霍爾辛赫礦智能化工作面方案的分析與應用

暴 晶

（山西霍爾辛赫煤業(yè)有限責任公司，山西 長治 046600）

1 工程概況

霍爾辛赫煤礦位于山西長子縣，設計生產能力為400萬t/年。該煤礦計劃在3105工作面安裝智能工作面，3105工作面平均煤厚為5.6 m，傾角為0°～8°53′。工作面凈長度280 m。工作面采用三巷布置方式，兩進一回，進風順槽沿空留巷，形成Y形通風方式。該工作面采用一次性采全高工藝；工作面采高為6 m；設備列車距離工作面70 m；目前工作面未揭露斷層；工作面無頂板破碎、底板鼓起的情況。

3105智能工作面項目通過構建由一個核心控制系統、一個平臺、九大子系統組成的智能化控制系統，實現對工作面液壓支架、采煤機、刮板輸送機、轉載機、破碎機、皮帶運輸機、乳化液泵站、電力負荷系統的協調聯動控制，完成綜采工作面生產過程自動化控制功能[1]。地面分控中心的操作畫面與監(jiān)控數據實時同步，及時接收井下傳上來的數據。井上監(jiān)控人員根據實際需求也可將所要下發(fā)命令及時傳送到綜采工作面集中控制系統中，由綜采面集中控制系統判斷其所作動作，下發(fā)具體指令給電液控支架、采煤機、刮板運輸機、皮帶運輸機、泵站等設備做出聯鎖動作。地面分控中心可將工作面控制系統關鍵數據通過手機APP的方式發(fā)布到手機上，實現手機查看自動化工作面數據。

2 智能化綜采工作面方案的設計

2.1 設計目標

通過整體配套適用于綜采工作面自動化的集中控制系統成套裝備，實現對綜采工作面綜采設備可靠、實時的監(jiān)測和自動控制，將煤礦的采煤工作方式革新為計算機集中監(jiān)測控制結合機械化的自動化采煤工作方式，為煤礦高效、安全、綠色開采提供科技和安全基礎，達到綜采工作面自動化采煤的目標，最終實現“遠程自動化采煤，就地巡視手動干預”的目標[2]。

通過購買一套綜采工作面全自動化生產技術裝備，設備主要包括采煤機、液壓支架、泵站、刮板輸送機、破碎機、轉載機、皮帶輸送機、負荷中心等設備的工作狀態(tài)智能化監(jiān)測與生產運行自動化集中控制，與工業(yè)電視監(jiān)控技術無縫結合，實現上述設備的就地手動/自動操作、順槽視頻化集中控制與遠程網絡化監(jiān)控，并結合現場煤層地質條件，完成全自動化減人綜采工作面裝備的設計、制造、安裝和井下工業(yè)試驗，實現綜采工作面設備的少人化操控[3-4]。將工作面所有關鍵設備信息在井下集中控制并傳輸到地面調度中心，實現地面遠程網絡化控制，智能化工作面系統方案構建網絡圖如圖1所示。

圖1 智能化工作面系統方案構建網絡圖

2.2 智能化系統架構及主要組成

該智能化工作面系統主要通過在工作面建立一個核心控制系統、九個系統組成部分，如下頁圖2所示。

圖2 智能化工作面系統構架圖

該系統的主要組成部分有：綜采工作面以太網部分；綜采工作面視頻監(jiān)視部分；綜采工作面順槽皮帶接入部分；綜采工作面皮帶機尾、轉載機自移系統、泵站、供電系統接入管控部分；綜采工作面地面監(jiān)控部分；采煤機、液壓支架液壓支架聯動控制部分；運輸系統聯動控制部分；工作面照明部分。

該系統主要工作內容有：采煤機順槽可視化控制；液壓支架電液控制、自動跟機控制；液壓支架、采煤機、運輸設備聯動控制；刮板輸送機、轉載機、破碎機和皮帶運輸機自動控制；供配電系統集中管控和泵站遠程控制；通過配套視頻監(jiān)控系統，實現工作面可視化管理；建設工作面高速、穩(wěn)定、可靠的通訊網絡；工作面設備與采煤工藝相結合整體聯動協調控制；工作面設備數據監(jiān)測、故障報警、故障保護，工作面環(huán)境數據監(jiān)測、報警、設備聯動控制；巡檢人員精確定位，設備及采煤工藝聯鎖控制[5-6]。

2.3 系統功能分析

1）集中監(jiān)測與控制功能。可實現地面調度中心“一鍵”啟停綜采工作面設備功能，并能夠監(jiān)控綜采工作面設備運行狀況。

2）建立工作面順槽集控中心，實現在順槽集控中心對工作面設備的集中控制、管理、監(jiān)控功能。

3）具有工作面工業(yè)以太網，實現對工作面數據的高速傳輸；具有工作面視頻系統，對主要綜采設備進行實時監(jiān)控。

4）具有在集控中心對采煤機、液壓支架、運輸設備、泵站系統進行遠程控制功能，可對綜采設備數據集成、處理、診斷和管理。

5）有井上下數據傳輸功能，能夠將工作面設備（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）數據上傳到地面調度中心，并采用標準OPC協議將數據發(fā)布，方便接入到礦井自動化系統。

3 效益分析

霍爾辛赫煤礦3105智能化工作面開采技術的應用，可為企業(yè)創(chuàng)造較好的安全經濟效益，主要表現為：該智能化工作面的應用實現了自動化開采，將整個綜采工作面的操作人員減少至5人，最終實現減員提效，實現安全、高效生產；通過智能化系統的應用，大大提高了開采設備可靠性和穩(wěn)定性，設備故障率降低，工作效率提高；當前順槽集控中心操作人員只需要1人，采煤機巡檢人員只需要1人，順槽運輸系統巡檢員只需要1人，工作面機頭巡檢員只需要1人，工作面機尾巡檢員只需要1人，減少了工作崗位，節(jié)約了人力成本；智能化技術的應用，可以對運行設備進行實時監(jiān)測，并對設備的故障隱患進行預測，提高了故障及事故響應和處理速度。山煤集團霍爾辛赫煤礦3105工作面智能化技術的應用，可為集團其他礦井建設智能綜采工作面提供經驗與實踐資料。