綜采自動化技術在神東煤炭集團的應用探索

張增譽，劉混舉（.神華神東煤炭集團，陜西神木 7935；.太原理工大學機械工程學院，太原 03004）

綜采自動化技術在神東煤炭集團的應用探索

張增譽1，劉混舉2
（1.神華神東煤炭集團，陜西神木 719315；2.太原理工大學機械工程學院，太原 030024）

隨著煤礦機械化程度的提高，裝備自動化程度直接影響煤炭企業的生產效率和安全水平。神東公司是我國最早引入成套綜采裝備的煤炭企業，綜采自動化技術探索過程中先后經歷了1.0，2.0，3.0時代，特別是在3.0時代，在采煤機記憶割煤+遠程干預、液壓支架跟機拉架、推溜、自動收打護幫板的基礎上，引入了系統集成、視頻拼接技術，使得綜采自動化技術有了較大的提升，在中厚較薄煤層的應用中，提高了生產效率和安全系數、降低了工人勞動強度。

綜采；自動化；系統集成；視頻拼接

據中國煤炭工業協會統計，全國原國有重點煤礦采煤機械化程度接近90%，其中綜采達到80%以上，目前全國綜采成套設備達到1 200多套，綜采工作面年均產量達到120多萬t；全國掘進機械化程度超過80%，其中綜掘達到30%。

神東煤炭集團在多年的機電管理過程中，不斷地探索、創新和累積，在綜采自動化技術上形成了一套體系。近年來，在中厚較薄煤層綜采開采過程中，自動化技術已經趨于成熟，在提高生產效率和安全水平、降低工人勞動強度方面取得了較好的成果。

1　國內外綜采自動化技術情況

1.1國外綜采自動化應用情況

美國JOY公司和德國CAT、EKF公司是滾筒式采煤機自動化工作面技術的先驅。EKF公司已經實現了采煤機遠程控制和記憶割煤技術。JOY公司在澳大利亞實現了采煤機智能割煤，支架應用了工作面矯直技術（舵性導航儀），自動跟機拉架，整個工作面直線度可以控制在±500 mm；在挪威應用了機載紅外攝像頭，支架人員接近系統，警示照明等技術。目前，澳大利亞自動化綜采工作面達到了60%以上，生產中自動化技術應用率在80%以上。

1.2國內綜采自動化技術應用情況

國內煤炭行業綜采工作面自動化技術發展較快，已經實現了采煤機記憶割煤和支架自動跟機拉架、收放護幫板等技術，部分工作面實現了神東綜采自動化3.0技術中的順槽集中監控。

2　綜采自動化技術在神東的探索歷程

神東公司從90年代引進了成套綜采設備，實現了全機械化開采工藝；2004年開始探索自動化開采工藝，通過引進進口自動化割煤技術，與國內相關廠家合作、消化、吸收，研發出了具有自主知識產權的綜采自動化技術；神東綜采自動化技術先后經歷了自動化1.0、自動化2.0、自動化3.0階段，具體如下：

自動化1.0階段：2004年至2007年，分別在榆家梁礦、大柳塔礦、哈拉溝礦、錦界礦等共試驗了7個綜采自動化工作面，實現了中部采煤機記憶割煤和支架跟機自動化，應用率達到80%。

自動化2.0階段：2008年至2014年，在榆家梁煤礦43305面實施薄煤層自動化工作面，實現了支架跟機自動化、采煤機記憶割煤、采煤機隨機視頻、機頭遠程控制采煤機等技術。在自動化1.0基礎上增加了采煤機隨機視頻和順槽遠程操作。

自動化3.0階段：2014年在石圪臺煤礦和錦界煤礦2個綜采自動化工作面，實現了順槽集中監控采煤機、支架、三機、泵站、移變和開關等，同時實現了整個工作面視頻拼接；在自動化2.0基礎上增加了集中控制和視頻拼接技術。目前神東正在探索自動化4.0相關技術。

3　神東自動化3.0主要技術

神東公司綜采工作面自動化3.0技術在石圪臺礦已在3個工作面進行了應用，目前正在31203綜采工作面應用。

3.1工作面概況

3.1.1地質條件

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

3.1.2工作面配套設備信息

工作面配套設備信息如表1所示。

表1　工作面配套設備信息

3.1.3隊伍情況

該工作面由綜采一隊負責回采，成立于2005年，在冊正式職工46人，平均年齡33歲，大中專以上學歷37人，占總人數的80.4%，是一支知識水平高、現場經驗豐富的年輕化隊伍。

3.2神東綜采自動化3.0主要技術內容

神東經過多年探索，形成了包括集中控制、視頻拼接、采煤機記憶割煤+遠程干預、支架自動跟機拉架為主的綜采工作面自動化3.0技術。

1）采煤機記憶割煤+遠程干預。神東與青島天信電氣有限公司合作，開發了具有自主知識產權的采煤機自動化控制系統。

主要技術：記憶截割功能，采煤機司機操控采煤機全面工作面割煤，采煤機自動記錄位置、牽引方向、牽引速度、搖臂角度、采煤機橫向和縱向傾角等數據，并將相關參數存入控制器中，開啟自動割煤程序后，采煤機將根據控制記錄的軌跡自動割煤。

采煤機遠程干預原理示意圖見圖1。當工作面采高、煤質等地質條件發生變化時，采煤機司機可以通過順槽控制中心對采煤機進行遠程干預，改變采高、牽引速度等參數，適應地質變化。

圖1　采煤機遠程干預原理圖

2）支架跟機拉架、推溜、自動收打護幫板、支架遠程控制。支架跟機自動化功能開啟后，支架通過紅外發射器檢測采煤機位置，根據預設參數實現自動拉架、推溜、收打護幫板等。

3.3集中控制系統

綜采工作面集中控制系統示意圖見圖2。該集控系統是利用本安型處理器、交換機、顯示器、攝像儀、云臺攝像儀、光電轉換器等硬件設施，在Longwall mining（長壁開采）軟件平臺上實現了對液壓支架、采煤機、刮板機、破碎機、轉載機、移變、組合開關、泵站、變頻器等設備運行狀態的實時監控。

圖2　集控系統邏輯圖

目前有生產和檢修兩個模式，生產模式實現了所有設備一鍵起停，檢修模式實現了單臺設備起停。

1）液壓支架。根據支架采集數據建立了三維礦壓數據模式，系統統計選定時間段內的所有支架的壓力，根據支架號、時間、壓力三個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。顯示采煤機實時移動方向、速度、位置、左右滾筒的啟停、采高和臥底高度、運行模式、主要電機參數（溫度、電流、電壓）、故障點等信息。

3）刮板運輸機、破碎機、轉載機。顯示三機設備參數列表，主要包括啟停狀態、開機時間、開機率、電機參數（溫度、電流、電壓）、沿線閉鎖。

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

5）移變和開關。顯示供電總圖,移變顯示關聯設備、合分閘狀態、高低壓側的電壓與電流數據、故障信息，可以進行遠程整定。

組合開關顯示總體信息、全部回路、遠程整定。

3.4工作面視頻拼接技術

圖像拼接是一種利用實景圖像組成全景空間的技術。

1）全工作面視頻拼接。全工作面視頻拼接，將整個工作面拼接成一幅圖，便于操作人員實時掌握全工作面情況，指導遠程操作設備。

2）自動跟機拼接。拼接圖像始終跟隨采煤機，畫面顯示采煤機、采煤機前三架、采煤機后三架支架實時情況，指導遠程割煤。

3）隨機拼接。可根據輸入架號，隨機切換到對應關注的相機位置，實現該位置的一組視頻實時拼接效果。

4　結束語

神東自動化3.0首次應用了視頻全景拼接的自動化集中控制生產模式，在工作面視頻全景拼接、信息傳輸、遠程集控等關鍵技術方面取得突破性進展，引領了行業自動化技術的發展，提高了安全保障和資源回收率。設備操作人員由跟機操作轉變為跟機觀察和適時干預，降低了工人勞動強度，特別是2 m以下的低采高工作面應用效果更加明顯。

煤礦綜采工作面自動化技術作為減少井下操作人員數量，降低工人勞動強度，提高采煤工效和安全系數的有效途徑，已經成為煤炭企業發展的方向；國內外科研機構和煤炭裝備制造企業都在進行相關的研究，很多技術在理論領域已經取得了突破，部分關鍵技術在實際中也得到了應用。神東自動化包括3.0階段以前也主要是從技術方面進行了探索與應用，4.0階段應該從組織保障、制度、安全、技術和人力等全方位進行探索，制定4.0標準體系，形成一套完整的技術理論體系，建成智能化工作面，達到減人增效的目的。

[1]王安.現代化億噸礦區生產技術[M].北京：煤炭工業出版社，2005.

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

[3]張守祥，范紅霞.綜采工作面自動化監控網絡[M].北京：煤炭工業出版社，2008.

[4]王小強，陳臨強，梁旭.實時全自動視頻拼接方法[J].計算機工程，2011，37（5）:291-293.

[5]李俸林.論系統集成項目在實施過程中的管理[J].計算機系統應用，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

張增譽（1970-），內蒙古鄂爾多斯人，工程碩士，高級工程師，從事礦山機械設備研究。