智能化開采技術在大采高工作面的應用

王曉磊， 魏 紅

（1.晉能控股煤業集團機電管理部， 山西 大同 037003；2.晉能控股煤業集團馬脊梁礦， 山西 大同 037027）

引言

目前，煤礦智能化開采是煤炭綜合機械化發展的新階段，是煤炭生產方式和生產力革命的新方向，是煤炭工業高質量發展的核心技術支撐。當前煤礦智能化發展尚處于初級階段，采用一流的技術和裝備實施科學開采，提高煤礦的智能化水平，降低職工勞動強度、改善工作條件、實現減人增效是當前煤炭開采的必然趨勢[1-3]。

1 智能化開采技術

智能化開采以“物聯網整合、互聯網傳輸、數字化集成、可視化保障、程序化操作”為技術核心，融合了采煤機智能記憶割煤、工作面視頻監控技術、遠程集中控制技術、液壓支架跟機自動化及電液控技術、地面及井下“一鍵”啟停等多項新技術[4-5]，實現了正常連續生產過程中工作面少人操作、設備自動精準控制，達到安全可靠化、管理高效化、效益最大化的目的。

2 智能化開采技術的應用

2.1 8102 工作面概況

挖金灣礦8102 工作面走向長度為1 464.8 m，可采長度為1 400 m，傾向長度為230.2 m，煤層傾角1°～3°，硬度f=1.5，煤層厚度為2.90～4.05 m，平均為3.47 m，煤厚變化穩定，見頂見底開采，可采儲量160 萬t。該工作面于2020 年4 月30 日準入驗收，并進行智能化升級改造，于6 月27 日首次完成支架跟機試驗。

2.2 智能化開采技術在8102 大采高工作面的應用

8102 智能化工作面建設完成，實現以下功能：電液控支架具備本地、遠程控制、自動跟機功能；采煤機與液壓支架具備感知定位功能；三機、泵站實現集中控制；實現全工作面的視頻監視；順槽搭建集控中心，具備全工作面設備的遠程集中控制、視頻監控、數據采集等功能。

在經過近9 個月的實踐應用，工作面支架跟機效果良好，各類控制系統穩定，大幅降低了職工勞動強度，支架工由傳統的操作工轉變為巡查工，工作面的生產能力不斷提高。8 月份以來，日平均割煤7 刀，支架跟機率平均保持在70%以上，實現了單班生產3.5 刀最高紀錄，并達到以下指標：智能化裝備占比不低于90%，設備綜合完好率不低于95%，工作面生產人數不超8 人，人工干預率小于20%。

2.3 智能化開采技術的優勢

與傳統綜采工作面相比，智能化工作面在安全生產、降低勞動用工、提質增效等方面存在眾多優勢。

2.3.1 安全生產優勢

1）由本架操作轉變為鄰架跟機操作，提高了員工的安全性，改善了員工的作業環境，降低了員工患塵肺病發生的概率。

2）設備集中控制，并進行實時監測，在運轉前有語音報警，可以有效避免人員誤操作。

3）工作面的視頻監控系統，采煤機監控視頻與液壓支架視頻會跟隨采煤機前移不斷切換畫面，為監控中心工作人員提供視頻畫面，確保監控中心遠程操作安全可靠。

4）液壓支架具有補壓功能，避免因人工操作不當而導致支架工作阻力不足的現象發生，有利于維護工作面頂板的完整性。

2.3.2 降低勞動用工優勢

1）較普通綜采工作面相比，單班人數由原來的13 人減少為7 人，支架操作工轉變為巡查工，大幅降低了工人的勞動強度。

2）采用多重過濾裝置、智能化供液系統，保障支架工況良好，有效降低了支架維修率與維修人員的勞動強度，定期跟換各類濾芯即可。

3）集控中心只需1 人即可實現對支架、三機、泵站的控制，減少了勞動用工。

2.3.3 提質增效優勢

采用智能化工作面供液系統：井下靜壓管路—低壓過濾站—軟化水處理站—乳化液自動配比—泵站—智能化高壓過濾站—工作面支架自動反沖洗，形成具有乳化液濃度智能配比、供液壓力智能調定、利用壓差反饋調節的智能反沖洗功能的智能化供液系統，確保供液介質的腐蝕性、雜質降低，極大地提高了液壓支架的使用壽命，降低維修成本。

刮板輸送機、皮帶運輸機的驅動電機采用變頻調控，運行更加穩定可靠，設備故障率極低，設備開機率達90%以上。

7 月—11 月期間8102、8115 兩綜采工作面地質條件近乎相同，都沒有地質構造影響，經過對比，8102 智能化大采高工作面平均月推進180 m，較8115 普通大采高工作面提高16.1%，詳見圖1，平均月產量由21.5 萬t 提高到25 萬t 左右，增產15.2%。

圖1 7—11 月綜采進尺對照圖

3 智能化開采技術遇到的問題及解決方案

3.1 后半部支架電液控制器反復重啟、頻閃嚴重

80 號支架以后的電液控制器反復重啟、頻閃嚴重、操作頁面多次無效，綜合保護開關保護斷電。在確認供電電纜完好，接線可靠，本架電液控制系統連接線纜正確的情況下，使用萬用表直測供電電壓，經統計有20%電液控制器127 V 供電電壓不穩，且接線方式相同，此種接線方式占全部的60%，造成了主供電三相負載不平衡，綜合保護開關監測斷電，電壓在100 V 以下的出現多次重啟，經重新模擬計算采用新的接線方式平衡三相電源電壓后此問題迎刃而解。

3.2 液壓支架自動跟機動作慢

液壓支架自動跟機動作緩慢，約為2 架/min，無法滿足正常生產要求。該工作面使用RW400/31.5 MPa 液泵，高壓進液口直徑為Φ31.5 mm，回液口直徑為Φ51 mm，受進回液管徑制約，工作面配套泵站無法滿足支架跟機時的所需流量要求。對此，采用“雙回路”供液方式，即：同時開倆臺泵，工作面液壓管路分為兩進液、兩回液同時供給，有效解決了支架因流量不足而導致的動作緩慢問題。同時，對工作面全套支架濾芯進行更換，每個支架2 個粗過濾（40 μm）和一個精過濾（25 μm），更換后支架移架速度顯著提升，支架動作速度約為3.5 架/min，可正常進行自動跟機。

3.3 支架跟機存在漏架現象

在設定采煤機速度為5 m/min 時，自動跟機存在漏架現象。通過調整支架跟機參數，采用交叉式移架方式，例如在10 號支架移架完成后，12 號支架進行動作，移架完成后，11 號與13 號支架同時動作進行移架，這樣較單架跟機、人工手動操作效率提升至50%以上，如圖2 所示。

圖2 8102 智能化工作面支架跟機率

3.4 支架跟機后，架前煤堆積較多

通過對支架跟機作業情況進行觀察，同時現場試驗過松軟底板時人工操作的移架工藝流程，記錄關鍵動作時間，對支架跟機參數進行修正，直至達到最佳效果，過程中設置多次停頓、抬底座、降立柱操作程序，從而解決移架后支架底座前堆煤較多的問題。

3.5 電磁先導閥易堵塞無法反沖洗

8102 工作面使用型號為GL2000/37.5/25 的智能化高壓過濾站，在使用過程中電磁先導閥易堵塞無法反沖洗，導致高壓過濾站濾芯壽命縮短、影響水質，更換后的高壓過濾站濾芯僅1 個月時間就全部堵塞，工作面支架的濾芯以及各類閥芯也出現不同程度的堵塞與損壞。在電磁先導回路中增設連接閥板、精過濾（25 μm），使得回路液體先經過濾芯再到電磁先導閥，保障反沖洗可靠動作，人工定期對先導回路的濾芯進行清洗和更換。改造后的高壓過濾站反沖洗功能正常，使用效果良好，定期對高壓過濾站的濾芯進行檢測后未發現任何堵塞，不僅提高了高壓過濾站濾芯的使用壽命，保障了支架供液系統的水質要求，而且工作面支架故障率降低了80%。

4 結語

智能化開采技術在挖金灣礦8102 大采高工作面的成功應用，不僅提高了開機率，解決了生產效率低的問題，提升了經濟效益，而且大幅減少了工作面人員數量，降低了勞動強度，提升了安全效益。