煤矿智能化综采工作面系统设计及应用探究

毋晓军

摘要：文章分析智能化综采工作面系统的技术发展进程，总结发展进程中表现出的问题，从系统结构以及集成方案两个方面分析智能化综采工作面系统的设计情况，以某矿区为例，简单介绍此系统的实际应用效果，以供参考。

关键词：煤矿智能化综采工作面系统;问题;设计与应用

1、引言

井工煤矿生产条件复杂，开采环境恶劣，水、火、瓦斯、煤尘、顶板等灾害严重。频发的安全事故、严峻的安全形势和方心未艾的能源革命，推动煤炭行业实现由规模速度型向质量效益型转变、由劳动密集型向人才密集型转变、由常规综采型向“两化”融合型转变，使得煤炭安全绿色智能化开采成为煤炭开采创新的主攻方向。而可靠的高端装备制造技术以及信息化、自动化、智能化技术与煤矿开采技术的深度融合，将综采工作面智能化应用成为可能。智能化综采工作面系统将采煤机、液压支架电液控、三机泵站控制等控制系统有机结合，通过万兆工业环网实现对综合机械化采煤工作面设备的协调管理与集中控制，实现安全高效有人巡视无人操作的生产模式。

2、智能化综采工作面系统技术发展进程

2.1国外现状

2.1.1久益自动化技术

久益环球（Joy Global）在自动化开采技术方面处于领先地位，其自动化开采技术路线在不断前进、演化，并致力于实现无人化开采。

2008年之前，久益在自动化开采技术方面已经打下了坚实的基础，完全实现了支架电液控制、采煤机遥控、设备防碰撞、跟机移架、记忆截割等技术。

2008年的久益自动化技术路线，利用光纤、工作面WIFI和工业环网的高速通信技术，采用全自动的采煤机和液压支架，提出无人工作面的目标设想。

2013年的久益自动化技术路线，提出远程控制中心ROC（Remote Operations Centre）及两人远程遥控的方案，用于薄煤层开采。

2018年，久益在自动化开采方面整合了工作面3维地图、人员接近检测系统以及三维几何控制和可视化三项技术。通过整合采煤机、液压支架、刮板、转载、破碎的各类状态数据，提供了高度逼真的 Longwall 3D Visualizer功能。

2.1.2艾柯夫采煤机自动化技术

艾柯夫采煤机自动化技术主要经历了记忆截割、EiControl、EiControlSB、EiControlPlus四个阶段。国内目前在用的采煤机以EiControl为主，也有部分采煤机配置了EiControlSB。2001年，开始采用工业标准PC（IPC）。2005年，采煤机EiControl系统。2007年，基于传感器开发的EiControlPlus;2008年，参数控制系统EiControlSB。2010年以来，艾柯夫采煤机的发展更多的集中在机电一体化方面，机械工程、电气和软件都紧密地融合在一起，主要体现在软件、传感器、高级数据和通信等方面。

2015年，艾柯夫已联合德国玛珂、德国贝克等在俄罗斯建设了一套远程控制自动化薄煤层综采系统，已经接近于“无人工作面”。

2.2国内现状

目前，国内综采工作面单机装备的自动化技术研究已取得了一些成果，采煤机已经实现了记忆截割功能，支架电液控制系统、泵站智能控制系统、“三机”（刮板输送机、转载机、破碎机）控制系统也已经完全实现了国产化，基本达到了国外同类技术水平。近年来，随着我国智能控制技术的发展，以液压支架电液控制系统为核心的综合自动化监控系统已逐步发展成熟。但在实际应用过程中，依旧存在网络缆线复杂、无线网络信号差、带宽使用率低、煤岩辨别能力差、支架姿态自动调整能力差、传感器精度低等问题。

3、智能化综采工作面系统需面对的问题

由于煤矿井下作业环境较为恶劣，在此环境中并不适合作业人员长时间工作，也会对智能化系统中应用的传感设备造成影响，导致其反应速度及可靠性的降低。

此外，不同矿区中应用智能化综采系统时，由于系统中所用硬件进行生产过程中，不同生产厂家所依据的软件协议等方面的标准不同，难以实现市场标准的统一，也增加了对井下设备进行集中和统一监控的难度。

另外，煤矿作业环境中还存在大量的瓦斯等易燃易爆或者有毒有害的气体，因此在系统设计以及设备选择时要注重防爆性的设计。

4、煤矿智能化综采工作面系统设计及应用分析

4.1系统架构

智能化综采系统主要由采煤机、支架电液控制系统、工作面三机通信控制系统等组成，在系统中不仅需要完成对单个工作面的系统集成和数据上传工作，而且还可以面对多个工作面完。目前比较常用的后一种网络体系为例，此系统比较复杂，主要有生产检测系统、数据分析、专家分析以及报表分析和运行管理等部分组成。其中的检修系统处于第一阶梯，主要检测工作面的煤炭开采生产状况，具体地说是通过工作面的数据检测、顺槽胶带机检测、煤炭主运输系统检测、主通风机检测、生产执行系统检测等系统开展数据采集和检测工作，并完成后续的数据收集同步工作，将所收集的数据向数据库中填充并开展深层次的分析。

4.2集成方案

智能化综采系统的集成方案，就是集成上述采煤机、支架电液等控制系统以及工作面的三机通信控制系统，还将运输控制、泵站控制以及供电系统进行集成，进而可以集中协调管理与控制综合机械化采煤工作面中的所有设备。

针对其中的液压支架来说，基于原有的支架电液控制系统，通过多种传感器的应用可以智能化控制支架。针对采煤机来说，不仅可以应用工作面视频系统定位跟踪采煤机，而且可以应用其中的巷道远程操作台对采煤机的速度进行控制，表现出可以智能化开展参数检测、感知和控制、定位、主动作业以及自动协调系统状态等优势。针对刮板输送系统来说，通过在线监测集中控制系统监测和控制刮板输送机、转载机与破碎机，可以对上述设备运行中的温度、速度以及启停过程进行集成控制。

4.3实际应用

以某矿区为例，在近年来应用并改进智能化控制系统的过程中，采煤机的平均开机率有了显著提升，从57.1%提升道路61.1%。与此同时，采煤机的生产效率也从37.1%提升到了45.2%。经过实际应用可知，每提升采煤机1%的开机率则可以提升单个综采工作面的产量约10万t，在中厚煤层中此数值也可以达到7万t。不仅如此，还降低了開采设备的大修率以及设备维修所花费的费用，实现了设备故障率以及运营成本的降低，提升了开采作业的智能化和自动化水平，各设备操作更加安全和稳定。

5、结语

基于目前煤矿综采工作面生产中不断应用先进技术和设备的发展现状，可以从系统架构上进行改进并采取科学的集成方案，将原有的综采生产和控制系统集成为统一的智能化信息管理系统。通过智能化系统的应用，基实现了自动化生产，解放了劳动力。同时也通过未来自动化网络和控制系统的构建，充分应用云计算以及大数据技术进行创新发展，大幅度提升井工煤矿综采工作效率，，推动生产作业向真正的无人化和智能化方向发展。

参考文献：

[1] 郭俊武. 刮板输送机智能控制系统在煤矿综采工作面中的应用研究[J]. 化工中间体， 2019， 000（014）：61-62.

[2] 王祥. 煤矿综采工作面智能化技术及装备发展研究[J]. 冶金管理， 2019， 367（05）：84-84.

[3] 李玉强. 基于信息和态势感知技术智能综采工作面研究[J]. 煤炭技术， 2019， v.38;No.311（11）：190-192.

（陕煤集团神木柠条塔矿业有限公司，陕西 榆林 719300）