柳湾煤矿61116 智能化综放工作面建设及应用分析

步永伟

（山西焦煤汾西矿业柳湾煤矿，山西 孝义 032303）

智能化开采可实现各子系统间协同控制以及开采设备远程监测、控制等，可显著减少井下人员数量，是煤炭开采主要发展方向[1-3]。文中以柳湾煤矿六盘区61116 智能化综放工作面为工程背景，对采面智能化建设情况进行探讨，以期为其他矿井类似智能化工作面建设提供经验借鉴。

1 工程概况

61116 综放工作面回采的11 号煤层底板标高+865～+820 m，对应地面标高+1043～+1 113.6 m。11 号煤倾角1°～8°，平均4°，厚度为5.39 m。11 号煤层直接顶岩性为泥岩，颜色呈现黑灰色，厚度均值2.99 m；上覆的基本顶岩性为K2 灰岩，厚度均值为5.84 m；煤层直接底板岩性为高岭土泥岩，厚度均值为7.68 m，遇水变软膨胀。61116 综放工作面割煤高度2.8 m，放煤高度2.59 m，采放比为1:0.925，采面倾向长度180 m，推进长度约1200 m。

2 智能化建设方案

2.1 整体架构

智能化工作面控制系统架构由设备层、集中监控层以及井上监控层三层结构组成。其中，设备层为第一层，主要组成包括有采煤、运行、支护、动力、泵站等设备，上述的各设备均随机配备有运行参数监测及控制系统，可实现本地控制或者远程控制；集中监控层为第二层，设备层内各设备通过工业以太网或者CAN总线方式与集控中心进行信息交互，实现对设备层内设备运行控制及状态监测；井上监控层为第三层，通过井上、井下铺设的通信网络将集中监控中心数据传输至地面监控中心，实现井下设备运行状态显示、监测数据综合分析[4]。具体智能化工作面架构如图1。

图1 智能化工作面架构

2.2 各子系统方案

2.2.1 顺槽集控中心

顺槽集控中心集成了各分系统的集中控制、各参数的收集以及分析处理功能，主要组成单元包括：顺槽监控柜、视频主机、数据服务器、矿用交换机、综合接入器、监控显示器、设备操作台等。具体系统架构如图2，主要设备组成见表1。

表1 顺槽集控中心配置明细

图2 顺槽集控中心架构图

2.2.2 工作面自动调直系统

采煤机运行控制系统综合有线、无线两种通信方式，其中有线通信线缆为10 芯采煤机电缆，无线通信使用无线AP 或动力载波方式。采面开采设备自动调直系统组成设备包括采煤机机载惯性导航系统、姿态监控主机、控制软件等，具体组成设备及参数见表2 所示。

表2 工作面自动找直系统组成

在采煤机上用以惯导系统（采用HT90 激光陀螺）为核心的刮板机曲直度监测系统，并结合集控中心和液压支架电液控制系统、推拉精细控制系统完成三直的自主管理。

2.2.3 支架电液控制系统

电液控制系统组成如图3 所示，设备包括支架控制器（ZDYZ-JA）、电源耦合器 （ZDYZ-JA）、电磁驱动器（ZDY28）、通信耦合器（ZDYZ-JB）、压力传感器（GYD60）、倾角传感器（GUD90-1）、行程传感器（GUD900-B）、隔爆兼本安型电源（KDW0.6/127-C）等；采煤机位置监测系统组成包括FYF5 型红外线发射器及接收传感器、连接电缆等。

图3 工作面电液控制系统配置图

2.2.4 三机集中控制系统

系统设备见表3。顺槽集控中心通过与工作面的三机控制系统进行通信，实现刮板运输机、转载机、破碎机、泵站、顺槽皮带机、分级破碎机、除铁器的远程控制；监控中心通过与组合开关进行通信，实现对运输系统各项电参数的监控。胶带输送机的远程监测控制，需要由胶带运输机的电控装置（皮带控制箱或变频器）提供远程监控的通信接口及协议，通过与该电控装置的通信实现对胶带输送机的远程监测控制。

表3 设备结构组成

2.2.5 视频监控系统

监控系统结构组成见图4 所示，通过采面内、机头、输送带搭接点、机尾等位置摄像机实现各位置画面实时监控，通过光纤及网线将视频数据传输至核心交换机，实现远程通信。在采面内每间隔3台支架布置一台摄像机，在机头、输送带搭接点、机尾等关键位置安装7 台摄像机。

图4 视频监控系统架构

2.2.6 自动化放煤系统

远程控制尾梁、插板完成放顶煤的自动化控制。结合采煤工艺及采煤机割煤行进方向、位置逐架放煤，第一架满足放煤条件时进入放煤区域，第二架满足条件时进入放煤区域，不考虑前面的支架是否放煤停止。后面以此类推，相邻两架不允许同时放煤。当后溜负荷达到规定值时，根据进入放煤区域的顺序，适量停止部分支架放煤。每个支架第一阶段放煤时间为x分钟，达到时间即停止第一阶段放煤。当某个支架第一阶段放煤结束，立即启动第二阶段放煤（启动前检测周边支架放煤状态）。第三阶段为与煤岩识别系统结合放煤。当已经放煤的支架停止放煤后，且后溜支架负荷下降到规定范围时，再依次新增支架进行放煤。每个阶段放煤结束后都须进行尾梁和插板复位。顺槽集控中心通过煤流煤量系统判断运输设备负荷情况，实现载荷联动。

3 实用效果

61116 综放工作面进行智能化建设后，改善劳动环境、降低劳动强度、减员增效,实现了综放设备的自动化、智能化远程控制，主要包括：

1）实现工作面液压支架、采煤机、刮板输送机等远程监控、故障警告、故障记录及“一键”启停和协调控制功能。

2）采煤机实现记忆截割，具备端头进刀自动割三角煤、中部斜切进刀两种自动化生产工艺，双向割煤，液压支架跟机作业，“一键”自动化放顶煤。结合视频监控系统结果，集控中心可对工作面特殊情况进行远程干预。