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智能化采煤工作面建设研究马腾飞

发表时间：2020/10/10 来源：《基层建设》2020年第17期作者：马腾飞1 刘淳元2

[导读] 摘要：我国煤矿多以井工开采为主，采煤工作面是井下煤流的源头，其智能化技术对煤矿产量、生产效率与安全水平都至关重要。

        1.神东煤炭集团补连塔煤矿内蒙古鄂尔多斯 017209
        2.神东煤炭集团设备管理中心陕西榆林 719315
        摘要：我国煤矿多以井工开采为主，采煤工作面是井下煤流的源头，其智能化技术对煤矿产量、生产效率与安全水平都至关重要。上世纪中叶，煤炭开采从机械化起步，经历了自动化、信息化与数字化的发展历程。自从实现机械化采矿之后，进一步实现智能化来解放矿工就成为世界采矿界的不懈追求。无论是借助计算机发展构建自动化采矿技术，还是利用信息技术发展数字化采矿，以及近年来基于互联网技术建设矿山物联网，都为智能化采矿奠定了发展基础。本文就对智能化采煤工作面建设相关方面进行分析和探讨。
        关键词：智能化；采煤工作面；建设
        1智能化采煤技术发展历程
        智采工作面在机械化、数字化、自动化、信息化的基础上发展而来。在蒸汽机时代，只产生了蒸汽机驱动的提升机、排水泵和井下轨道运输车；到上世纪五十年代，普采机组诞生之后才有了流程式采煤技术，要靠矿工观察工作面状态，手动控制设备运行；进入本世纪初，综采设备能够单参数（如采煤机速度、调高、液压支架移动）自动控制，实现机械化减人、自动化换人；至2010年左右，综采设备具有多参数（位置、压力、速度、功率等）综合优化控制，实现信息化替人。预计在2025年左右将实现以高级自动化为支撑的初级智能化采煤作业，2035年左右实现半自主控制的中级智能化采煤作业，基本跨入智采工作面无人化作业阶段。
        自动化开采改变了人工手动操作的采矿设备，产生了程序化控制的自动采矿机器；数字化开采使采矿物理空间转换到信息网络的虚拟空间，使智能化元素参与提高采矿信息处理能力；信息化开采建设矿山物联网、服务网、数据网，促进庞大采矿装备实现信息集成；智能化将通过传感器和人工智能等技术实现采矿智能感知、决策和运行。因此，智能化采煤要以数字化为基础，以信息化为带动，通过建立信息物理系统（CPS），对采运设备进行智能升级，使其能够自主地根据实时开采信息进行分析、判断、优化、决策、驱动，构成一个具有自律分散型的采煤系统。智采工作面不仅要求单体采运设备具有高级自动化，而且要求工作面内形成人机环物联网，使地质信息、煤层割采、煤流运输、安全保障、设备状态等信息实现互通互联互控，最终能够达到智能采运作业的要求。
        2智能化工作面建设
        2.1液压支架自动跟机移架
        2.1.1液压支架自动跟机的硬件基础
        （1）电液控系统：包括控制器、电磁阀驱动器、隔离耦合器均能够正常工作，电液控系统系统间通信正常。电液控系统传感器均能够正常显示支架的工况。（2）传感器：采煤机位置检测装置，包括采煤机上红外发射器，支架上红外接收器能够正常工作，中间无遮挡。
        2.1.2液压支架自动跟机参数设置
        支架自动跟机移架由一名支架巡检工对支架控制器参数进行设定，紧跟煤机运行方向按照作业规程中有关采煤工序规定设置喷雾、移架等参数，并根据工作面条件摸索出适应智能化生产的参数设置，设置完成后，启动跟机实现自动喷雾、收护帮、移架、推移运输机等动作。
        2.2采煤机记忆截割
        采煤机记忆截割系统由配套的各种传感器、传感器中心、采煤机与顺槽通信模块以及记忆截割软件组成。采煤机记忆截割首先是进行人工操作，通过读取采煤机机身传感器的高度、速度、当前位置等数据在控制程序数据库学习记忆一个割煤循环，在地质条件稳定时，后续生产调用记忆截割功能，实现煤机自动重复执行上一循环割煤时煤机相应位置的速度、采高等状态参数，实现智能割煤。在地质条件变化时，跟机巡检可以实时进行人工干预，以弥补智能化割煤缺陷，达到智能采煤、人工干预的最佳状态。

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        2.3工作面视频监控功能
        视频监控系统通过网络传输的方式完成对工作面采煤机、液压支架及采场状况的视频监控，实时为远程操作员建立身处现场实景的信息，确保远程操作的安全。通过视频监控系统传送工作面图像，操作人员根据煤层变化情况、滚筒截割情况、支架状态等信息，必要时对采煤机进行远程干预。
        2.4工作面远程集中控制
        将综采工作面主要设备，包括采煤机、液压支架、运输系统、供电系统、供液系统，通过自动化控制系统连接起来，实现在井下集控中心和地面调度中心对工作面设备进行工况信息监测和远程集中控制，并实现工作面设备“一键启停”和“顺序启停”。
        在井上下集控中心能够实现对采煤机的运行方向、速度、滚筒转速和摇臂高度的控制功能；实现对单个支架或成组支架实现锁定、解锁、执行动作等功能；实现对破碎机、转载机、刮板运输机单独启停功能；在液压支架电液控制系统实现全工作面跟机自动化的基础上，将电液控制系统的数据与液压支架视频相结合，通过集控操作中心和地面调度中心的操作台对液压支架进行人工干预，以满足复杂环境下液压支架的自动化控制。
        2.5乳化液保障系统
        通过自动控制技术，将乳化液配液、高压过滤系统集成起来，实现乳化液自动配比，箱体液位自动检测，自动补液功能；反冲洗过滤站压力自动检测，自动反冲功能，形成智能化集成供液控制系统，提高了供液系统运行效率。并将采集到的数据集成显示、实时上传，实现了乳化液保障系统的可视化管理。
        2.6工作面大数据系统
        通过工作面高速以太环网将采煤机控制系统、支架电液控制系统、工作面运输控制系统、三机控制系统、泵站控制系统及供电系统相关数据上传，实现对支架压力、煤机轨迹、乳化液自动配比以及高低压过滤站等生产数据的实时监测及历史数据查询：（1）实现数据的实时监测和采集，建立实时数据库，并进行存储，实现历史数据积累，具备查询历史数据功能，并对历史数据根据不同的查询条件做相应的筛选、区分。（2）实现支架压力数据的实时上传及历史数据查询存储，并以不同颜色直接区分压力不足和压力超限。（3）实现煤机轨迹数据的实时上传及历史数据查询存储，生产期间显示煤机滚筒高度、煤机速度及牵引方向，并以不同颜色区记忆截割及人工操作，实现煤机速度的历史查询。（4）实现乳化液自动配比装置水箱、油箱、液箱、浓度以及高低压反冲洗过滤站进、出口压力实现显示及乳化液浓度历史查询。（5）工作面生产期间，实现采煤机、刮板运输机、转载机、破碎机、胶带运输机动画显示及刮板运输机、转载机、破碎机电流上传，并实时显示采煤机位置。
        2.7智能化设备操作与维护人员培养
        关于智能化设备操作与维护人员培养是建设智能化工作面的重要保障：（1）坚持邀请厂家技术人员来矿实训，并选派技术骨干到设备研发单位、生产厂家实地学习。（2）安装期间请设备厂家专家进行现场指导，同时安排对使用、维护人员进行现场教学实现人员素质和新装备要求的高度匹配。（3）突出“一人多岗、一人多能、兼职互补”，培养智能化设备操作与维护、检修合一的智能化技能人才。
        结语
        实现智能化开采是煤炭工业技术革命、产业转型升级的战略方向，建设智能化采煤工作面，推进现阶段可行的“无人操作、有人巡视”的智能化开采模式，不断改进设备性能，持续提升装备效能，充分发挥智能化保障作用，不断提高智能化技术与综合管理水平，大幅降低工人劳动强度，将工人从危险的工作面采场解放出来，实现“少人则安、无人则安”。
        参考文献：
        [1]张华.煤矿综采工作面智能化开采技术研究[J].装备维修技术，2019（04）：42.
        [2]唐恩贤，张玉良，马骋.煤矿智能化开采技术研究现状及展望[J].煤炭科学技术，2019，47（10）：111-115.
        [3]李子彦.煤矿采煤机智能化关键技术探析[J].能源技术与管理，2019，44（04）：151-153.