何新
沈阳焦煤股份有限公司红阳三矿 辽宁 辽阳市 111307
摘要：沈阳焦煤股份有限公司红阳三矿，煤层埋深超过千米，工作面回采期间，受高地压、断层、火成岩等地质条件影响，严重制约着矿井的安全高效生产。矿井针对复杂的地质条件，积极探索复杂地质条件下智能化工作面回采技术，在703综采工作面进行了现场回采实践，与原生产工艺相比，实现了煤矿生产的集约化、自动化与信息化目标，提高采煤效率，降低劳动强度，大大减少井下工作人员，降低煤炭开采成本，取得了很好的经济效益和社会效益。
关键词：复杂地质条件；智能化工作面；采煤效率；劳动强度；开采成本
1.前言
沈阳焦煤股份有限公司红阳三矿西三上采区703综采工作面回采7煤，回采标高为-1094m，地面标高为+21m，煤层埋深超过千米，工作面回采期间，原始地应力大；根据矿井703综采工作面运输顺槽、回风顺槽及开切眼巷道实揭地层资料显示，工作面回采期间将遇37条断层，同时该工作面回采过程中受火成岩床影响，影响区域为回顺停采线南1037～1263m区间；运顺停采线南798～893m区间，火成岩厚约0.1～1.1m，从7-3煤底板向上侵蚀至7-1煤顶板；综合分析该工作面地质条件极其复杂。
煤层赋存条件的复杂性和安全制约因素的多样性是综采智能化面临的最大难题，但红阳三矿针对复杂的地质条件，积极探索复杂地质条件下智能化工作面回采技术，实现了复杂地质条件下安全高效回采。
2.工作面概况
红阳三矿西三上采区703综采工作面位于西三上采区2#回风联络道以南，东邻西三上采区701采空区，西、南两侧为未采动区,其上下也均为未采动区。工作面地面标高+20.1～+21.8m，工作面回采标高-1094.902m ～-1067.202m 。工作面回采7煤层，7煤为复合煤层，由7-1煤、7-2煤和7-3煤组成。7-1煤平均厚0.35m，夹0.80m厚的泥岩；7-2煤平均厚0.45m，夹0.15m厚的泥岩；7-3煤平均厚1.30m。煤层直接顶为11.5m厚的泥岩。煤体结构为原生结构，煤层层理发育，煤类为贫瘦煤（PS）。
根据703综采工作面运输顺槽、回风顺槽及开切眼巷道揭露的地质资料显示，工作面回采过程中会遇到37条断层，对工作面回采影响较大的断层达10条，断层教发育；工作面回采过程中受火成岩床影响，影响区域为回顺停采线南1037～1263m区间；运顺停采线南798～893m区间，火成岩厚约0.1～1.1m。该范围火成岩床由西南方向向东北方向延伸，从7-3煤底板向上侵蚀至7-1煤顶板。
工作面采用ZY10000/15/33D电液控液压支架和ZT20000/18/35端头支架支护，运输顺槽超前支护采用ZQH2×3400/24/34型滑移式超前支架和ZQ4000/20.6/45型支架联合支护。回风顺槽超前支护采用ZQ4000/20.6/45型和ZD2800/17/35型支架联合支护。选用MG2×400/930-WD采煤机，SGZ770/1050型刮板运输机，SZZ800/250 型桥式转载机， PLM—2000/200型破碎机。
3.智能化工作面回采工艺
703综采工作面智能化系统主要采煤机记忆割煤系统、液压支架电液控制系统、顺槽监测系统、工作面视频系统组成。
3.1 采煤机记忆割煤系统
采煤机控制系统采用采高传感器实现采高自主定位，采用位置传感器实现工作面位置自主定位，具有记忆截割功能；具备以记忆割煤为主，人工干预为辅的生产工作模式。
首先由采煤机司机操作采煤机割第一刀示范刀，其后采煤机根据示范刀的自动记忆割煤，同时控制台司机通过监视系统，对采煤机进行有线远程干预，适时根据煤层及地质情况调整采高。当采煤机截割两侧端头煤壁时，采用人工干预进行割煤、移架、推溜。
该系统具有以下特点：
（1）以记忆截割为主，通过手动操作割煤作为示范刀，控制系统采集、存储采煤机在各个位置的行进方向、速度、左右摇臂高度等姿态信息，当工作面条件（如采高，顶底板等）没有大的变化时，采煤机采用自动运行模式，根据记忆的工作参数自动割煤，当煤层条件发生变化，可迅速进行本地或远程人工干预。
（2）实现对采煤机的远程监测与控制
①位置定位：能够定位、上传采煤机在工作面的相对位置，实现采煤机在工作面的定位，为自动化采煤提供精确的位置信息。
②姿态定位：实时检测、上传采煤机左、右摇臂的采高量或卧底量，当前所在位置的工作面倾角和俯、仰采角度以及采煤机的行走方向、速度等工作时的姿态信息。
③远程通讯与控制
远程通讯功能，实现采煤机工作面-顺槽实时通信，可在顺槽通过顺槽监控中心对采煤机运行工况进行监测，实时显示、上传相关数据（位置、姿态、记忆截割等相关数据）。
远程控制功能，包括：截割启停、摇臂升降、牵引控制、记忆截割启停、故障复位以及紧急停机等，实现对采煤机的自动化远程控制。
3.2 液压支架电液控制系统
采用追机移架的方式对顶板进行及时支护，采煤机割煤后，先移支架，再推移运输机，即割煤——移架——推运输机；移架滞后采煤机后滚筒2～4架，顶板破碎、有来压迹象或来压时采用人工干预割一架拉一架、带压擦顶移架。若煤壁片帮深度超过一个步距，可先于割煤进行人工干预移架支护暴露的顶板。工艺为移架——割煤——推运输机。
（1）随采煤机割煤，用电液控制系统控制液压支架的推溜、支撑、伸缩梁、护帮板等动作，即先移架后推溜，完成液压支架及刮板运输机的移动和对新暴露出的顶板、煤壁的支护，对工作面顶板进行自动跟机移架支护。
（2）考虑到生产中的实际情况和人员及设备安全，主要采用自动化跟机移架，如移架过程中有丢失或支架拒动，则采用人工邻架操作进行移架。
（3）自动化跟机移架流程为：预警过程→收回护帮板→伸缩梁→降柱卸压同时抬底等待→降柱离顶→移架→升柱→打出伸缩梁→护帮板。
3.3 顺槽监测系统
顺槽监控中心是综采自动化控制系统的核心部分。它是整个综采工作面自动化数据集成的核心部分，是综采工作面自动化系统的信息载体，同时也是操作人员的人机接口和监控平台。
顺槽监控中心是将综采工作面采煤机、液压支架、刮板运输机、转载机、破碎机、乳化液泵站、喷雾泵站以及供电系统、皮带输送机控制系统等有机的结合起来，实现对综采工作面设备的远程监测和远程控制功能。
工作面顺槽监控中心主要由3台隔爆兼本安型计算机、6台本安型显示器、2台操作台和电源、交换机等组成；矿用隔爆兼本安型计算机与显示器为分体安装。计算机中配置有2套煤矿综采自动化监控平台软件对整个综采工作面主要设备的运行工况进行监测监控。
3.4 工作面视频系统
工作面视频系统是对煤矿综采工作面现场设备运行情况的可视化监控。系统主要由安装于支架顶梁处的摄像仪和顺槽监控中心的监控主机以及显示器组成。
每6组支架配置1台矿用本安型摄像仪；在刮板输送机机头和机尾、转载机机头等综采工作面重点区域各安装1台矿用本安型摄像仪；在综采顺槽监控中心安装1台矿用本质安全型摄像仪。
工作面视频摄像仪通过通信获取的采煤机运行位置和方向信号，实现在视频监视器上跟随采煤机自动化切换视频摄像仪画面。顺槽监控中心配置的网络交换机完成工作面视频信号的汇聚并通过矿井工业网络将视频信号传输到地面调度机房。工作面视频系统支持多通道输出，可以在工作面顺槽监控中心的防爆监视器上显示不同的画面。
4.结束语
红阳三矿西三上采区703综采工作面，若采用人工控制，按照矿井原有的生产经验，每班八小时计算，受各工种配合协调效率低的影响，每个原班可循环5刀，而采用智能化回采工艺，每班八小时计算，各个设备通过顺槽集控中心协同调度，现每个原班可循环7刀，缩短了工作面的回采周期。工作面使用自动化智能控制系统进行采煤，可将整个综采工作面的操作人员节减至10人，与原有生产工艺相比区队生产人员减少50人，实现了减员提效。
采用智能化回采工艺，通过工作面集控系统完成对工作面设备的远程操控，实现煤矿生产的集约化、自动化与信息化目标，极大的促进了矿井本质安全型建设，发展高效集约化生产，实现无人值守开采，提高采煤效率，降低劳动强度，大大减少井下工作人员，降低煤炭开采成本，“减人提效、节能降耗”，具有重大的社会效益。
作者简介：
何新，男，1994年9月出生，辽宁省铁岭市人，满族，毕业于辽宁工程技术大学采矿工程专业，本科学历，现就职于沈阳焦煤股份有限公司红阳三矿生产技术科。