唐利山
国能蒙西煤化工股份有限公司，内蒙古，鄂尔多斯，016064
摘要：棋盘井煤矿响应集团公司号召，建立了集记忆割煤、支架自动跟机、一键顺序启停、可视化监控、支架电液控制、工作面惯导自动调直、智能集成供液等多种技术于一体的智能化工作面，取得了阶段性成果。同时根据实践过程中的技术问题提出了下一步规划。结果表明，智能化工作面的建设减少了工人数量，提高了产煤效率。
关键词：煤矿开采；智能化工作面；自动化技术
引言
中国是煤炭大国，我国煤矿发展的主要方向是建设集安全、绿色、智能、高效的现代化矿井[1-2]。随着智能化和计算机互联网技术的迅猛发展，煤矿向智能化转型进程加快[3-4]。康红普等综合分析了千米深井煤矿围岩控制及智能化开采技术的现状和问题。王国法等针对不同智能化煤矿进行了分类并提出了分级评价指标体系。
棋盘井煤矿（东区）紧紧围绕集团公司智能化建设指南，确立了四化合一的“智慧东区”发展目标，即“生产智能化、运营精细化、管理标准化、决策科学化”。目前已实现综采工作面智能化开采、主煤流运输系统智能化运行，主通风机房、井下变电所、皮带沿线等12个固定场所实现了无人值守，远程集中控制，逐步实现了矿井全面的综合自动化，使矿井整体智能化建设水平基本达到智能化矿井建设标准。
1 智能工作面概况
棋盘井煤矿（东区）位于内蒙古自治区鄂尔多斯市鄂托克旗境内，设计生产能力为120万t/a。11101综采工作面为11采取首采工作面，是乌海周边地区首个集记忆割煤、支架自动跟机、一键顺序启停、可视化监控、支架电液控制、工作面惯导自动调直、智能集成供液等多种技术于一体的智能化工作面，工作面走向长度为225m，走向长度1753m，平均厚度3.05m。顶板岩性以灰色中细粒砂岩为主，局部为砂质泥岩；底板岩性以砂质泥岩为主。
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2 智能工作面实现功能
智能工作面通过高速以太环网将井下各个系统有机融合起来，包括采煤机控制系统、工作面运输系统、供电系统等，从而实现采煤工作面各个机械化设备的协调管理与集中控制；同时引入液压支架和工作面煤壁高清视频系统，必要时根据井下实际情况进行远程人工控制，实现自动化与远程人工预控制相结合的工作模式。
（1）综采自动化远程集中控制功能
通过自动化系统将采煤机、运输系统、供液系统等综采工作面主要设备连接起来，实现具备“一键启停”和“顺序启停”功能的地面智能化控制中心的远程集中控制。
（2）采煤机全工作面记忆截割功能
采用智能决策记忆割煤技术实现采煤机的自动化割煤过程。控制程序数据库能够对采煤机机身传感器的割煤高度、速度、当前位置等数据进行读取并进行记忆，实现对“示范刀”和历史割煤数据的学习，最终实现记忆截割。
（3）液压支架跟机自动化与远程人工干预功能
液压支架电液控制系统能够实现全工作面跟机自动化功能，在此基础上，辅以液压支架视频系统，使地面智能化控制中心能够人工干预液压支架，使液压支架自动化控制在复杂环境条件也能应用。
（4）工作面视频监控功能
基于视频数据实时网络传输的强大功能，地面可实现在线监控采煤机、液压支架运行状况及工作面作业现场情况，根据反馈数据，建立现场实景信息，作业人员可实时远程操控，工作安全可靠。
工作面视频监控系统通过井下各个位置采集信息，传输影像数据，作业人员基于信息反馈综合判断煤层层厚变化情况、三机三直一平情况、支架推移情况等，必要时可进行远程干预指导作业。
（5）设备运行状态监控功能
地面智能化控制中心的上位机界面，能够实时显示出各个系统连接和工作状态。
（6）数据统计分析功能
为保证井下作业的安全、高效，矿压数据的统计分析至关重要。智能化工作面配套的数据统计分析功能主要包括：①采煤机轨迹分析，基于反馈截割规矩，了解采煤机工况信息；②工作面压力分布分析，生成的x-p作面压力分布图可指导工作面安全生产；③支架单架压力分析功能，生成的t-p压力分布图可反应支架工作状态，帮助检修人员高效作业。
3 智能工作面存在的问题
智能工作面建设由于技术的不成熟，还存在诸多问题，主要表现在4个方面：
（1）数据汇聚存在信息孤岛问题。井下各个数据传输系统独立，使各部门之间、各专业之间的数据各自独立，缺乏一个各数据相互关联和融合的数据接口和标准。
（2）数据传输能力不足。由于技术及井下复杂条件影响，井下与地面通讯存在滞后现象，网络传输能力的不足使高清视频等大数据量无法传输。
（3）视频AI智能辅助不足。固定岗位实行无人值守以来，视频监控画面数量众多，集控员在进行系统控制的同时，面对海量的监控画面，无法对井下生产现场实现安全态势判断和管控。缺乏AI实时智能分析，智能报警。
（4）传感器的可靠性差。井下布置的大量传感器不具备数据分析能力，且精度低、抗干扰能力较差；现有传感器不具备有线和无线双通讯。
4 工业性试验
棋盘井煤矿（东区）11101综采工作面于2020年11月13开始运行调试，采用智能化开采模式后，综采队由计划的100人减为38人，工作面生产人数由计划的15人减少至1~3人，当班采煤量由过去的3000吨/班提升至5600吨/班，相比传统工作面单产水平提高了88%。
5 结论与展望
棋盘井煤矿（东区）通过不断探索与努力，在智能化建设上取得了一些成绩，但与示范性矿井还存在差距，将从以下方面进行努力：（1）建立统一操作系统平台；（2）建设智能化掘进工作面；（3）引入巡检机器人；（4）引入设备在线诊断与远程运维系统；（5）数据中心和AI核心平台建设。
参考文献
[1]谢和平，王金华，王国法，等．煤炭革命新理念与煤炭科技发展构想［J］．煤炭学报，2018，43(5):1187－1197．
[2]彭苏萍．我国煤矿安全高效开采地质保障系统研究现状及展望［J］．煤炭学报，2020，45(7):2331－2345．
[3]康红普，王国法，姜鹏飞，等．煤矿千米深井围岩控制及智能开采技术构想［J］．煤炭学报，2018，43(7):1789－1800．
[4]王国法，庞义辉，任怀伟．煤矿智能化开采模式与技术路径［J］．采矿与岩层控制工程学报，2020，2(1):1－15．
[5]王国法，庞义辉，刘峰，等．智能化煤矿分类、分级评价指标体系［J］．煤炭科学技术，2020，48(3):1－13．