煤礦智能化綜采工作面系統設計及應用探究

毋曉軍

摘要：文章分析智能化綜采工作面系統的技術發展進程，總結發展進程中表現出的問題，從系統結構以及集成方案兩個方面分析智能化綜采工作面系統的設計情況，以某礦區為例，簡單介紹此系統的實際應用效果，以供參考。

關鍵詞：煤礦智能化綜采工作面系統;問題;設計與應用

1、引言

井工煤礦生產條件復雜，開采環境惡劣，水、火、瓦斯、煤塵、頂板等災害嚴重。頻發的安全事故、嚴峻的安全形勢和方心未艾的能源革命，推動煤炭行業實現由規模速度型向質量效益型轉變、由勞動密集型向人才密集型轉變、由常規綜采型向“兩化”融合型轉變，使得煤炭安全綠色智能化開采成為煤炭開采創新的主攻方向。而可靠的高端裝備制造技術以及信息化、自動化、智能化技術與煤礦開采技術的深度融合，將綜采工作面智能化應用成為可能。智能化綜采工作面系統將采煤機、液壓支架電液控、三機泵站控制等控制系統有機結合，通過萬兆工業環網實現對綜合機械化采煤工作面設備的協調管理與集中控制，實現安全高效有人巡視無人操作的生產模式。

2、智能化綜采工作面系統技術發展進程

2.1國外現狀

2.1.1久益自動化技術

久益環球（Joy Global）在自動化開采技術方面處于領先地位，其自動化開采技術路線在不斷前進、演化，并致力于實現無人化開采。

2008年之前，久益在自動化開采技術方面已經打下了堅實的基礎，完全實現了支架電液控制、采煤機遙控、設備防碰撞、跟機移架、記憶截割等技術。

2008年的久益自動化技術路線，利用光纖、工作面WIFI和工業環網的高速通信技術，采用全自動的采煤機和液壓支架，提出無人工作面的目標設想。

2013年的久益自動化技術路線，提出遠程控制中心ROC（Remote Operations Centre）及兩人遠程遙控的方案，用于薄煤層開采。

2018年，久益在自動化開采方面整合了工作面3維地圖、人員接近檢測系統以及三維幾何控制和可視化三項技術。通過整合采煤機、液壓支架、刮板、轉載、破碎的各類狀態數據，提供了高度逼真的 Longwall 3D Visualizer功能。

2.1.2艾柯夫采煤機自動化技術

艾柯夫采煤機自動化技術主要經歷了記憶截割、EiControl、EiControlSB、EiControlPlus四個階段。國內目前在用的采煤機以EiControl為主，也有部分采煤機配置了EiControlSB。2001年，開始采用工業標準PC（IPC）。2005年，采煤機EiControl系統。2007年，基于傳感器開發的EiControlPlus;2008年，參數控制系統EiControlSB。2010年以來，艾柯夫采煤機的發展更多的集中在機電一體化方面，機械工程、電氣和軟件都緊密地融合在一起，主要體現在軟件、傳感器、高級數據和通信等方面。

2015年，艾柯夫已聯合德國瑪珂、德國貝克等在俄羅斯建設了一套遠程控制自動化薄煤層綜采系統，已經接近于“無人工作面”。

2.2國內現狀

目前，國內綜采工作面單機裝備的自動化技術研究已取得了一些成果，采煤機已經實現了記憶截割功能，支架電液控制系統、泵站智能控制系統、“三機”（刮板輸送機、轉載機、破碎機）控制系統也已經完全實現了國產化，基本達到了國外同類技術水平。近年來，隨著我國智能控制技術的發展，以液壓支架電液控制系統為核心的綜合自動化監控系統已逐步發展成熟。但在實際應用過程中，依舊存在網絡纜線復雜、無線網絡信號差、帶寬使用率低、煤巖辨別能力差、支架姿態自動調整能力差、傳感器精度低等問題。

3、智能化綜采工作面系統需面對的問題

由于煤礦井下作業環境較為惡劣，在此環境中并不適合作業人員長時間工作，也會對智能化系統中應用的傳感設備造成影響，導致其反應速度及可靠性的降低。

此外，不同礦區中應用智能化綜采系統時，由于系統中所用硬件進行生產過程中，不同生產廠家所依據的軟件協議等方面的標準不同，難以實現市場標準的統一，也增加了對井下設備進行集中和統一監控的難度。

另外，煤礦作業環境中還存在大量的瓦斯等易燃易爆或者有毒有害的氣體，因此在系統設計以及設備選擇時要注重防爆性的設計。

4、煤礦智能化綜采工作面系統設計及應用分析

4.1系統架構

智能化綜采系統主要由采煤機、支架電液控制系統、工作面三機通信控制系統等組成，在系統中不僅需要完成對單個工作面的系統集成和數據上傳工作，而且還可以面對多個工作面完。目前比較常用的后一種網絡體系為例，此系統比較復雜，主要有生產檢測系統、數據分析、專家分析以及報表分析和運行管理等部分組成。其中的檢修系統處于第一階梯，主要檢測工作面的煤炭開采生產狀況，具體地說是通過工作面的數據檢測、順槽膠帶機檢測、煤炭主運輸系統檢測、主通風機檢測、生產執行系統檢測等系統開展數據采集和檢測工作，并完成后續的數據收集同步工作，將所收集的數據向數據庫中填充并開展深層次的分析。

4.2集成方案

智能化綜采系統的集成方案，就是集成上述采煤機、支架電液等控制系統以及工作面的三機通信控制系統，還將運輸控制、泵站控制以及供電系統進行集成，進而可以集中協調管理與控制綜合機械化采煤工作面中的所有設備。

針對其中的液壓支架來說，基于原有的支架電液控制系統，通過多種傳感器的應用可以智能化控制支架。針對采煤機來說，不僅可以應用工作面視頻系統定位跟蹤采煤機，而且可以應用其中的巷道遠程操作臺對采煤機的速度進行控制，表現出可以智能化開展參數檢測、感知和控制、定位、主動作業以及自動協調系統狀態等優勢。針對刮板輸送系統來說，通過在線監測集中控制系統監測和控制刮板輸送機、轉載機與破碎機，可以對上述設備運行中的溫度、速度以及啟停過程進行集成控制。

4.3實際應用

以某礦區為例，在近年來應用并改進智能化控制系統的過程中，采煤機的平均開機率有了顯著提升，從57.1%提升道路61.1%。與此同時，采煤機的生產效率也從37.1%提升到了45.2%。經過實際應用可知，每提升采煤機1%的開機率則可以提升單個綜采工作面的產量約10萬t，在中厚煤層中此數值也可以達到7萬t。不僅如此，還降低了開采設備的大修率以及設備維修所花費的費用，實現了設備故障率以及運營成本的降低，提升了開采作業的智能化和自動化水平，各設備操作更加安全和穩定。

5、結語

基于目前煤礦綜采工作面生產中不斷應用先進技術和設備的發展現狀，可以從系統架構上進行改進并采取科學的集成方案，將原有的綜采生產和控制系統集成為統一的智能化信息管理系統。通過智能化系統的應用，基實現了自動化生產，解放了勞動力。同時也通過未來自動化網絡和控制系統的構建，充分應用云計算以及大數據技術進行創新發展，大幅度提升井工煤礦綜采工作效率，，推動生產作業向真正的無人化和智能化方向發展。

參考文獻：

[1] 郭俊武. 刮板輸送機智能控制系統在煤礦綜采工作面中的應用研究[J]. 化工中間體， 2019， 000（014）：61-62.

[2] 王祥. 煤礦綜采工作面智能化技術及裝備發展研究[J]. 冶金管理， 2019， 367（05）：84-84.

[3] 李玉強. 基于信息和態勢感知技術智能綜采工作面研究[J]. 煤炭技術， 2019， v.38;No.311（11）：190-192.

（陜煤集團神木檸條塔礦業有限公司，陜西 榆林 719300）