綜采智能化工作面開采關鍵技術研究

樊亞輝

（鄭州煤炭工業（集團）有限責任公司，河南 鄭州452371）

進入深部開采已經成為了必然趨勢，在深部開采過程中，對于各項開采技術提出了更高的要求，傳統的開采工藝和方式在很多方面已經表現出較強的不適應性，而通過當前部分礦井使用的智能化工作面開采技術來看，整體取得了較好的開采效果。因此，對綜采智能化工作面開采關鍵技術進行分析有著較為關鍵的作用。

1 綜采智能化工作面開采關鍵技術特征

首先，液壓支架智能化控制，形成移架狀態自動決策控制、超前壓力預報、耦合系統監控、記憶時序控制、噴霧降塵自動化等。其次，智能化控制采煤機，主要表現為采煤機位置精準定位、自動規劃運行軌跡、滾筒高度自動化調節、自動化防碰撞、故障事故自動化診斷等，同時，根據工作面的具體產量，運輸機的工作負載、工作面地質環境等方面的因素，實現對綜采智能化工作面的全面智能化控制。最后，工作運輸設備實現負載、啟動及運行狀態的智能化監控，機尾可達到自動張緊的效果，各種類型的運行參數均可實現自動化控制。

2 薄煤層綜采智能化工作面開采關鍵技術要點

在薄煤層使用綜采智能化技術時，應當以各綜采設備、采煤工藝之間的邏輯關系作為根本，將采煤機可視化遠程監控、液壓支架自動跟機移架、采煤機記憶截隔等作為基礎條件，設定自動化控制系統，系統主要包含有層級控制、感知控制等，構建多層次控制系統構架，主要包含有地面綜合調度中心、工作面巷道集中控制中心、工作面內集中控制中心等，開采遠程操控平臺，形成薄煤層綜采各環節流程的智能化控制。具體關鍵技術要點如下：

2.1 液壓支架跟機自動化控制。將紅外線接受與發射裝置安裝在工作面支架、采煤機上，達到采煤機定位、支架液壓等智能化控制，同時，轉載機實現自動化推進、端頭對浮煤進行自動化清理，推動薄煤層工作面實現自動連續生產的效果。

2.2 遠程干預采煤機及記憶割煤。以示范刀上所記錄的滾筒運行高度軌跡、滾筒姿態參數、工作面參數等作為基礎，開展智能化運算，構建成記憶截隔模板的方式，在自動化截隔過程中對誤差進行不斷修正，實現采煤機加減速、調高及臥底的自動化控制，井下技術人員可在回采巷道位置對采煤機實現遠程干預。

2.3 煤流系統設備自動化控制。首先，刮板運輸機順序啟停。通過集成控制轉載機、破碎機、刮板運輸機等，對整個運輸系統實現集中控制，按照具體的設定要求開展順序啟停，達到順煤流的情況下停止、逆煤流的情況下啟動的要求。其次，構建煤流平衡系統，將煤流系統負載作為基本的依據，形成采煤運輸機系統電機電流信號為基礎，開采設定出運輸機、支架及采煤機智能化決策聯動、動態分析控制軟件，實現對煤流系統的有效平衡，防止出現采煤量過大超過運輸機運載能力等問題。

2.4 超前支護及巷道設備遠程遙控。以端頭支架作為基礎，構建出鄰架控制命令，啟動轉載機控制器，準備階段操作有效控制，控制器發出聲光報警，在端頭支架完成轉載機控制器執行、推溜等操作，實現轉載機自動移動的功能。將超前支架電液控制系統作為根本，形成實現超前支護的遠程操控，達到快速移架的效果。

2.5 泵站系統遠程控制。以網絡傳輸技術、系統平臺等作為基礎，形成智能化供液控制系統，推動實現根據需求進行液壓的控制和一體化聯動控制，電磁卸荷、智能變頻聯動控制，特別是將薄煤層工作面存在的變流量恒壓供液的難題較好解決，構建出多級過濾體系，形成清潔度較高的供液保障機制，保證工作面液壓系統實現高質量的用液安全性。

2.6 構建出無盲區視頻系統。在運輸機機尾、采煤機、轉載機機頭、遠程配液點及設備列車等位置，安裝礦用高清云攝像頭，按照兩組支架配備一個攝像儀的方式，在支架頂梁上安裝到位，實現對采煤機的智能化跟蹤，采煤機在割煤過程中，可實現視頻拼接、跟機推送等智能化，工作人員可通過視頻實現指揮操控的“身臨其境”的效果。

3 大采高綜采智能化工作面開采關鍵技術要點

3.1 圍巖和液壓支架耦合控制。在深部支護的過程中，大量實踐表明，傳統的支護方式在很多方面已經表現出較強的不適應性，全面注重支護方式的耦合程度是必然，特別是在大采高開采過程中，智能化開采技術在進行支護時，應當充分考慮開采技術的耦合程度。以深部巷道耦合支護技術為基礎，設定出超高煤壁穩定性控制方法與參數設定方法，形成大采高液壓支架結構，將感知系統反饋得到的信息作為基礎，形成三級聯動護幫智能化控制、防傾斜控制、初撐力自動補償、千斤頂自動化調節等，實現自動序列化操作、圍巖耦合控制等，較好提升大采高綜采開采過程中各個系統對地質條件的適應性，全面增強系統整體穩定性，推動圍巖穩定性與液壓支架穩定性的相互耦合。

3.2 工作面端頭大梯度過度配套技術。針對大采高工作面開采實際情況，設計“大梯度+小臺階”短緩過度配套方式，見圖1 所示。選擇使用這種方式，可實現上下兩個端頭、工作面中部等直接過度，對設備參數、采煤工藝等進行優化，對控制邏輯進行簡化，推動煤炭綜采智能化成套化發展。

3.3 大采高主動感知防碰撞技術。將防碰撞系統安裝到大采高采煤機上，借助雷達探測裝置，推動實現采煤機控制系統將視聽警報信號的率先發出，形成大采高綜采的安全控制的主動化。

“大梯度+小臺階”短緩過度配套方式

3.4 大運量智能刮板運輸機。隨著開采高度的增加，綜采工作面切割煤炭資源的數量也在增加，對于運輸機的運輸能力等方面提出了更高的要求，因此，在大采高綜采的過程中，選擇使用大運量智能刮板運輸機的方式，可較好提升開采的實效。這種大運量智能刮板運輸機具有多機雙向協調、分級調速等功能，將激光掃描煤量自動監測裝置，在出現了斷鏈或者松鏈事故之后，系統可實現自動化保護的效果，同時，借助使用“工作參數- 時間”等為基礎的狀態數據庫，可形成設備維護系統、專家診斷系統的智能化。

3.5 工作面智能化控制系統集成配套。將運輸機、支架及采煤機等作為基礎，形成單機自動化控制系統，借助工業以太網形成單機設備信息智能化上傳，在地面調度中心、兩巷道順槽監控中心等對工作面設備進行遠程控制，實現地面一鍵啟停控制，選擇使用這種系統集成配套的方式，工作面自動化生產提升明顯，也在很大程度上降低了工作面一線操控工作的工作量。

4 綜采智能化工作面開采過程中常見問題及對策

首先，在綜采智能化開采過程中出現了工作面礦壓增加的問題，同時對于支護強度及各種類型的安全閥的要求相對較高，同時，工作面網絡數據應當及時進行反饋與傳輸。針對這種問題將千兆以太網傳輸技術應用到其中，滿足各種類型的大數據傳輸需求。全面強化對各種類型支護的強化，確保能夠提供出足夠的支撐壓力。其次，考慮到綜采智能化對技術人員總體水平要求較高的實際，全面增加對技術人員的培訓，打造出一支過硬的操控技術隊伍，對于綜采智能化工作面高質高效的開展工作是非常關鍵的。

5 結論

綜合智能化開采是當前煤礦井下優先選擇的開采方式，符合國家和省有關部門煤礦減人提效及信息化、智能化建設改造工作進行總體部署，在綜采過程中，解決了薄煤層、大采高綜采智能化技術問題，同時減少了下井人員，提高了安全保障水平，整個綜采工作必然相對于先前有較大的提升，但是從當前綜采智能化情況來看，在一些方面仍舊存在著明顯的短板和弱項，主要是智能化設備的全面推廣應用受制于現場裝備水平，安裝的設備種類繁雜，設備更新改造工作量大，不同廠家設備匹配困難；智能化工作開展受制于維護和管理人員的業務技術素質，技術人才培養儲備難度較大，特別是基層單位智能化控制系統運維專業技術人員偏少等問題。因此，下一步急需煤礦企業全面認識到綜采智能化開采的必然性與重要性，充分結合本礦井地質情況、綜采智能化開采技術、人員配備等多個方面，采取針對性的措施，全面提升綜采智能化技術開采水平。