智能化工作面在長平公司的建設與應用

倪化良

（晉能控股煤業集團長平煤業有限責任公司，山西 晉城 048000）

1 5302 智能化工作面簡介

1.1 SAM 智能化控制系統

SAM 智能化控制系統是5302 綜采工作面智能化控制系統的核心組成部分[1-6]，包括五個方面，如圖1 所示。其中工作面監控中心組成控制系統的“大腦”，工業以太網構成“神經網絡”，工作面視頻系統具備“眼睛”功能，語音通信系統具備“耳朵”功能，工作面控制模塊是思想的執行者。

圖1 SAM 智能化控制系統組成

1.2 5302 智能化工作面設備配置

5302 智能化工作面設備配置見表1。

表1 5302 智能化工作面設備配置

2 5302 智能化重型放頂煤工作面功能

5302 智能化重型放頂煤工作面作為長平礦的首個智能化采煤工作面，該智能化工作面選用國內一流智能化綜采裝備，設置了感知記憶能力、學習決策能力，該系統以自動化控制為核心、以可視化遠程監控為主要手段，采取慣性導航、記憶截割、自動跟機、遠程干預控制技術。相對于傳統的放頂煤工作面，5302 智能化重型放頂煤具備以下優勢：

2.1 工作面直線度控制

LSAC 慣性導航技術，在采煤機上安裝基于專用慣性陀螺儀的采煤機位置測量系統，通過確定采煤機位置，精確計算液壓支架推移量并與液壓支架電液控制系統協同配合，確保了工作面刮板輸送機處于直線狀態，實現閉環的工作面直線度控制，杜絕出現工溜前后竄的情況，保障工作面的安全性和生產效率。

2.2 采煤機智能截割

智能記憶截割采用自由曲線記憶截割方式，按照示范刀（圖2）所記錄的割煤工作參數和割煤軌跡進行智能化運算并自動形成截割記憶模板，通過智能化計算達到自動調整割煤參數的目的，按照實際學習的采煤工藝實現自動截割運行。

圖2 智能記憶截割示意圖

2.3 遠程通信功能

實現地面分控中心和井下順槽集控中心對綜采工作面采煤機、液壓支架、運輸設備（工作溜、轉載機、破碎機、帶式輸送機）、供液設備（包括乳化液泵供液系統及相關電氣開關、電磁閥等）、供電設備（移動變電站、組合開關、變頻器等）的運行工況監測、遠程控制和自動化控制。

2.4 可視遠程干預功能

5302 工作面生產期間設備運轉良好，實現了以采煤機記憶割煤、液壓支架跟隨采煤機自動動作、運輸設備集中自動化控制、設備數據自動監測為主，人工遠程干預為輔的自動化采煤模式。正常生產期間，工作面皮帶輸送機1 人，泵站1 人，三機1 人，機組割煤1 人，拉架作業1 人，放煤作業1 人，電纜看護1 人，清煤1 人（此8 人均為設備巡查），端頭維護2 人，集控中心監護1 人，工作面11 人可滿足正常回采作業要求。實現“少人跟機作業、有人安全巡視”的安全高效開采模式。

2.5 系統安全功能

“心跳”功能：當操作臺檢修時，將自動化集成控制系統設為“閉鎖”模式，防止人為誤操作。

人員識別具有主動防護功能：保證人員所在支架不能被操控。人員識別器在工作面的位置信息可在集控主機上顯示。

互鎖功能：具備就地操作、遠程分機控制、遠程集成自動化控制模式。在遠端分機自動控制模式下，不允許遠端集成自動控制；遠端分機、集成自動化控制模式下均允許就地控制，保證采煤機操作安全性。

采煤機保護鎖：通信檢測及校驗，通信失敗或者校驗出錯，采煤機鎖定，不允許啟動和操作（就地模式除外）。

3 應用過程存在的問題及解決措施

3.1 兩端頭附屬工作量大、耗時長

采煤機每次過機頭（移兩次機頭）需停機約40min，條件復雜時停機時間更長，需開展端頭回柱、上網及鋼絲繩、剪網、穿工字鋼、拉轉載機等工作。解決措施：使用柔性網代替金屬網維護兩端頭，減少掛網時間；端頭架增加回柱千斤，提高回柱效率；改進端頭架的尾部掩護梁結構，通過加大掩護梁立柱直徑、適當后延頂梁長度等措施，盡可能縮小端頭架切頂線與排頭架切頂線之間的距離，從而縮小三角區懸頂面積，逐步取消排頭1 號架后方打木垛的工序。

3.2 采煤機裝煤效果差

1）采煤機割煤后，機道浮煤較多，尤其是在工作面機頭、機尾，為最大限度地將兩端浮煤裝入刮板輸送機，減少兩端頭溜子上漂程度，采煤機每次過機頭或機尾時需往返3～5 次裝煤，浪費割煤時間5～10min；

2）工作面中間區域，采煤機割煤后，機道浮煤基本在1 m 左右，影響刮板輸送機正常推移速度；

3）機頭、機尾刮板輸送機下方浮煤多，必要時還需在機頭、機尾過程中使用單體柱壓溜，防止溜子上漂。

4）針對采煤機裝煤效果一般，采取采煤機滾筒結構、刮板輸送機與采煤機相對位置關系及尺寸配套等方面進行優化，優化重型放頂煤工作面支護設備設計，提高生產效率。

3.3 工作面瓦斯涌出不均衡，割煤放煤粉塵大，影響割煤速度

1）采煤機割煤至機尾附近，由于接近上隅角，受到工作面瓦斯涌出不均衡、粉塵大等因素制約，為保證均衡穩定生產，現場采用放慢采煤機牽引速度及降低后溜放煤頻率等措施，這在一定程度上制約了生產效率。

2）割煤過程，粉塵大，可視度低，影響割煤速度。一是由于前滾筒司機在割煤時需負責收支架護幫板，不宜過快；二是由于不能準確辨識工作面煤層走勢，精準對機組進行操作，達到“頂、底板平直”等工程質量要求，需要放緩采煤機牽引速度。

4 5302 智能化重型放頂煤工作面改進方向

5302 智能化工作面經地面安裝調試、井下工作面安裝、初采試驗、六大功能調試、應用推廣等幾個階段。已基本掌握了智能化設備的操作應用，但實際應用過程還是暴露出較多問題，結合各崗位實際，進一步完善六大功能系統，逐步發揮系統實際優勢。

4.1 完善集控中心一鍵啟停所需相關數據

智能化工作面的最大亮點就是集中控制。現階段由于天瑪集控臺軟件問題，前后溜電機電流顯示不穩定且數據有誤，皮帶電機電流顯示無數據，破碎機、轉載機均無電流顯示，所以下一步應該考慮如何完善以上設備的電流數據使其集中顯示。

4.2 完善自動跟機相關程序

5302 自動跟機可以在很大程度上提高拉架效率，并且可以減輕人員勞動強度。實際跟機試驗過程發現插板打不到位、支架跳架拉架、護幫板自動伸收等問題。針對此類情況，應班班匯總，定期總結分析數據，根據割煤實際情況會同自動跟機情況，進一步完善電液控程序。

4.3 完善制定LASC 自動找直的合理計劃

調整工作面直線度是所有綜采工作面工程質量的重點工作。LASC 技術可在一定時間內通過分析數據逐漸調整工作面直線度，但是這需要一段較長時間的過程，同時需要電液控程序上的配合，由于長平地質條件復雜，頂板破碎，支架工人為干預較多，人為因素對曲線的執行程度影響較大大，導致自動找直的執行不徹底、不準確，不能完全印證自動找直功能。所以，直線度調直工作需在有計劃的基礎上，每日觀察分析LASC 直線度數據，前期依照數據進行人工找直，待工作面彎曲度不大時，打開電液控的自動找直功能，在前期人工找直的基礎上通過電液控進行微調，最終逐步實現工作面調直。

5 智能化工作面發展趨勢

長平公司5302 工作面配套選用智能化綜采裝備，配備了具有感知記憶能力、學習決策能力的自動化綜采設備，實踐應用了“有人巡視、無人操作”的智能化采煤模式。通過自動化控制系統實現采煤設備的遠程操控，將工人從危險的工作面采場轉移到順槽監控中心或地面，實現采煤工作的標準化安全。