杨柳煤业1075工作面智能化开采技术与应用

徐义龙

摘 要：针对杨柳煤业1075工作面破碎顶板、3.2m厚煤层，通过调研，结合现场实际调整支架及煤机自动化动作程序实现复杂地质条件下的煤机记忆割煤、支架跟机联动等一系列自动化远程作业，泵站系统、后运系统无人连锁控制。该系统具备年产200万t的生产能力。

关键词：破碎顶板;智能化工作面;连锁控制

中图分类号：TD421 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2020）10-0167-02

1智能化综采工作面简介

1.1工作面概况

杨柳煤业1075智能化综采工作面走向长2628m，倾斜166/195m，煤层倾角2°～14°，平均5°。煤层平均厚度3.2m，属中厚煤层，煤层顶板以灰白色细砂岩为主，局部渐变成泥岩，底板以灰黑色泥岩为主，局部含有少量粉砂岩。

1.2设备配置情况

1075智能化综采工作面选用ZZ8800-20/40D支架，MG500/1180-WD型双滚筒交流电牵引采煤机、SGZ800/1050型刮板运输机，SZZ830/315型桥式转载机。DSJ100/100/2×200型可伸缩皮带机。所有设备均安装智能化控制装置，满足智能化开采要求。

2 1075智能化综采工作面自动化控制系统的应用

系统优点有：（1）实现在杨柳矿1075工作面的自动化生产，实现安全、高产高效采煤;（2）实现在顺槽监控中心对综采工作面设备的工作状态远程监测监控、故障警告、故障记录及 “一键”启停;（3）实现采煤机记忆截割采煤，液压支架自动跟机作业;实现工作面各子系统的联动闭锁控制。

2.1系统组成

该系统包括顺槽集控系统、采煤机控制系统、支架电液控制系统、运输设备监控系统、供电设备监控系统、泵站自动化控制以及工作介质处理系统，视频监控系统、地面监控系统，如图1。

2.2系统工作模式

（1）系统工作模式分为本地、远控和自动三种模式;（2）各分系统进行分别设置本地模式、远控模式和自动模式;（3）某分系统或总控区处于急停时，均不能进行“一键”启动;（4）某分系统处于急停时，不能远程控制该分系统的设备;（5）在所有模式下，集控中心均需监测各分系统所有设备的状态信息以及故障信息，并对故障进行提示与预警;（6）地面分控中心可实现对工作面设备的远程监测及控制功能。

2.3各子系统功能

2.3.1顺槽控制系统

顺槽集控中心是整个智能综采的核心及主要的人机交互界面，实现对综采各子系统的集中监测和控制。（1）系统具备对综采设备“一键”启停、单设备启停以及对各设备进行远程控制和远程干预功能，并具有在监控中心对综采设备数据集成、处理、故障诊断、管理等功能;（2）具有对采煤机、刮板机头、刮板机尾、转载点视频实时监视功能;（3）具有井上数据传输功能，通过井下工业环网，将井下数据上传至地面控制中心;（4）实现综采工作面采煤设备的集中控制，实现对采煤机、电液控制系统、刮板输送机、破碎机和转载机、皮带运输机、泵站系统、供电系统以及视频系统的相互自动联锁控制;（5）通过采集刮板机、破碎机和转载机、皮带运输机的运行负荷数据，自动调节采煤机的牵引速度，控制采煤量，实现系统负荷均衡调节。

2.3.2采煤机及系统功能

采煤机顺槽计算机接入到综合自动化平台，实现采煤机状态实时显示、远程控制、综采设备联动、记忆割煤、状态数据分析和评估，实现采煤机智能化控制。

（1）远程控制功能。控制功能包括：截割控制、牵引控制、摇臂升降控制等，为保证控制指令及时有效，控制延时时间不超过200ms。

（2）数据监测功能。采煤机运行状态包括：各电机电流、温度，牵引速度，瓦斯浓度、油箱油温、油位等;采煤机姿态信息包括：采高、卧底、工作面位置，机身倾角、仰俯角。

（3）记忆切割功能。记忆截割功能应可以实现牵引速度与采高控制自适应调节，实现高精度自动记忆截割。

（4）载荷联动功能。采煤机与刮板运输系统具备载荷联动功能，当负荷较大时，集控系统将自动减慢采煤机的牵引速度，减少煤量。

（5）采煤机与支架防干涉功能。通过电液控系统实时监测护帮板状态（支护压力和收回状态），通过预警和报警机制，防止采煤机和支架产生干涉。

（6）采煤机与支架互锁功能。通过监测支架传感器的数据，分析支架的状态，实现支架与采煤机互锁。

（7）采煤机发生异常情况后的自我保护性停机及系统停机功能。

（8）自动截割三角煤功能。集控中心满足不同工作面的采煤工艺要求，实现自动截割三角煤功能;相应参数可以根据现场要求进行修改、配置[1]。

2.3.3支架电液控系統及功能

电液控制系统的组成：工作面电液控制系统、红外线煤机位置监测系统、支架遥控操作系统。

工作面电液控制系统主要包括支架控制器、电液控换向主阀、隔爆兼本安电源、隔离器、压力传感器、行程传感器等及各类连接电缆;红外线煤机位置监测系统主要包括：红外线发射器、红外线接收传感器及连接电缆等[2]。

2.3.4运输控制系统及功能

（1）通过与运输系统建立通讯，实现集控中心对运输系统的顺序启停;（2）实现综采工作面刮板输送机、转载机、破碎机和皮带运输机运行的联锁协调自动控制;（3）监控设备的实时状态，实现综采工作面运输系统报警、预警功能。

2.3.5供配电及监控系统

供配电监控系统主要是通过与工作面的组合开关、馈电开关、照明综保等电力设备通过RS485或者以太网进行通讯，实现对工作面相应供配电设备的远程分合闸、状态监测、故障告警、健康预判，为工作面自动化采煤提供动力保障。

2.3.6泵站監控系统

（1）泵站控制系统与集控系统采用RS485，ModbusRTU协议双向通讯，实现远程监视和控制;（2）实现泵站联动启动、泵站联动停止以及泵站系统急停功能;（3）实现泵站循环启动功能，能够根据系统压力、用液量多少自动控制启停泵站的数量;（4）系统具备爆管保护功能及泵站吸空保护功能;（5）系统配备水处理系统、自动反冲洗高压过滤站、自动反冲洗回液过滤站组成的多级过滤系统，系统根据监测的实时压力，自动对过滤站进行反冲洗。

2.3.7视频监控系统

系统由采面视频（含照明）、巷道视频和照明以及视频传输网络（以太网组成）。系统组成说明：（1）每隔两台支架安装一个正对煤壁的视频（含照明）设备;（2）每隔6台安装一个沿溜子的视频（含照明）设备;（3）在巷道机头、巷道机尾、各搭接点安装一个视频照明设备;（4）在工作面安装2个交换机组成环网。

2.3.8地面监控系统

地面监控系统包括：视频主机、矿压分析主机、数据处理主机（采煤机、刮板机、皮带机、泵站、供电系统等的数据采集系统）数据服务器、客户端系统组成，完成对各设备的监控、控制以及故障诊断。

3智能化开采中的创新与实践

3.1更换位移传感器

通过对井下生产实际调研和科学的理论计算，使用时间参数控制护帮板和伸缩梁动作，解决了拉线式传感器在生产过程中易损坏导致数据传输中断的难题。

3.2实现自动跟机带压擦顶移架

针对传统人工拉架不能完全做到带压擦顶移架问题，杨柳煤业多次与厂家技术人员积极沟通，不断优化支架移架程序，最终工作面所有地段实现了支架自动带压跟机擦顶移架，有效提高了工作面回采安全系数。

3.3视频网络优化

1075工作面共有76个视频，采用交换机级联方式网络总线负荷较大，易出现视频掉线和卡顿情况。针对该问题，对视频网络进行优化，建立视频服务器，客户端访问视频均对视频服务器访问，避免了直接访问摄像仪，视频监控系统的稳定性得到显著提高。

3.4做好水质管理

组织安装清水过滤站、自动反冲洗高压过滤站、自动反冲洗高压过滤器、回液过滤站，有效提高了元件的可靠性，同时为工作面实现智能化开采提供了有力保障。

4取得的成绩

（1）安全和劳动环境得到改善。操作人员远程操作，实现了本质安全的目的。同时可有效避免粉尘伤害，有利于职工身体健康;（2）职工劳动强度大大降低;（3）通过智能化综采工艺的应用，可以实现岗位优化配置，生产效率显著提高。原煤生产工效1025.6t/人，相比较以前，提高30%以上。区队生产人员减少30%，节约人工的同时也大大提高了安全系数;（4）对智能化开采技术方案进行全方位技术创新，各工艺流程实现了精准控制，优化了三角煤开采工艺，更具有操作性。工作面工程质量实现动态达标，综采单产显著提高。矿井安全、经营效果得到显著提升。

5下一步努力方向

5.1对智能化系统进行优化，重点做好以下几个方面

（1）支架护帮板和伸缩梁动作使用压力传感器控制，实现对支架伸缩梁和护帮板动作的精准控制;（2）电液控制系统进行模块化设计做到全封闭管理，全面实现防水、防尘、防异物撞击;（3）对机头、机尾割三角煤工艺操作程序进行优化，当生产过程中情况发生变化时，确保实现智能化操作和人工干预两种模式随意切换。

5.2推进科学发展，全面提升装备水平

坚持科技创新，积极推广使用新技术、新装备，工作面装备实现高可靠性、大功率、高工阻，为工作面安全高效回采提供装备保障。在矿井完成生产任务的前提下，全面取消夜班，进一步提高职工幸福指数。

5.3打造集团公司智能化开采培训基地

杨柳煤业在集团公司领导下智能化工作面建设取得了阶段性的成功，下一步我们将继续努力，在现有的基础上不断进步，努力打造一流的智能化建设矿井，同时建立一支素质过硬、技术成熟的智能化综采队伍，培养和发掘技术人才，成立智能化开采的核心技术团队，负责技术攻关和培训授课，成为淮北中厚煤层复杂条件下技术服务和培训基地。为淮北矿业的智能化建设推进工作添砖加瓦。

参考文献

[1] 黄曾华，王峰，张守祥.智能化采煤系统架构及关键技术研究[J/OL].煤炭学报，2020（6）：1-14.

[2] 沈静伟.综掘工作面智能化开采技术的实践[J].山东煤炭科技，2020（3）：174-176.