張?jiān)鲎u(yù)，劉混舉（.神華神東煤炭集團(tuán)，陜西神木 7935；.太原理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，太原 03004）

綜采自動(dòng)化技術(shù)在神東煤炭集團(tuán)的應(yīng)用探索

張?jiān)鲎u(yù)1，劉混舉2
（1.神華神東煤炭集團(tuán)，陜西神木 719315；2.太原理工大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，太原 030024）

隨著煤礦機(jī)械化程度的提高，裝備自動(dòng)化程度直接影響煤炭企業(yè)的生產(chǎn)效率和安全水平。神東公司是我國最早引入成套綜采裝備的煤炭企業(yè)，綜采自動(dòng)化技術(shù)探索過程中先后經(jīng)歷了1.0，2.0，3.0時(shí)代，特別是在3.0時(shí)代，在采煤機(jī)記憶割煤+遠(yuǎn)程干預(yù)、液壓支架跟機(jī)拉架、推溜、自動(dòng)收打護(hù)幫板的基礎(chǔ)上，引入了系統(tǒng)集成、視頻拼接技術(shù)，使得綜采自動(dòng)化技術(shù)有了較大的提升，在中厚較薄煤層的應(yīng)用中，提高了生產(chǎn)效率和安全系數(shù)、降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。

綜采；自動(dòng)化；系統(tǒng)集成；視頻拼接

據(jù)中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)統(tǒng)計(jì)，全國原國有重點(diǎn)煤礦采煤機(jī)械化程度接近90%，其中綜采達(dá)到80%以上，目前全國綜采成套設(shè)備達(dá)到1 200多套，綜采工作面年均產(chǎn)量達(dá)到120多萬t；全國掘進(jìn)機(jī)械化程度超過80%，其中綜掘達(dá)到30%。

神東煤炭集團(tuán)在多年的機(jī)電管理過程中，不斷地探索、創(chuàng)新和累積，在綜采自動(dòng)化技術(shù)上形成了一套體系。近年來，在中厚較薄煤層綜采開采過程中，自動(dòng)化技術(shù)已經(jīng)趨于成熟，在提高生產(chǎn)效率和安全水平、降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度方面取得了較好的成果。

1　國內(nèi)外綜采自動(dòng)化技術(shù)情況

1.1國外綜采自動(dòng)化應(yīng)用情況

美國JOY公司和德國CAT、EKF公司是滾筒式采煤機(jī)自動(dòng)化工作面技術(shù)的先驅(qū)。EKF公司已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制和記憶割煤技術(shù)。JOY公司在澳大利亞實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)智能割煤，支架應(yīng)用了工作面矯直技術(shù)（舵性導(dǎo)航儀），自動(dòng)跟機(jī)拉架，整個(gè)工作面直線度可以控制在±500 mm；在挪威應(yīng)用了機(jī)載紅外攝像頭，支架人員接近系統(tǒng)，警示照明等技術(shù)。目前，澳大利亞自動(dòng)化綜采工作面達(dá)到了60%以上，生產(chǎn)中自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用率在80%以上。

1.2國內(nèi)綜采自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用情況

國內(nèi)煤炭行業(yè)綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展較快，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)記憶割煤和支架自動(dòng)跟機(jī)拉架、收放護(hù)幫板等技術(shù)，部分工作面實(shí)現(xiàn)了神東綜采自動(dòng)化3.0技術(shù)中的順槽集中監(jiān)控。

2　綜采自動(dòng)化技術(shù)在神東的探索歷程

神東公司從90年代引進(jìn)了成套綜采設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了全機(jī)械化開采工藝；2004年開始探索自動(dòng)化開采工藝，通過引進(jìn)進(jìn)口自動(dòng)化割煤技術(shù)，與國內(nèi)相關(guān)廠家合作、消化、吸收，研發(fā)出了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的綜采自動(dòng)化技術(shù)；神東綜采自動(dòng)化技術(shù)先后經(jīng)歷了自動(dòng)化1.0、自動(dòng)化2.0、自動(dòng)化3.0階段，具體如下：

自動(dòng)化1.0階段：2004年至2007年，分別在榆家梁礦、大柳塔礦、哈拉溝礦、錦界礦等共試驗(yàn)了7個(gè)綜采自動(dòng)化工作面，實(shí)現(xiàn)了中部采煤機(jī)記憶割煤和支架跟機(jī)自動(dòng)化，應(yīng)用率達(dá)到80%。

自動(dòng)化2.0階段：2008年至2014年，在榆家梁煤礦43305面實(shí)施薄煤層自動(dòng)化工作面，實(shí)現(xiàn)了支架跟機(jī)自動(dòng)化、采煤機(jī)記憶割煤、采煤機(jī)隨機(jī)視頻、機(jī)頭遠(yuǎn)程控制采煤機(jī)等技術(shù)。在自動(dòng)化1.0基礎(chǔ)上增加了采煤機(jī)隨機(jī)視頻和順槽遠(yuǎn)程操作。

自動(dòng)化3.0階段：2014年在石圪臺煤礦和錦界煤礦2個(gè)綜采自動(dòng)化工作面，實(shí)現(xiàn)了順槽集中監(jiān)控采煤機(jī)、支架、三機(jī)、泵站、移變和開關(guān)等，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了整個(gè)工作面視頻拼接；在自動(dòng)化2.0基礎(chǔ)上增加了集中控制和視頻拼接技術(shù)。目前神東正在探索自動(dòng)化4.0相關(guān)技術(shù)。

3　神東自動(dòng)化3.0主要技術(shù)

神東公司綜采工作面自動(dòng)化3.0技術(shù)在石圪臺礦已在3個(gè)工作面進(jìn)行了應(yīng)用，目前正在31203綜采工作面應(yīng)用。

3.1工作面概況

3.1.1地質(zhì)條件

石圪臺礦31203工作面長337 m，推進(jìn)長度1 865 m，平均厚度3.9 m，可采儲(chǔ)量290萬t，回采率93%，煤層上部有原天隆公司22煤房采采空區(qū)、22煤綜采采空區(qū)、22403切眼外旺采區(qū)、大渠二礦小窯采空區(qū)及22煤集中煤柱。

3.1.2工作面配套設(shè)備信息

工作面配套設(shè)備信息如表1所示。

表1　工作面配套設(shè)備信息

3.1.3隊(duì)伍情況

該工作面由綜采一隊(duì)負(fù)責(zé)回采，成立于2005年，在冊正式職工46人，平均年齡33歲，大中專以上學(xué)歷37人，占總?cè)藬?shù)的80.4%，是一支知識水平高、現(xiàn)場經(jīng)驗(yàn)豐富的年輕化隊(duì)伍。

3.2神東綜采自動(dòng)化3.0主要技術(shù)內(nèi)容

神東經(jīng)過多年探索，形成了包括集中控制、視頻拼接、采煤機(jī)記憶割煤+遠(yuǎn)程干預(yù)、支架自動(dòng)跟機(jī)拉架為主的綜采工作面自動(dòng)化3.0技術(shù)。

1）采煤機(jī)記憶割煤+遠(yuǎn)程干預(yù)。神東與青島天信電氣有限公司合作，開發(fā)了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的采煤機(jī)自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

主要技術(shù)：記憶截割功能，采煤機(jī)司機(jī)操控采煤機(jī)全面工作面割煤，采煤機(jī)自動(dòng)記錄位置、牽引方向、牽引速度、搖臂角度、采煤機(jī)橫向和縱向傾角等數(shù)據(jù)，并將相關(guān)參數(shù)存入控制器中，開啟自動(dòng)割煤程序后，采煤機(jī)將根據(jù)控制記錄的軌跡自動(dòng)割煤。

采煤機(jī)遠(yuǎn)程干預(yù)原理示意圖見圖1。當(dāng)工作面采高、煤質(zhì)等地質(zhì)條件發(fā)生變化時(shí)，采煤機(jī)司機(jī)可以通過順槽控制中心對采煤機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程干預(yù)，改變采高、牽引速度等參數(shù)，適應(yīng)地質(zhì)變化。

圖1　采煤機(jī)遠(yuǎn)程干預(yù)原理圖

2）支架跟機(jī)拉架、推溜、自動(dòng)收打護(hù)幫板、支架遠(yuǎn)程控制。支架跟機(jī)自動(dòng)化功能開啟后，支架通過紅外發(fā)射器檢測采煤機(jī)位置，根據(jù)預(yù)設(shè)參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)拉架、推溜、收打護(hù)幫板等。

3.3集中控制系統(tǒng)

綜采工作面集中控制系統(tǒng)示意圖見圖2。該集控系統(tǒng)是利用本安型處理器、交換機(jī)、顯示器、攝像儀、云臺攝像儀、光電轉(zhuǎn)換器等硬件設(shè)施，在Longwall mining（長壁開采）軟件平臺上實(shí)現(xiàn)了對液壓支架、采煤機(jī)、刮板機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、移變、組合開關(guān)、泵站、變頻器等設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控。

圖2　集控系統(tǒng)邏輯圖

目前有生產(chǎn)和檢修兩個(gè)模式，生產(chǎn)模式實(shí)現(xiàn)了所有設(shè)備一鍵起停，檢修模式實(shí)現(xiàn)了單臺設(shè)備起停。

1）液壓支架。根據(jù)支架采集數(shù)據(jù)建立了三維礦壓數(shù)據(jù)模式，系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)選定時(shí)間段內(nèi)的所有支架的壓力，根據(jù)支架號、時(shí)間、壓力三個(gè)維度繪制三維礦壓圖形，全面展示工作面頂板壓力的變化。

2）采煤機(jī)。顯示采煤機(jī)實(shí)時(shí)移動(dòng)方向、速度、位置、左右滾筒的啟停、采高和臥底高度、運(yùn)行模式、主要電機(jī)參數(shù)（溫度、電流、電壓）、故障點(diǎn)等信息。

3）刮板運(yùn)輸機(jī)、破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)。顯示三機(jī)設(shè)備參數(shù)列表，主要包括啟停狀態(tài)、開機(jī)時(shí)間、開機(jī)率、電機(jī)參數(shù)（溫度、電流、電壓）、沿線閉鎖。

4）泵站。顯示泵站的啟停狀態(tài)、乳化液出口壓力、液箱液位、乳化油油箱油位、故障信息、電機(jī)參數(shù)（溫度、電流、電壓）等。

5）移變和開關(guān)。顯示供電總圖,移變顯示關(guān)聯(lián)設(shè)備、合分閘狀態(tài)、高低壓側(cè)的電壓與電流數(shù)據(jù)、故障信息，可以進(jìn)行遠(yuǎn)程整定。

組合開關(guān)顯示總體信息、全部回路、遠(yuǎn)程整定。

3.4工作面視頻拼接技術(shù)

圖像拼接是一種利用實(shí)景圖像組成全景空間的技術(shù)。

1）全工作面視頻拼接。全工作面視頻拼接，將整個(gè)工作面拼接成一幅圖，便于操作人員實(shí)時(shí)掌握全工作面情況，指導(dǎo)遠(yuǎn)程操作設(shè)備。

2）自動(dòng)跟機(jī)拼接。拼接圖像始終跟隨采煤機(jī)，畫面顯示采煤機(jī)、采煤機(jī)前三架、采煤機(jī)后三架支架實(shí)時(shí)情況，指導(dǎo)遠(yuǎn)程割煤。

3）隨機(jī)拼接?？筛鶕?jù)輸入架號，隨機(jī)切換到對應(yīng)關(guān)注的相機(jī)位置，實(shí)現(xiàn)該位置的一組視頻實(shí)時(shí)拼接效果。

4　結(jié)束語

神東自動(dòng)化3.0首次應(yīng)用了視頻全景拼接的自動(dòng)化集中控制生產(chǎn)模式，在工作面視頻全景拼接、信息傳輸、遠(yuǎn)程集控等關(guān)鍵技術(shù)方面取得突破性進(jìn)展，引領(lǐng)了行業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展，提高了安全保障和資源回收率。設(shè)備操作人員由跟機(jī)操作轉(zhuǎn)變?yōu)楦鷻C(jī)觀察和適時(shí)干預(yù)，降低了工人勞動(dòng)強(qiáng)度，特別是2 m以下的低采高工作面應(yīng)用效果更加明顯。

煤礦綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)作為減少井下操作人員數(shù)量，降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高采煤工效和安全系數(shù)的有效途徑，已經(jīng)成為煤炭企業(yè)發(fā)展的方向；國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和煤炭裝備制造企業(yè)都在進(jìn)行相關(guān)的研究，很多技術(shù)在理論領(lǐng)域已經(jīng)取得了突破，部分關(guān)鍵技術(shù)在實(shí)際中也得到了應(yīng)用。神東自動(dòng)化包括3.0階段以前也主要是從技術(shù)方面進(jìn)行了探索與應(yīng)用，4.0階段應(yīng)該從組織保障、制度、安全、技術(shù)和人力等全方位進(jìn)行探索，制定4.0標(biāo)準(zhǔn)體系，形成一套完整的技術(shù)理論體系，建成智能化工作面，達(dá)到減人增效的目的。

[1]王安.現(xiàn)代化億噸礦區(qū)生產(chǎn)技術(shù)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2005.

[2]王國法.綜采自動(dòng)化智能化無人化成套技術(shù)與裝備發(fā)展方向[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，42（9）:30-34，39.

[3]張守祥，范紅霞.綜采工作面自動(dòng)化監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2008.

[4]王小強(qiáng)，陳臨強(qiáng)，梁旭.實(shí)時(shí)全自動(dòng)視頻拼接方法[J].計(jì)算機(jī)工程，2011，37（5）:291-293.

[5]李俸林.論系統(tǒng)集成項(xiàng)目在實(shí)施過程中的管理[J].計(jì)算機(jī)系統(tǒng)應(yīng)用，2003（4）:6-9.

（編輯：楊鵬）

Application of Fully-mechanical Automation Technology in Shendong Coal Group

ZHANG Zengyu1，LIU Hunju2
(1.Shenhua Shendong Coal Group,Shenmu 719315,China; 2.College of Mechanical Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China)

With the increase of the mechanization degree in mines,the automation level of equipment directly affects the production efficiency and safety of coal enterprises.As the first coal enterprise which introduced complete equipment of fully-mechanized mining,Shendong Group has experienced different times:1.0,2.0,and 3.0 in the exploring process of automatic technology.Especially in the 3.0 time,on the basis of cutting with memory and remote intervention of shearer,as well as pulling,pushing and loosing, and automatic closing flipper of hydraulic powered support with the shearer,the group introduced system integration and video stitching,which greatly improved the automatic technology of the fully-mechanized mining.In the application in medium-thick and thin seam,the technology increased production efficiency and security coefficient and reduced labor intensity.

fully-mechanized mining;automation;system integration;video stitching

TD823.97

A

1672-5050（2016）02-0011-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.02.004

2015-11-13

張?jiān)鲎u(yù)（1970-），內(nèi)蒙古鄂爾多斯人，工程碩士，高級工程師，從事礦山機(jī)械設(shè)備研究。