薄 帥

（西山煤電西銘礦，山西 太原 030052）

一直以來，煤炭開采效率、安全性和成本是煤礦企業(yè)關注的主要問題；同時，煤炭作為我國國民經(jīng)濟發(fā)展的主要動力，實現(xiàn)煤炭的安全高效開采對于經(jīng)濟發(fā)展和社會進步具有重要意義。“智能化”是未來所有行業(yè)發(fā)展的趨勢，煤炭行業(yè)也不例外。實現(xiàn)煤礦綜采工作面的智能化開采旨在根據(jù)工作面的地質條件、煤層條件以及瓦斯等情況，采用理論分析與實踐經(jīng)驗相結合的方式實現(xiàn)對工作面煤層的智能化開采[1]。本文以實踐生產(chǎn)為例對智能化開采涉及到的“三機”配套選型和智能化集中控制進行研究，并對實際應用效果進行評估。

1 工程概況

本文以神華能源有限公司下屬的烏東煤礦開展研究，該工作面目前共包括有4 個回采工作面和4 個掘進工作面。本文以其中B3+6 回采工作面為研究對象，分析智能開采技術在其中的應用。B3+6 工作面的頂?shù)装逄卣魅绫? 所示。

表1 B3+6 回采工作面頂?shù)装逄卣?/p>

該工作面煤層傾角較大，屬于急傾斜工作面。目前，烏東煤礦采用綜合放頂煤開采工藝，對應的采煤機截割高度為3 m，放頂煤高度為22 m，采煤機對應的截割深度為0.8 m，該工藝對應的放煤步距為0.8 m。在實際開采中工作面采用錨桿、金屬網(wǎng)以及鋼帶的方式對其頂板和兩幫進行支護。綜合烏東煤礦的地質條件和急傾斜工作面的特征，將烏東煤礦智能化開采技術的應用基礎總結如下：

1）結合相似地質條件煤層的應用基礎，該工作面適用于智能化開采的最佳開采方式為水平分段放頂煤開采方式。

2）對于水平分段放頂煤開采方式而言，適用于該工作面的最佳放煤方式為間隔放煤、一刀一放[2]。

2 綜采工作面智能化開采技術研究

綜采工作面“三機”配套為實現(xiàn)智能化開采的基礎，實現(xiàn)智能開采的直接手段為實現(xiàn)對綜采工作面的智能化集中控制。本節(jié)將從上述兩個方面對綜采工作面智能化開采技術進行研究。

2.1 智能化綜采工作面的“三機”選型配套

“三機”為綜采工作面的采煤機、刮板輸送機和液壓支架?！叭龣C”配套的合理性直接決定礦井的生產(chǎn)能力，其直接決定工作面能夠實現(xiàn)智能化開采[3]。在綜合工作面地質條件的基礎上，采區(qū)合理的開拓方案，配置最佳、最合理的“三機”，并結合智能化集中控制系統(tǒng)，最終實現(xiàn)對綜采工作面的智能化控制如表2 所示。

表2 B3+6 綜采工作面參數(shù)的確定

烏東煤礦采用綜合放頂煤開采工藝，并結合該煤礦的地質條件，選用兩柱掩護式液壓支架為最佳。按照工作面液壓支架上方頂煤自重、覆層自重以及頂煤容重等，結合理論計算公式初步估算得出液壓支架的工作阻力為850.85 kN/m2；采用物理模擬試驗所確定液壓支架的工作阻力為0.89 MPa?；跀?shù)值計算法得出：當液壓支架工作阻力為0.9 MPa 時，不僅可以保證工作面的安全生產(chǎn)，而且還能節(jié)約生產(chǎn)成本。此外，綜合工作面實際情況，要求液壓支架的支護高度范圍為2 200 mm～4 000 mm；液壓支架中心距為1 750 mm。

綜合液壓支架的選型結果和煤層條件，確定采煤機的最大截割高度為3.8 m，搖臂最大采高為3 933 mm；搖臂上切割深度為365 mm，搖臂下切割深度為564 mm，對應的煤層截割深度為800 mm。所匹配的刮板輸送機的輸送能力為2 000 t/h，鏈條傳動速度為1.15 m/s。

2.2 智能化工作面集中控制

綜采工作面的集中控制是實現(xiàn)其智能化開采的主要實施途徑。鑒于綜采工作面的環(huán)境相對惡劣、工作面設備相對分散且數(shù)量較多，要求工作面智能集中控制滿足安全性、穩(wěn)定性、實時性、可視化以及數(shù)據(jù)存儲性的要求[4]。工作面智能化集中控制系統(tǒng)如圖1所示。

圖1 智能化集中控制系統(tǒng)結構框圖

如圖1 所示，工作面智能化集中控制系統(tǒng)包括有地面監(jiān)控系統(tǒng)、順槽監(jiān)控系統(tǒng)以及工作面單機設備系統(tǒng)。其中，煤礦地面和地下通信主要采用固話通信系統(tǒng)和無線通信系統(tǒng)實現(xiàn)；為進一步保證工作面生產(chǎn)的安全性，預防動力災害的發(fā)生所以配置動力災害微震監(jiān)測預警系統(tǒng)。本節(jié)重點對工作面的液壓支架和采煤機的智能化工藝進行研究。

采煤機的智能化工藝指的是采煤機可根據(jù)煤層變化進行記憶切割，包括對實時工況的采集、采煤機姿態(tài)的采集以及故障的定位等。此外，采煤機智能化工藝在實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕A上實現(xiàn)遠程控制，在監(jiān)控室實時掌握采煤機的運行狀態(tài)和生產(chǎn)情況。上述功能的實現(xiàn)需要為其配置采高傳感器、傾角傳感器以及數(shù)據(jù)傳輸處理模塊等。

所謂液壓支架的智能化工藝指的是，結合采煤機的智能化工藝實現(xiàn)液壓支架的自動移架和遠程控制。解決傳統(tǒng)人工手動控制危險系數(shù)高、自動化水平以及效率低的問題。液壓支架的自動移架如圖2 所示。

圖2 液壓支架自動移架方式

3 智能化開采技術的工程化應用

智能化開采技術在煤礦開采中應用的最直接體現(xiàn)為地面的調度監(jiān)控大屏，基于地面監(jiān)控系統(tǒng)可實時掌握工作面采煤機、液壓支架以及刮板輸送等各類設備的運行狀態(tài)和故障信息；實現(xiàn)地面與地下的實時通信，提高通信的準確率和實效性；實現(xiàn)對地面設備的一鍵遠程啟動和控制[5]。采煤機和液壓支架的監(jiān)控畫面如圖3 所示。

圖3 智能化工作面監(jiān)控畫面

在實際應用中基于采煤機的記憶切割和人工遠程干預的控制方式，實現(xiàn)綜采工作面的少人化開采。具體如下：智能化開采技術應用后回采工作面的人數(shù)由12 人減少為4 人；現(xiàn)場設備的故障率降低為1%，同時故障定位速度快且準確，排故效率提升。最直接的體現(xiàn)為工作面每月的生產(chǎn)能力提升32%。

4 結語

煤礦綜采工作面的開采效率和安全性是企業(yè)關注的主要指標。目前，智能化開采為煤礦生產(chǎn)的發(fā)展趨勢。煤礦綜采工作面智能化開采技術的實現(xiàn)需要綜合現(xiàn)場采煤機、液壓支架以及刮板輸送的智能化控制工藝，結合煤礦地質條件和煤層條件為其選擇最佳的開采工藝。實踐表明，智能化開采技術在綜采工作面的應用可降低工作面人員數(shù)量，降低設備故障率，提升故障定位精度和排故效率；最終達到提升工作面生產(chǎn)能力的目的。