煤礦智能化開采體系研究

趙培范，車本方，王東亮

（山東能源棗莊礦業（集團）有限責任公司七五生建煤礦，山東 濟寧 277606）

近年來，煤炭行業加速推進信息化、智能化建設，智能化開采成為大勢所趨，由采煤工作面各系統、施工工藝、勞動組織、保障措施構成了煤礦智能化開采的新體系。

1 智能化采煤工作面各系統建設

1.1 采煤機智能控制系統

煤機智能控制系統由學習割煤和記憶割煤組成，通過人工操作、學習記憶一個割煤循環后，在地質條件穩定時，后續生產調用記憶截割功能，實現煤機自動重復執行上一循環割煤時的速度、采高等狀態參數，實現智能割煤。在地質條件變化時，可以實時對煤機進行遠程干預，以彌補智能化割煤缺陷，達到智能采煤、遠程干預的最佳狀態。

1.2 支架智能控制系統

支架智能控制系統以電液控制支架為基礎，具備對支架壓力、推移行程、姿態的遠程監控，生產期間按照采煤機工藝，依據采煤機位置實現智能跟機移架、自動端頭斜切進刀、自動補壓，并實現數據上傳及故障分析、統計和診斷等功能。支架自動跟機示意圖如圖1。

1.3 遠程視頻監控系統

圖1 支架自動跟機示意圖

通過在工作面液壓支架安裝球機攝像頭，實現在生產期間對采煤機前后滾筒截割狀態、支架狀態、煤壁狀態的實時監控，并分別在工作面運輸沿線刮板運輸機、轉載機、破碎機、皮帶機等需監控位置安裝球機攝像頭，實現了關鍵位置的全方位視頻監測。視頻監控系統示意圖如圖2。

圖2 視頻監控系統示意圖

1.4 工作面遠程集中操控系統

通過各類傳感器、視頻和控制單元對工作面智能化設備進行遠程監護和控制，在井下工作面集控室和地面調度中心實現了對采煤機、刮板運輸機、轉載機、破碎機及膠帶運輸機“一鍵啟停”和“順序啟停”，根據工作面情況遠程操控，隨時干預采煤機、液壓支架運行，將工作面環境、設備和人員有機地統一起來，將人從惡劣危險的工作環境中解放出來。一鍵啟停示意圖如圖3。

圖3 一鍵啟停示意圖

1.5 工作面大數據系統（如圖4）

將支架壓力、煤機軌跡、乳化液自動配比以及高低壓過濾站等生產數據上傳并建立數據庫，實現對生產狀況的實時監測及歷史數據查詢，并運用云平臺技術實現在礦局域網內任何一臺計算機和手機APP 上對井下生產數據的實時訪問，從而更好地指導安全生產。

圖4 工作面大數據系統示意圖

2 智能化開采施工工藝

2.1 工作面無人遠程操控生產工藝

通過視頻監控系統將工作面狀況遠距離傳輸至地面集控室，生產期間，工作面內人員全部撤離，由地面調度室或井下工作面集控中心司機操縱遙控器實現遠程操控采煤機、液壓支架、刮板運輸機、轉載機、皮帶機一鍵啟停，并根據工作面情況對煤機割記憶截割、支架根機移架等進行遠程干預。

2.2 工作面巡檢生產工藝

當現場地質條件發生變化如遇到斷層等情況，視頻監控無法滿足生產操作的要求時，在工作面生產期間，由地面調度室或井下工作面集控中心司機操縱遙控器實現采煤機、液壓支架、刮板運輸機、轉載機、皮帶機一鍵啟停，保留采煤機巡檢、支架巡檢各1 人根據工作面情況對煤機割記憶截割、支架根機移架等進行人工干預，保留刮板運輸機巡檢、轉載機巡、皮帶機巡檢各1 人對運輸系統設備運行狀態進行巡視檢查。

3 智能化開采勞動組織

工作面采用“二八制”或“三六制”生產模式，夜班不進行采煤生產作業。生產班采用采煤機以記憶割煤為主，人工遠程干預為輔，液壓支架以跟隨釆煤機自動序列動作為主、人工遠程干預為輔的作業方式。每班有1 名工長負責組織生產，配有集控司機、采煤機巡檢、支架巡檢、刮板運輸機巡檢、轉載機巡、皮帶機巡檢各1 人，合計7 人。

4 智能化開采保障措施

4.1 實施支護工藝革新，創造安全高效環境

推動支護工藝技術不斷革新完善，使用注漿錨索加固采煤工作面超前段巷道，有效替代傳統支架、支柱支護，形成“注漿錨索式超前支護技術”，不僅保障了超前支護安全，而且大大減輕了職工勞動強度，實現減人提效。

4.2 實施倉儲擴容工程，提高生產緩沖能力

通過對井下倉儲系統再摸排、再分析，以生產緩沖能力滿足周日集休為原則，使各礦井下倉儲能力超過全天的生產能力，井上下儲煤量能夠滿足至少3 天的銷售量，為工作面集中生產、效能發揮和“減班不減產、停產不停運、集休不停銷”創造了條件，為進一步推進智能化礦井高效生產奠定了系統基礎。

4.3 實施乳化液集中供液，保證液壓系統清潔度

因井下水質差，人工配比出來的乳化液精度低，影響液壓設備性能，通過在地面建設乳化液集中供液站，通過遠程輸液管道將配比好的乳化液輸送到井下，并經過高精度多級過濾設備將乳化液輸送到工作面，保證了液壓系統的清潔度。

5 智能化開采礦井建設成效

5.1 經濟效益

采用厚煤層智能化開采技術后，通過發揮裝備效能，工作面每循環工效達到160 噸/工/小時，提升2 倍以上。生產班人員數量由原先的12 人操作縮減為6 人巡檢，節約人工成本近一半，提高了礦井經濟效益。

5.2 安全效益

實現了礦井智能化遠程操控采煤，保護從業人員的安全健康，體現了“以人為本、安全發展”的理念。通過“機械化換人、自動化減人”，實現了“少人則安、無人則安”，保障了礦井安全高效生產，促進了礦井安全健康及可持續發展。

5.3 社會效益

礦井取消了夜班生產，促進了生產方式的變革，把礦工從艱苦危險的環境中解放了出來，從高強度體力勞動中解放了出來，改變了煤礦的生產方式，改善了工人的生產環境，提高了職工的幸福指數，是煤炭開采的一次革命。