＊王曉軍 趙振宇 萬江

（1.潞安化工高河能源有限公司 山西 046000 2.潞安化工常村煤礦 山西 046000 3.潞安職業(yè)技術學院 山西 046000）

2023年8月，潞安化工高河能源有限公司智能掘進工作面，順利通過省專家組（中級）評定。該工作面主要由12CM30智能掘錨一體機、DWZY 1200/1000礦用帶式輸送機用自移機尾、皮帶集控系統(tǒng)等設備組成，依托網絡5G無線傳輸技術，基于精準定位系統(tǒng)、MOS大數據平臺網絡系統(tǒng)，各轉載點、工作面安設高清攝像頭，通過“地面遠程+井下遠程集控中心”控制，巷道施工作業(yè)的掘、支、錨、運等全部工序采用高效機械化、自動化裝備，掘進速度滿足采掘接續(xù)要求，實現了綠色、智能、安全、高效掘進。

1.設備組成

（1）12CM30智能掘錨一體機。12CM30智能掘錨一體機，采用掘進自動化控制，可實現有線遙控、無線遙控和手動控制三種控制模式，即遙控裝置操作設備，該設備集切割、行走、裝運、噴霧、防塵、支護操作于一體，操作工可以遠離掘錨機機頭進行無線遙控操作，極大地提高了安全系數。同時，該機組配備可編程邏輯控制器/電腦以控制自動切割模式和監(jiān)控設備的所有功能，電腦監(jiān)控具備自診斷功能。機載式可編程邏輯控制器/電腦需配有LCD或類似的顯示器，以便顯示掘錨一體機的工作狀態(tài)及有關的自診斷結果。

圖1 智能掘錨一體機操作界面

機組具有自主定位、定姿、定向功能，能夠實現遠程遙控行走，并實現自動糾偏。位姿傳感器、傾角傳感器搭配使用，通過位置（移動量）測量、數據處理分析，實現完全自主掘進機車身姿態(tài)方位信息的獲?。M滾角和仰俯角），結合掘進機智能實時位移傳感器發(fā)出的數據信息，經精確的模型計算得出實時的截割頭位姿參數。完成對機身位置，截割頭位姿的測量和計算，同時與礦用隔爆兼本安型車載無線接收器進行通訊傳輸，實現掘進機自主糾偏，自主導航。

（2）皮帶運輸機自移機尾裝置。DWZY 1000/900礦用帶式輸送機用自移機尾，主要由導軌、滑枕推移油缸、機尾座、液壓泵站小車、電纜小車、自移動小車、外軌道液壓控制系統(tǒng)等部分組成，與皮帶輸送機、機組轉載機配套使用，實現機尾的快速前移，為掘進工作面高效快速掘進創(chuàng)造條件。該裝置結構合理、適用性強、使用安全、靈敏可靠。機架由六組滑枕實施，可調整皮帶跑偏、機架邁步自移，由兩側外置軌道、自移動小車，支撐缸及推移油缸完成，具備可校正彎曲及方向功能。

（3）集中控制系統(tǒng)建設。集中控制系統(tǒng)由地面監(jiān)控平臺、井下集控中心、煤礦井下控制裝置、各類礦用本安型傳感器、礦用本安攝像機、通訊網絡等組成，通過井下集控中心和地面監(jiān)控平臺實時對智能掘進工作面智能掘錨一體機、皮帶機、刮板機供配電等設備進行集中監(jiān)測和控制。同時，皮帶機建立連鎖控制系統(tǒng)，實現一鍵啟停。通過安裝礦用本安攝像機，能夠實時監(jiān)控掘進設備運行狀態(tài)。

圖2 智能掘錨一體機遠程操控平臺操作界面

集中控制系統(tǒng)通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)、無線通信系統(tǒng)、遠程操作系統(tǒng)，實現本機操作、無線遙控操作、井下遠程（采用光纖傳輸）可視化操作（在硐室內操作）、地面遠程可視化操作四種操作模式。在正常工作時掘錨一體機司機在遠程遙控平臺值守，對掘錨機的自主掘進進行配置，實施人工干預；在進行設備維修或特殊情況下，攜帶無線遙控器，近距離無線遙控掘進機。遠程操控系統(tǒng)平臺可安裝于井下專用硐室、卡車或者地面監(jiān)控中心，在必要時實施人工遠程遙控干預，實現對掘錨機的遠程智能遙控。配備掘錨一體機無線遙控和遠程遙控自動截割系統(tǒng)兩種控制功能，能實現掘進主機部無線遙控及遠程遙控自動截割控制。井下遠程集控中心，由集控倉、隔爆兼本安型計算機、本安型顯示器、本安型操作臺等組成，部署在掘進工作面后方1000m甚至更遠的巷道或硐室內，與智能化掘進工作面“一對一”配對控制。操作人員在井下遠程集控中心內，通過觀察顯示器圖像和掘進面設備狀態(tài)信息，井下遠程控制掘進面設備工作。

2.軟件方面

（1）智能掘錨一體機自動化控制系統(tǒng)。智能12CM30掘錨一體機由美國久益環(huán)球公司生產，巷道掘進過程實現全機械化作業(yè)，掘進速度滿足礦井采掘接替要求。智能化功能目前已實現有線遙控、無線遙控和手動控制的三種控制模式，實現掘錨一體機高精度定向截割、自適應截割及掘進環(huán)境可視化，從而實現在少人操作下，完成高效、安全的井下掘進作業(yè)，最終實現煤礦井下掘進工作的全智能化、無人化目標。電氣控制操作方便靈活，保護裝置齊全，實時顯示設備運行狀況并進行故障診斷，保證了巷道的斷面尺寸，機組可實現遙控操作，有效降低了操作人員的粉塵吸入量。

圖3 智能掘錨一體機監(jiān)控系統(tǒng)

（2）瓦斯超限報警斷電系統(tǒng)。智能掘進工作面安裝有天地科技常州自動化研究所開發(fā)的KJ95X型煤礦綜合監(jiān)控系統(tǒng)，各類監(jiān)控設備及傳感器均按規(guī)定定期校驗，監(jiān)控系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠。

圖4 KJ95X瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)

系統(tǒng)能夠對掘進巷道迎頭工作面、回風流、混合風流等瓦斯數據進行在線監(jiān)測，并能根據甲烷濃度變化，按照系統(tǒng)設定值進行斷電閉鎖控制。數據準確，斷電可靠，處置迅速，是安全監(jiān)控系統(tǒng)的重要組成部分。當智能掘進工作面瓦斯超過規(guī)定數值，系統(tǒng)自動斷電，停止智能掘進工作面采掘設備所有動力供電。當瓦斯降至安全規(guī)定值以下時，系統(tǒng)自動解除閉鎖功能，可恢復供電。

（3）火災自動報警系統(tǒng)。KJ95X型安全監(jiān)控系統(tǒng)，在井下各皮帶機頭驅動滾筒下風側安裝有一氧化碳及煙霧傳感器，對環(huán)境中一氧化碳濃度及煙霧狀況進行實時監(jiān)測，并具備聲光報警功能，通過礦井5G環(huán)網技術實現數據實時監(jiān)控上傳。

（4）粉塵在線監(jiān)測系統(tǒng)。礦井裝備KJ95X型安全監(jiān)控系統(tǒng)，在井下智能掘進工作面安裝有粉塵傳感器，可監(jiān)測各作業(yè)地點的粉塵濃度，實現數據實時采集上傳。當粉塵濃度超過規(guī)定值時，系統(tǒng)自動發(fā)出報警功能，待濃度降低后自動解決。

（5）安全禁區(qū)管理系統(tǒng)。公司裝備北京永安信通KJ544型礦井精確定位系統(tǒng)，2020年1月完成了井下精準定位信號的全覆蓋并正式投運，定位精度達到厘米級。系統(tǒng)采用UWB為主的多種定位融合技術，當機組進行割煤作業(yè)時，受煤塵遮擋視線受限，一旦員工誤入禁區(qū)范圍以內，安全禁區(qū)管理系統(tǒng)自動發(fā)出語音、聲光提示，避免了誤入禁區(qū)不安全行為。

圖5 KJ55人員定位系統(tǒng)

3.應用成效

安全效益。遠程控制系統(tǒng)，通過電子圍禁系統(tǒng)、人員安全預警、掘進機整機工況參數監(jiān)測、工作面音視頻遠程重現、掘進機關鍵部位自主檢測、遠程可視化控制等技術，配以現代化網絡傳輸技術，采用“人防+技防”的手段，實現煤礦安全生產。智能掘錨一體機割煤作業(yè)完成后，機組自帶四臺液壓鉆機與頂板相接，取代了臨時支護設備，省去了臨時支護環(huán)節(jié)，四臺液壓鉆機及時打設頂板錨桿（錨索），完成頂板支護，安全系數、生產效率大大提高。

社會效益。智能掘進工作面的建成，真正實現了“以自動控制為主，遠程干預為輔”的自動化生產模式，成為數智化礦井的重要組成部分，開創(chuàng)了煤礦掘進開采新局面，使煤炭開采步入高效、智能、清潔、低碳的新軌道。

經濟效益。減人提效方面，普通掘進機生產班每班定崗人數16人，按人均年收入10萬元計算，生產作業(yè)方式三班生產，作業(yè)人員年人工費總額：48×10=480萬元；智能掘錨一體機生產班每班定崗人數9人，按人均年收入10萬元計算，生產作業(yè)方式三班生產，作業(yè)人員年人工費總額：27×10=270萬元，年節(jié)省人工費480-270=210萬元。產能增效方面，普通掘進機圓班掘進進尺約7m，月進尺約190m；智能掘進工作面，掘錨一體機圓班掘進進尺約12m，月進尺約324m，按照每米3000元的利潤，每月產生利潤134×0.3=40.2萬元，年利潤約12×40.2=482.4萬元。

4.結語

利用5G網絡高速率、廣鏈接、低延時的特點，借助“互聯網+”，綜合運用物聯網技術、移動通信技術與5G技術、智能化技術實現信息共享，手機APP、平板電腦與5G網絡結合實現“全天候、全覆蓋、全流程”的安全監(jiān)管體系，進一步提高自動截割效率，5G手機、平板電腦針對性地在檢修期間對掘錨一體機進行遠程操控并實時查看機組各項工況參數，并準確、快速地獲取井下各種安全生產數據和控制信號，保證設備控制穩(wěn)定、安全可靠。

12CM30型智能掘錨一體機進行深度改造，進一步探索智能掘進新工藝、新技術，提高智能化工作水平。改造后機組具備截割軌跡、位姿測量、超視距控制、可視化、三維仿真、自適應截割、智能截割、音視頻采集、智能監(jiān)測健康預警、激光雷達掃描成像定位、故障預警等功能，全面提升智能化掘進水平。

利用3DGIS、BIM與虛擬現實技術，基于礦井地測數據與三維模型構建三維可視，實現復雜地質條件下的快速掘進。