李東波

（山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦，山西 呂梁 033102）

1 工作面概述

山西焦煤霍州煤電集團呂梁山煤電有限公司方山店坪煤礦301 工作面為本采區(qū)首采工作面，工作面位于900 水平南翼，東為900 系統(tǒng)大巷，西至呂梁環(huán)城高速保護煤柱，南至呂梁環(huán)城高速保護煤柱，北為實體煤，工作面下部為5#煤層實體煤（3#煤與5#煤層間距為13～28 m）。

301 工作面回采煤層為3#煤層，3 號煤層位于山西組中部，上距2 號煤3.55～11.35 m，平均5.13 m，煤層厚度0.20～1.85 m，平均1.15 m，結(jié)構(gòu)簡單，含0-1 層夾矸，頂板（直接頂）為砂巖、砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖，抗壓強度為16.0～46.2 MPa，平均28.5 MPa，屬較軟弱－堅硬巖石。 底板（直接底）砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖，抗壓強度為9.8～63.9 MPa，平均29.7 MPa，屬極軟弱－堅硬巖石，煤層傾角： 工作面方向≤5°，走向方向≤5°，可采儲量共6.0 Mt。

2 工作面回采布置參數(shù)

2.1 工作面設(shè)計儲量

301 工作面可采儲量為6.0 Mt，工作面計劃采用沿頂開采，單一走向長壁后退式綜合機械化一次采全高采煤法，全部垮落法管理頂板，工作面長度為250 m（中－中），走向長約為1 169 m。

2.2 工作面設(shè)備布置情況

301 工作面采用綜合機械化回采工藝，采用MG 型采煤機割煤，ZY 型液壓支架支護頂板，SGZ型刮板輸送機運煤，具體工作面設(shè)備布置數(shù)量及型號如表1 所示。

表1 301 工作面設(shè)備布置型號及數(shù)量匯總

3 智能化工作面設(shè)計

3.1 電液控系統(tǒng)

電液控系統(tǒng)主要由：主閥、控制器、傳感器、電源組成。 可實現(xiàn)的功能有：液壓支架姿態(tài)檢測和遠程控制；跟機自動移架；閉鎖及緊急停止功能等；通過信息傳輸實現(xiàn)工作面設(shè)備數(shù)據(jù)監(jiān)測[1]。

（1）實現(xiàn)對液壓支架動作的控制和狀態(tài)的監(jiān)測： 每個中間架通過采用1 組主閥12 功能12 出口礦用本質(zhì)安全型電液換向閥、每個端頭架采用1組主閥20 功能20 出口礦用本質(zhì)安全型電液換向閥、液壓支架電液控制裝置控制器、電磁閥驅(qū)動器來實現(xiàn)液壓支架的控制；可對液壓支架實時姿態(tài)、前后傾斜角、左右傾斜角實時狀態(tài)進行監(jiān)測；工作面每6 架安裝一臺云臺攝像儀用于動態(tài)跟蹤采煤機，云臺攝像頭能夠根據(jù)自動化系統(tǒng)得到的煤機位置信息實現(xiàn)自動跟機旋轉(zhuǎn)。

（2）實現(xiàn)液壓支架自動跟機：采煤機位置監(jiān)測裝置采用紅外線發(fā)射和接收，進而以采煤機運行方向和位置為依據(jù)的支架自動控制，采用紅外線發(fā)射、接收的方式，通過數(shù)字信號獲取采煤機的運行方向、運行位置的監(jiān)測數(shù)據(jù)[2]。

（3）信息傳輸：支架電液控制系統(tǒng)本身信息及需要上傳的其他綜采設(shè)備信息利用工業(yè)以太網(wǎng)以及傳輸設(shè)備實時上傳至地面控制站內(nèi)主機系統(tǒng)內(nèi)，并利用通信接口上傳至礦井自動化系統(tǒng)內(nèi)。

3.2 自動化控制系統(tǒng)

自動化控制系統(tǒng)分為工作面部分、 順槽監(jiān)控中心和地面集控中心三個部分。 系統(tǒng)將多種技術(shù)應(yīng)用于綜采工作面，實現(xiàn)自動化控制，確保各設(shè)備協(xié)調(diào)、連續(xù)、高效、安全運行。

（1）順槽監(jiān)控部分

①監(jiān)測功能：預(yù)期實現(xiàn)綜采工作面各設(shè)備的工況顯示，通過泵箱液壓油的油位，冷卻水流量、壓力，油箱溫度等傳感器實現(xiàn)采煤機工況顯示；通過工作電流、電機轉(zhuǎn)速等數(shù)據(jù)、冷卻水壓力、流量等傳感器實現(xiàn)運輸機的工況顯示；通過支架測高傳感器、傾角傳感器、壓力傳感器、推移梁行程等傳感器實現(xiàn)液壓支架工況顯示[3]。

②控制功能：以電液控計算機主畫面為主，工作面視頻畫面為輔助手段，通過遠程操作臺實現(xiàn)對液壓支架的遠程控制，準確、快速、實用，響應(yīng)時間小于500 ms。 控制方式分為全自動控制模式、分機自動控制模式對綜采設(shè)備進行自動化控制。 控制功能包括對液壓支架的遠程控制、采煤機的遠程控制、工作面運輸機、轉(zhuǎn)載機、破碎機的自動化控制、泵站系統(tǒng)工況監(jiān)測及集中自動化控制功能等。

③具有儲存查詢功能：對歷史故障查詢功能，對各子系統(tǒng)設(shè)備重要運行參數(shù)歷史數(shù)據(jù)存儲功能，能以歷史曲線和數(shù)據(jù)列表方式查詢；儲存的數(shù)據(jù)可在監(jiān)控中心進行查詢、管理，并可直接打印成報表形式便于參閱[4]。

（2）工作面部分

工作面內(nèi)設(shè)備之間相互通訊、 相互聯(lián)鎖控制主要利用工業(yè)以太網(wǎng)實現(xiàn)，工業(yè)以太網(wǎng)系統(tǒng)主要包括網(wǎng)絡(luò)無線交換器、設(shè)備接入器、127 V 供電電源、光纜等部分組成。

①記憶截割功能：根據(jù)需要靈活配置循環(huán)深度和控制策略；在線修正運行姿態(tài)；記憶截割可隨時中斷或恢復(fù)；控制接口全面開放，可在順槽主機設(shè)定或按截割模板控制，配合自動化系統(tǒng)滿足不同工作面的斜切進刀、 割三角煤、 倒退掃底等工藝，并可以根據(jù)礦井實際的工藝要求進行修正。

②工作面自動找直功能：工作面自動找直系統(tǒng)要求依靠精準推溜功能結(jié)合采煤機、 液壓支架位置定位、 系統(tǒng)程序軟件處理分析實現(xiàn)工作面自動找直功能；找直系統(tǒng)安裝在采煤機上，由采煤機制造廠家提供相關(guān)設(shè)備安裝位置、供電電源，預(yù)留機載無線基站安裝位置、 以及與找直系統(tǒng)的以太網(wǎng)通信接口；通過支架推移行程數(shù)據(jù)、采煤機自身編碼器、圖像識別對數(shù)據(jù)同時進行校準，系統(tǒng)生成刮板運輸機位置曲線；電液控制器執(zhí)行控制平臺發(fā)出的調(diào)直指令，通過精準推移，達到工作面調(diào)直的目的。

③實現(xiàn)工作面人員定位識別功能：使用ZJB-12T 礦用本安型近感探測器，近感探測器通過發(fā)射低頻信號，標識卡監(jiān)控低頻信號，當收到低頻信號時，判斷該信號的工作模式，如果與自身模式匹配，按照低頻信息提供的架號，將自身信息發(fā)送給工作面安全感知傳感器，并通知控制器，實現(xiàn)控制器閉鎖，定位誤差不大于20 cm。

④通訊方式：采用工作面以太網(wǎng)作為整個工作面的網(wǎng)絡(luò)平臺，第3 代綜合接入器，實現(xiàn)寬帶1 000 M，將工作面大量的數(shù)據(jù)與視頻信息通過該平臺傳輸?shù)奖O(jiān)控中心[5]。

（3）地面集中控制部分

①監(jiān)控功能：工作面在回采過程中利用視頻系統(tǒng)實時獲取液壓支架移動情況、采煤機位置、切割方向等信息，并及時上傳至地面監(jiān)控中心配備顯示器，從而可直觀的對工作面內(nèi)機電設(shè)備進行監(jiān)控管理。

②控制功能：可對綜采自動化控制系統(tǒng)通過“一鍵”啟停按鍵啟動工作面綜采設(shè)備，操控人員可遠程對工作面內(nèi)任何一臺機電設(shè)備進行啟停動作，并可對設(shè)備故障進行檢修維護。

③存儲功能：地面錄像服務(wù)器對重點采集點（采煤機工作區(qū)域、 監(jiān)控中心及其他相關(guān)采集點）的視頻進行動態(tài)錄像，各子系統(tǒng)設(shè)備重要運行參數(shù)歷史數(shù)據(jù)查詢、存儲功能。

④通訊方式：通過井上下數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)上傳到地面并在井下和井上計算機上顯示，接入到礦井自動化系統(tǒng)，向其提供數(shù)據(jù)格式，采用標準OPC協(xié)議。

4 結(jié)論

1）綜采工作面投用智能化設(shè)備后，消除了人工作業(yè)產(chǎn)生的危險作業(yè)環(huán)境，通過人員定位識別功能，實現(xiàn)控制器閉鎖，最直觀地體現(xiàn)了智能化工作面的安全效益。

2）301 為薄煤層綜采工作面，如果采用人工采煤的方式，由于空間有限，職工操作較困難，機組牽引速度預(yù)計為3 m/min；實現(xiàn)智能化后，操作方便，采煤機牽引速度可達6 m/min，預(yù)計每班多割3 刀，月均產(chǎn)量可提高0.05 Mt，提高工效50%。

3）301 智能化工作面如果正式投產(chǎn)后，工作面配套電液控系統(tǒng)，實現(xiàn)遠程操控、支架自動補壓、自動跟機，可實現(xiàn)在地面集控中心一鍵啟停，工作面基本上消除了重體力勞動。