武智超 田子棟 趙 學(xué)

（遼寧省調(diào)兵山市鐵法能源公司，遼寧 調(diào)兵山 112700）

小青煤礦是鐵法煤業(yè)（集團）公司主要生產(chǎn)礦井之一，于1975 年5 月1 日破土興建，設(shè)計生產(chǎn)能力為120 萬t/a。礦井采用立井多水平開拓，第一水平采上煤組，大巷標(biāo)高為447 m；第二水平采下煤組，大巷標(biāo)高為-650 m。現(xiàn)開采第一水平，共有北一、西一和南二三個生產(chǎn)采區(qū)，采用集中運輸大巷、石門的布置方式，頂板自然垮落、綜合機械化機組落煤的采煤方法，主采四、七兩層，采高在1.4～3 m之間。當(dāng)前小青煤礦為響應(yīng)集團公司的號召，實現(xiàn)高產(chǎn)高效安全開采的生產(chǎn)目標(biāo)，進行了煤礦井下智能化技術(shù)的實踐應(yīng)用研究。

1 綜采工作面智能化控制系統(tǒng)

1.1 工程概況

小青煤礦當(dāng)前主要開采7#煤層，煤層厚度為1.9～8.3 m，平均厚度為4.72 m，煤層傾角為2°～8°，平均傾角5°。煤層頂板巖性為砂質(zhì)泥巖、泥巖、粘土巖底板巖，局部相變?yōu)樯百|(zhì)泥巖互層。采煤機采高3.0 m，放頂煤高度為2.72 m。

工作面主要設(shè)備：MG50/600WD1 型交流電牽引采煤機，ZF8600/18/35D 放頂煤液壓支架，SGZ830/800 型刮板輸送機，SZZ830/315 型過道轉(zhuǎn)載機，PLN2200 輪式破碎機，DSP-1063/1000 可伸縮膠帶輸送機，BZRK400（200-31.5）/31.5 智能型乳化液泵站，BPW315/6.3 噴霧泵站。

1.2 智能化控制系統(tǒng)方案

針對小青煤礦7#煤層井下綜采面的實際情況，設(shè)計了綜采工作面智能化技術(shù)控制系統(tǒng)方案。7#煤層井下綜采面智能化控制系統(tǒng)構(gòu)架如圖1 所示。該智能化控制系統(tǒng)中，采煤及配套設(shè)備以記憶動作為主，人工遠程干預(yù)為輔，液壓支架以跟隨采煤機自動序列動作為主，人工遠程干預(yù)為輔。綜采運輸設(shè)備實現(xiàn)集中自動化控制。

2 智能化技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 工作面以太網(wǎng)通信平臺的建立

建立7#煤層井下工作面以太網(wǎng)通信平臺，該通信平臺具有虛擬局域網(wǎng)、流量優(yōu)先級的100 M 寬帶管理功能。良好的網(wǎng)絡(luò)通信可以保障信息動態(tài)的時時傳遞，該通信平臺能對網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進行實時檢測，保障通信網(wǎng)絡(luò)的正常。該工作面智能自動化控制網(wǎng)絡(luò)情況如圖2 所示，系統(tǒng)主要是分井上和井下兩大部分，將井下采煤工作面開采及配套設(shè)備的信息通過光電轉(zhuǎn)換器、綜合接入器、交換機全部匯總到井上服務(wù)器上，在煤礦調(diào)度指揮中心實現(xiàn)控制。

圖1 工作面智能化控制系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

圖2 工作面智能化控制網(wǎng)絡(luò)示意圖

2.2 工作面可視化視頻監(jiān)控

建立了可視化視頻監(jiān)控控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)以下功能：（1）視頻功能：當(dāng)液壓支架因復(fù)雜的工作環(huán)境需要進行調(diào)整時，實現(xiàn)無人化遠程控制；（2）數(shù)字網(wǎng)絡(luò)高清視頻系統(tǒng)：即基于以太網(wǎng)的壓縮高清視頻應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)合攝像儀的IP 地址的視頻系統(tǒng)。

建立了視頻系統(tǒng)智能化系統(tǒng)可以實現(xiàn)以下功能：（1）攝像儀智能清洗功能；（2）目標(biāo)智能追蹤功能；（3）視頻全景拼接功能。

2.3 工作面配套設(shè)備分析

2.3.1 采煤機記憶割煤及遠程干預(yù)控制

采煤機上設(shè)有的采高傳感器及位置傳感器，通過對采集的數(shù)據(jù)信息來進行自主定位，并利用采煤機記憶切割功能，實現(xiàn)采煤機的智能自動化控制。根據(jù)7#煤層工作面的實際情況，采用了前滾筒割底煤、后滾筒割頂煤的采煤機22 象限記憶截割開采工藝。通過提取采煤機行走數(shù)據(jù)，生成采煤機運行軌跡、割煤刀數(shù)、割煤時間、跟機狀態(tài)等信息。同時采煤機與地面調(diào)度中心實現(xiàn)遠程控制，在地面調(diào)度中心可以對井下采煤機進行遠程監(jiān)控，當(dāng)井下割煤條件發(fā)生重大變化時，可以人工進行遠程干預(yù)控制。

2.3.2 液壓支架跟機自動化及遠程干預(yù)控制

對采煤機及液壓支架上的紅外線發(fā)送器、紅外線接收器的信息進行采集處理，來實現(xiàn)液壓支架全工作面跟機作業(yè)智能自動化。根據(jù)采煤機工藝、采煤機位置，實現(xiàn)了全工作面液壓支架的智能自動化控制，包括液壓支架的跟機噴霧、跟機移架和跟機推溜等功能，實現(xiàn)了轉(zhuǎn)載機尾自移聯(lián)動，實現(xiàn)了端頭設(shè)備的智能自動化作業(yè)。同時液壓支架與地面調(diào)度中心實現(xiàn)遠程控制，在地面調(diào)度中心可以對井下液壓支架進行遠程監(jiān)控，當(dāng)支架出現(xiàn)液壓故障、部件失靈等原因致使液壓支架動作不到位或其他影響生產(chǎn)的現(xiàn)象發(fā)生后，可以人工進行遠程干預(yù)控制。

2.4 智能煤矸識別系統(tǒng)

基于小青煤礦7#煤層采用放頂煤開采技術(shù)的特點，主要是采用人工對煤層和矸石進行識別，自動智能化應(yīng)用較為薄弱。為實現(xiàn)自動化放煤，應(yīng)用了智能煤矸識別系統(tǒng)，對放煤過程中的煤矸進行感知，并提取特征信號，基于該信號數(shù)據(jù)來進行有效判斷，以此為基礎(chǔ)實現(xiàn)遠程放煤控制。

3 技術(shù)創(chuàng)新分析

7#煤層工作面智能化技術(shù)的應(yīng)用，有效解決了綜采放頂煤自動放煤環(huán)節(jié)的工藝難點，智能煤矸識別系統(tǒng)的應(yīng)用實現(xiàn)了人工智能識別煤矸混合比和自動放煤。智能化技術(shù)減少了工作崗位，降低了勞動強度，消除了安全隱患，同時降低了矸石量，為實現(xiàn)煤礦高產(chǎn)高效安全開采奠定了基礎(chǔ)。

4 效益分析

綜采工作面智能化技術(shù)的應(yīng)用，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的效益：（1）智能化技術(shù)的應(yīng)用可大幅度減少工作崗位；（2）通過智能化系統(tǒng)的應(yīng)用，大大提高了開采設(shè)備可靠性和穩(wěn)定性，設(shè)備故障率降低，工作效率提高；（3）實施放頂煤智能化技術(shù)，降低了矸石量，提高精煤回收率；（4）智能化技術(shù)的應(yīng)用，可以對運行設(shè)備進行實時監(jiān)測，并對設(shè)備的故障隱患進行預(yù)測，降低設(shè)備故障發(fā)生率。

以W2719 綜采工作面為背景，該工作面實現(xiàn)智能化技術(shù)開采后，實踐應(yīng)用效果理想，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟安全效益。實現(xiàn)可視化智能無人開采后，按照每班8 h 計算，對比傳統(tǒng)開采方式，采煤作業(yè)每個循環(huán)用時從135 min 降低到65 min，每班循環(huán)從3 次提高到6 次，日產(chǎn)量從1303 t 提高到了3224 t，月產(chǎn)量從 4.13 萬 t 提高到 9.23 萬 t。W2719綜采工作面實現(xiàn)智能化技術(shù)開采后，減少了工作面崗位工作人員達18 人，有效地提高了工作面開采的自動化程度，企業(yè)節(jié)約人力成本約900 萬元。根據(jù)智能化技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗，每年提高設(shè)備運行效率約10%，產(chǎn)生經(jīng)濟效益350 萬元。預(yù)期W2719 工作面的矸石量可減少6%，提高放煤率1%，產(chǎn)生經(jīng)濟效益400 萬元。

5 結(jié)語

以鐵法煤業(yè)公司小青煤礦7#煤層為研究對象，對其綜采工作面智能化開采技術(shù)進行了實踐應(yīng)用研究。智能化開采技術(shù)的應(yīng)用可以有效提高采煤的自動化程度，有效提高開采設(shè)備的工作效率和使用效率，降低設(shè)備故障發(fā)生率，減少工作崗位，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟安全效益。