴的结构，电缆及水管的拖移方法以及是否连锁控制等。输送机的中部槽应与液压支架的推移千斤顶连接装置的间距和连接结构相匹配；采煤机的采高范围与支架的最大和最小结构尺寸相适应，而其截深应与支架推移步距相适应。如果综采没有大量数据的支持，“三机”的合理选择无从下手。如下图三机配套关系图（见图1）
3.综采工作面大数据分析的意义
3.1 经济效益方面
工作面生产前期需要决策“三机”选择，不同的决策者往往站在自己的专业领域考虑设备，这样在缺乏综合数据分析下往往造成“三机”设备不配套，不仅会造成大量资金的浪费，短时间内不能满足高产高效，又影响煤矿企业经济效益。
3.2 安全生产方面
井下作业条件特殊，尤其是工作面，时刻都面临着危险，如果没有工作面大量数据分析的支持，错误的选择“三机”，不能很好的配合工作，这样很可能会造成液压支架支撑不住顶板压力而造成顶板事故，工作面进度跟不上可能会诱发火灾、一氧化碳等事故，还有“三机”的机械故障也容易造成人员伤害等等。
小结
综采工作面既包括包括静态因素，井下温度、顶板淋水、顶板松软、底板松软、断层、瓦斯、煤层厚度、倾角等是静态因素，又包括动态因素，顶板状态随着采煤速度、采高以及支架的状态随时变化，顶板的初次来压、周期来压，受采动影响活化上部断层、岩层等等，大量的数据需要综合分析，才能总结出本地区综采工作面综采“三机”配套设备的形式、型号及技术特征，并提出了三机配套优选方案及注意事项，而在实际生产中，即使采用相同综采设备的不同工作面或不同矿井，其实际生产能力和全员效率可能有较大差距，如果客观条件不具备，即使选择生产能力很高的配套设备，也远不能达到提高生产能力的目的。高产高效综采工作面的三机选型应从实际出发，因地制宜，以数据分析为基础，具备什么档次的开采条件，就选用相应档次的配套设备。
实际工作中如何做到选型正确、先进配套、合理的“三机”选型，大数据分析可以起到非常重要的作用，但是大数据分析工作也是一项复杂的系统工程，涉及地质学、岩石力学、采矿学、机电和机制等多门学科以及各种现场数据，这就需要我们煤炭工作人员共同努力，将工作面大数据分析应用到矿山行业，减少辅助作业环节，提高集中生产化的程度。