薄煤层综采工作面智能化开采技术研究

王晋强

（晋能控股煤业集团沁秀公司岳城煤矿，山西 晋城 048006）

引言

目前薄煤层智能化开采工艺较多，较为常见的是基于滚筒采煤机、刮板输送机和液压支架配套的长壁式开采，该类工艺对地质条件适应能力强，对构造较多的工作面具有普遍适用性[1]；此外还有基于刨煤机、刮板输送机和液压支架配套的刨煤机综采机组和基于螺旋钻机机组、刮板输送机和液压支架配套的螺旋钻机机组，该工艺工作安全、块煤率高，但抗干扰性能和自动化程度较低，实际生产时应根据现场情况灵活配套使用[2]。

1 A 矿9 号煤层概况

A 矿9 号煤层为薄煤层，厚度为0.6～1.6 m，平均厚度为1.14 m，94316 综采工作面走向长1 540 m，倾向长133.5 m，工作面煤层倾角为2°～15°，煤层平均厚度1.1 m，可采储量33 万t。工作面配套设备包括1 部型号为MG2×200/930-WD1 的长臂采煤机，1 部型号为SGZ764/400 的刮板运输机，1 部型号为SZZ-764/132 的转载机，1 部PLM1000 破碎机和2 部DSP-1063/1000 皮带机。

目前液压支架仍由人工在工作面内通过手动方式操作控制器和主阀进行移架、推溜等。受9 号煤开采工艺影响，现场存在开采环境空间狭小、设备安装操作难度大、工作人员劳动强度大的问题。

2 研究方案

通过建立集通信网络、视频监视和远程操作于一体的集中监控平台，实时掌握工作面情况，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，达到降低工人劳动强度，确保矿井安全高效生产的目的。

3 系统设计

方案技术路线如图1 所示。通过前期调研，根据矿方需求，该系统方案设计主要包括九大子系统，分别是地面远程监控系统、综采工作面顺槽控制中心、液压支架电液控制系统、惯性导航系统、采煤机集控系统、三机和顺槽皮带机控制系统、视频监控系统、工作面人员定位系统及供电系统。

图1 技术路线示意图

3.1 地面远程监控系统

远程监控系统布置如图2 所示。系统采用由综采工作面液压支架控制器组成的综采工作面以太网传输平台，将综采工作面各子系统采用以太网接入到顺槽控制室内的工控自动化平台，经矿井环网上传到地面调度中心，工控平台采用vistwo 软件平台，具有单设备远程启停功能、工作面设备间的联动及人机间联动，同时能够实时监测所有设备运行和人员位置状态、显示工作面及顺槽视频、按程序运行和协调所有设备动作。

图2 地面远程监控中心设备布置图

3.2 顺槽控制中心系统

通过服务器、交换机、信号转换器，构建一个统一开放的工作面百兆以太网。接入不同厂家设备，实现工作面设备信息汇集，满足工作面视频、监控数据等传输要求。工控平台采用vistwo 软件平台，能够将工作面各设备、人员位置信息、工作面视频经过数据传输平台接入到工控平台，实现单设备控制功能、系统联动控制功能，可以对工作面内任意设备进行远程控制。系统联动控制功能应包含设备间联动和设备人员间联动。

3.3 液压支架电液控制系统

电液控制系统架构如图3 所示。电液控制系统在工作面智能化系统中执行控制液压支架的功能，同时承担着工作面数据传输平台的功能，实现工作面支架就地控制、集中控制、远程控制及数据上传。电液控制系统采用以太网控制方式，通过传感器来确定液压支架的状态，通过控制液压主阀来执行单架动作或成组动作。电液控制系统要能够显示液压支架和电液控制系统的运行状态，包含立柱压力、推移行程、正在运行的动作、煤机位置和方向等。

图3 电液控制系统

3.4 采煤机控制系统

采煤机通信控制系统主要分为采煤机自身控制功能及远程通信控制功能两部分，其中采煤机自身控制功能由采煤机厂家提供，远程通信控制主要通过采煤机载波电缆将数据传输到采煤机顺槽监控计算机上，然后工控平台通过RS485 通信接口访问采煤机顺槽监控计算机，从而实现远程对采煤机运行状态的监测和控制。

3.5 惯性导航系统

在采煤机上安装一套惯性导航系统，工控平台通过惯性导航系统可以计算出刮板运输机的位置曲线，实现工作面平直控制和智能推进。采煤机通过安装高精度陀螺仪设备实现对采煤机位置、姿态的准确监测，描绘出采煤机沿工作面方向及工作面推进方向的曲线数据，实现对工作面刮板运输机直线度监测，满足工作面直线度控制的目的；由安装在采煤机上的高精度陀螺仪通过RIFD 射频发射器将数据传输给液压支架的控制器，再通过以太网传输到工控平台，并由工控平台进行协调控制，将需调整数据发送给液压支架电液控制系统，由电液控制系统对刮板运输机进行调整，实现对工作面直线度的控制。

4 现场应用效果分析

本项目在A 矿94316 综采工作面进行了为期4个月的工业性试验，试验结果表明：工作面采用智能化开采后，三八制每班可回采5 刀左右，工作效率提升25%；工作面不再安排直接人员，仅保留2 名巡视人员和2 名远程操作人员，直接生产工效165.4 t/工，有效降低了工人劳动强度，提升了现场工作效率。此外，现场工业性试验中还存在传感器工作不稳定维护工作量大、现场数据量大错误数据较多等问题，应在后续研究中不断改进，提示系统可靠性。