綜采工作面自動化技術在山寨煤礦的應用

文/馬良慧

中國華能華亭煤業公司山寨煤礦大力開展“一優三減”和“四化”建設，在推進機械化建設的基礎上，組織專業技術人員就自動化項目升級改造進行調研，并積極投入實踐，在25012工作面中采用可視化遠程干預技術和智能控制技術，通過液壓支架電液控制系統、遠程智能控制平臺、圖像視頻遠程跟蹤系統、智能集成供液系統等綜采工作面自動化成套裝備，在工作面采煤機割煤、推移前溜、液壓支架移架、煤流運輸等全過程實現自動化作業，實現了減人提效，促進了礦井安全高效生產，為山寨煤礦及同等地質條件放頂煤礦井實施智能化綜采提供了有益的理論依據和可靠的實踐經驗，具有廣泛的推廣應用前景。

一、自動化技術在25012工作面運用現狀

山寨煤礦自動化綜采的關鍵是在距離工作面1500m處的硐室設置了集控操作室、遠距離供液和遠距離供電設備，調度指揮中心與井下集控操作室具備同等條件的操作控制功能，以紅外線感應、采煤機記憶割煤、液壓支架跟隨采煤機自動移架升降、前后部刮板輸送機自移等設備智能感應為主，以高清晰視頻監控、監控中心遠程干預過程為輔。通過工作面高速以太環網和自動化控制軟件，將采煤機、兩柱式液壓支架電液控、前后溜、轉載機、遠距離供液及供電各系統融合，通過監控系統，實現對各個設備的集中控制和協調推進，形成了工作面液壓支架自動化跟機與人工干預操作相結合的工作模式。

二、關鍵技術

1.液壓支架紅外線跟機自動化與集中控制平臺中遠程人工干預技術

20512工作面液壓支架采用北京天地瑪珂電液控制系統有限公司SAC型電液控制系統。以SAC型電液控制系統實現自動化跟機為基礎，通過電腦終端把電液控制系統中的數據與工作面液壓支架監控視頻結合起來，在集中控制平臺對液壓支架實施人工操作干預。

2.采煤機記憶截割與集中控制平臺中遠程人工干預技術

在采煤機實現全工作面記憶割煤的基礎上，將采煤機實時數據與煤壁視頻相結合，通過紅外線感應，監控中心遠程操作臺對采煤機進行人工干預，以滿足復雜環境下采煤機的自動化控制。

3.工作面視頻監控技術

結合25012工作面實際，邀請專業技術人員設計了25012自動化工作面視頻監控系統，每副ZFY12000/23/35D型中間支架和ZFG13000/25/38D型過渡支架安裝電液控制裝置1套，每6個支架配備1臺本質安全型綜合接入器，每6個支架配備1臺礦用本質安全型攝像儀，安裝于支架的頂梁上，安裝于本架拍攝方向與工作面平行；每3個支架配備1臺礦用本質安全型攝像儀，安裝于本架拍攝方向垂直于工作面，照向煤壁；在刮板輸送機機頭和機尾、轉載機機頭配置云臺攝像儀進行視頻采集。

通過安裝視頻監控系統，實現了在井下監控中心和地面調度指揮中心對25012自動化工作面的實時監控，尤其是安裝在液壓支架上的紅外線攝像儀采集到的視頻，傳輸到集中控制平臺和地面調度指揮中心，準確定位到了采煤機、液壓支架位置，通過軟件處理實現攝像儀畫面跟隨采煤機的無縫切換，實現對工作面的全方位監控，提高了煤壁可視化程度。

4.綜采自動化遠程集中控制技術

井下監控中心主要設備包括：3臺礦用隔爆兼本安型主機、6臺礦用本安型顯示器、1臺礦用本安型交換機、2臺礦用本安型網絡交換機、1臺本安型綜合接入器、1臺礦用本安型光電轉換器、1臺礦用本安型3.0信號轉載器、2臺礦用本安型操作臺。將綜采工作面主要設備，包括采煤機、液壓支架、運輸系統、供液系統等通過自動化控制系統連接起來，實現在井下監控中心和地面指揮控制中心的遠程集中控制，并實現“一鍵啟停”。工作面綜采自動化控制系統原理如圖1所示。

三、自動化技術應用中的不足及改進方向

自動化技術在25021工作面應用當中暴露出了一些問題，主要有以下幾方面。

1.缺乏統一標準

目前，大多數自動化工作面都在試驗階段，沒有統一的理論標準，缺乏可靠的系統保障。25021工作面也是如此，需要規范的技術標準提供遵循。

2.工作面安裝、回撤沒有實現自動化

自動化、智能化技術在正常回采期間達到了減人提效的目的，但是工作面安裝、回撤過程沒有實現自動化，安裝、回撤過程安全風險高，效率低，進度慢。

圖1 綜采自動化控制系統原理圖

3.多項自動化技術需要突破

液壓支架狀態在自動化運行時還沒有有效的監測和控制方法、手段；采煤機防撞自辨能力差；導航技術，機器人監護還未實現；工作面煤巖識別正在探索視頻識別技術，但其使用效果還無法確定。

2020年3月份，國家出臺了《關于加快煤礦智能化發展的指導意見》，指出目前我國開展智能化建設存在基礎理論研發滯后、技術標準與規范不健全、平臺支撐作用不夠、技術裝備保障不足等問題，結合自動化技術在25021工作面應用當中暴露出的問題，明確了今后的技術攻關方向和路徑。

四、效果及結論

25021工作面以遠程操控技術為輔助，實現對綜采工作面生產這一隨機動態過程的自動化控制，達到了減人提效和安全生產的目的。

1.通過采用綜采工作面智能控制技術和可視化遠程干預控制技術，替代了液壓支架手工操作閥、傳統采煤機、刮板輸送機泵站控制系統等手動操作平臺，降低了綜采作業人員勞動強度，提升了安全管理水平，提高了采煤效率，工作面可以減少50%以上的作業人員，每年可節約人工費約120萬元。

2.配套的遠距離供液系統、遠距離供電系統安裝在固定地點，能夠用于多個工作面使用，減少搬移次數，降低設備故障率，減少了設備檢修材料費和工時費。

3.SAC型電液控制系統能夠完成兩柱掩護式放頂煤液壓支架的各種動作功能，支架電液控制系統本身信息及需要上傳的其他綜采設備（采煤機、刮板輸送機、轉載破碎機、乳化液泵站、語音通訊系統、組合開關等設備）信息能夠通過井上下數據傳輸系統上傳到地面，并在井下和井上計算機上顯示，接入到礦井自動化系統，向其提供數據格式，采用標準OPC協議，滿足綜采工作面自動化的要求。

4.液壓支架SAM自動化系統能夠將工作面設備信息通過井上下數據傳輸系統上傳到地面調度中心，實現井上下同步監控綜采工作面設備運行，具有在離工作面1500m處的井下監控中心和在地面調度室對工作面設備集中監測與控制功能，可實現地面調度中心“一鍵啟停”綜放工作面設備，實現綜采工作面的自動化控制。

5.工作面實現割煤、推溜、移架、運輸、除塵等工藝過程自動化，達到了少人、無人的目的，提高了工效，保障了安全生產。