综放开采智能化控制系统研发与应用

陈俊文

摘要：为了推进智能化综放开采技术的发展以及应用，可以实现全面提升智能化采煤的技术水平，对于自动放煤以及工作面设备自动协调运行等共性难题，在放顶煤开采技术的基础上，本文则从智能化开采必要性基础上，探讨了如何做好综放开采智能化系统的应用。

关键词：综放开采智能化;应用;措施

引言

综采放顶煤是我国引领全球煤炭开采技术发展的标志性成果以及技术，持续推进综采放顶煤技术的进步和发展，实现综放开采的智能化是我国煤炭开采必须要攻克的关键问题，也是“机械化换人，自动化减人”科技强安专项行动及智能化煤矿建设的重大需求。

综放实践方面，21世纪初原兖矿集团开始应用先进综采放顶煤技术作为起依托和支撑，联合其他公司合作发明了适合应用在自动划开采的两柱掩护式综放的液压支架，实现了首次将电液控制系统在综放液压支架中的应用，实现了综放自动化开采技术的突破，进而推进了电液控制系统实现国产化的目标。在“十三五”国家重点研发计划课题中，提了了特厚煤层智能化综放开采相关技术，但是目前还没有形成常态综放开采，但是目前同先进技术还存在着一定差距。

1、智能化开采的必要性

1.1、安全生产的根本保障

煤矿作为高危行业，其原因就在于劳动强度大、施工作业的空间总体比较有限、工作环境偏于危险和复杂，井下多种灾害会对职工的生命安全造成威胁，进行智能开采主要是通过机械化换人、自动化减人以及智能化替人等措施，逐渐降低劳动强度，减少入井人员，对作业环境进行改善，真正实现“少人则安，无人则安”，从根本上解决安全问题。

1.2、高产高效的必然选择

近年来，随着煤矿智能化建设的有力推进，新技术、新装备不断升级，矿井高产高效水平逐年提升。通过智能化工作面设备自动协调、高效连动，不断提高生产效率，不仅是企业高质量发展的根本保障，也是煤炭行业实现高产高效的必然选择。

1.3、绿色发展的有力支撑

绿色发展，既是可持续发展的基础，又是高质量发展的必然要求。如何实现绿色发展就显得尤为重要。为此，通过大力开展智能化工作面建设，加大对新技术、新装备应用力度，才能智能系统地解决用能浪费和资源安全高效利用等问题，实现能源消耗由低端低效向节能高效转变，为矿井绿色发展提供有力支撑。

2、综放工作面智能化控制系统

2.1、总體技术架构

为全面实现“采-放-运”高效协同运行，将工作面的工人从工作面解放出来，设计开发了一套完整的工作面自动化解决方案。工作面自动化系统将各个独立的子系统集成，通过多种技术（控制、以太网、无线、视频、通信、液压等）的融合，实现工作面监控中心对设备的整体集中自动化监控。

1）一键启停：系统完成设备层面启动条件判断、逻辑控制、停止条件判定、逻辑控制以及一些意外情况导致的顺序停止。

2）采煤机记忆割煤：可对整体模式、全局参数、局部模式、局部参数进行修正。

3）自动化放煤：依据记忆放煤方法，实现自动化放煤。

4）自动跟机移架：运输系统、供液系统等根据采煤机工况、煤流负载、液压系统状态等进行自动调节。

5）防碰撞功能：系统自动完成采煤机、液压支架、刮板输送机安全距离的监测，避免设备干涉。

6）端头设备联动：依据信息监测和视频监测进行联动控制或远程手动控制;根据端头设备位置监控、机头机尾进尺监控、伪斜角度监控等措施对采煤工艺进行微调。

7）工艺执行管理：对既定工艺的执行过程、执行结果进行有效监测，及时反馈，根据反馈情况及时调整工艺，形成控制闭环。

8）故障管理：对可能出现的故障进行分析，实现故障分级管理;具备“带病运行”模式，避免系统频繁停机。

2.2、工作面智能化系统简介

工作面智能化系统组成部分包括有工作面部分、井下集控中心部分以及地面部分等三个部分构成，包括有液压支架电液控制系统、视频监控系统、乳化液保障系统、井下集控系统等等部分，系统可以通过工作面高速将以太网，并且融合了控制、视频、监测、液压等相关技术，可以做好对采煤机、运输系统、供电以及供液系统等设备进行手动操作、全自动化运行、远程控制、设备工况信息监测、故障诊断报警等相关功能。

比如说以采煤机记忆截煤作为主要部分，人工干预作为辅助，将液压支架可以跟随采煤机自动动作为主要部分，人工干预为辅，可以将液压支架跟随采煤机自动动作作为主要部分，辅助人工干预，将综采运输设备集中自动化控制作为主体，辅助进行就地控制，并且以综采设备数据监测作为主要部分，视频监控作为辅助。

2.3、畅通、可靠的巷道系统

在智能化开采过程中，巷道系统稳定情况以及维护状态会直接影响到矿井安全以及社会经济发展情况。畅通、可靠的巷道系统可为智能化开采提供良好运行空间，保障整个开采过程顺利进行。

1）优化巷道布置。达到少掘或不掘巷道，使矿井各系统顺畅、安全、可靠，合理规避采动压力和高应力区影响。

2）优化支护参数。使巷道支护快、省、稳，达到巷道一次支护、永不返修、整洁畅通、稳定可靠的目的。

3）优化工艺和劳动组织。通过加强生产组织，不断优化“无煤柱自成巷”等工艺，对不同装备系统劳动组织进行跟踪与写实，进一步科学分配优化劳动组织与施工工艺，提高工作效率。

4）提高巷道施工的自动化、单进以及智能化水平，通过加大掘进设备投入力度，可以加快对快速掘进技术以及装备的具体研究应用工作，可以实现提升巷道施工的自动化水平，彻底改变“重采轻掘”的思想，确保智能化开采接续正常。

2.4、灾害超前探查、超前治理、区域治理和系统治理

要实现工作面智化开采安全高产高效，就必须要紧紧抓住灾害治理这个“牛鼻子”，通过对冲击地压、水、火、瓦斯等灾害治理进行统一规划、统一研究，按照各类灾害提级管控思路，全面推广灾害超前探查、超前治理、区域治理和系统治理，提高科学致灾能力和治理水平，可以给工作进行安全、高效以及智能化开采进行保障。

1）超前探查。利用多种探查手段，开展矿井各类灾害超前探查，摸清矿井各类隐蔽致灾因素，制定有效防治措施。

2）超前治理。采掘活动前，各类灾害治理工程到位，灾害治理措施落实到位。

3）区域治理。依靠先进技术与装备，开展灾害区域治理，为采掘活动赢得时间。

4）系统治理。结合各类灾害特征，综合确定矿井开拓部署、生产布局、防治系统建设、装备配备，确保灾害治得准、治得住、治得省。

3、结语

目前我国煤矿智能化开采技术已经在世界上处于领先地位，并且对简单地质条件下煤炭开采目前实现了无人化以及少人化，然而煤炭开采作为一个十分复杂的系统工程，地质条件较为复杂，并且对煤层倾角变化大，地质构造发育的地质环境中，应该应用放顶煤开采、工序环节比较多，较为重要的是目前地质探测精度比较低，如果要实现无人自动化开采，可以在设备姿态感知以及数据分析处理、智能化控制程序、地质探测以及多种工序进行配合上进行深入的研究和分析。

参考文献

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