小青煤礦綜采工作面智能化技術的實踐

武智超 田子棟 趙 學

（遼寧省調兵山市鐵法能源公司，遼寧 調兵山 112700）

小青煤礦是鐵法煤業（集團）公司主要生產礦井之一，于1975 年5 月1 日破土興建，設計生產能力為120 萬t/a。礦井采用立井多水平開拓，第一水平采上煤組，大巷標高為447 m；第二水平采下煤組，大巷標高為-650 m?，F開采第一水平，共有北一、西一和南二三個生產采區，采用集中運輸大巷、石門的布置方式，頂板自然垮落、綜合機械化機組落煤的采煤方法，主采四、七兩層，采高在1.4～3 m之間。當前小青煤礦為響應集團公司的號召，實現高產高效安全開采的生產目標，進行了煤礦井下智能化技術的實踐應用研究。

1 綜采工作面智能化控制系統

1.1 工程概況

小青煤礦當前主要開采7#煤層，煤層厚度為1.9～8.3 m，平均厚度為4.72 m，煤層傾角為2°～8°，平均傾角5°。煤層頂板巖性為砂質泥巖、泥巖、粘土巖底板巖，局部相變為砂質泥巖互層。采煤機采高3.0 m，放頂煤高度為2.72 m。

工作面主要設備：MG50/600WD1 型交流電牽引采煤機，ZF8600/18/35D 放頂煤液壓支架，SGZ830/800 型刮板輸送機，SZZ830/315 型過道轉載機，PLN2200 輪式破碎機，DSP-1063/1000 可伸縮膠帶輸送機，BZRK400（200-31.5）/31.5 智能型乳化液泵站，BPW315/6.3 噴霧泵站。

1.2 智能化控制系統方案

針對小青煤礦7#煤層井下綜采面的實際情況，設計了綜采工作面智能化技術控制系統方案。7#煤層井下綜采面智能化控制系統構架如圖1 所示。該智能化控制系統中，采煤及配套設備以記憶動作為主，人工遠程干預為輔，液壓支架以跟隨采煤機自動序列動作為主，人工遠程干預為輔。綜采運輸設備實現集中自動化控制。

2 智能化技術關鍵技術分析

2.1 工作面以太網通信平臺的建立

建立7#煤層井下工作面以太網通信平臺，該通信平臺具有虛擬局域網、流量優先級的100 M 寬帶管理功能。良好的網絡通信可以保障信息動態的時時傳遞，該通信平臺能對網絡狀態進行實時檢測，保障通信網絡的正常。該工作面智能自動化控制網絡情況如圖2 所示，系統主要是分井上和井下兩大部分，將井下采煤工作面開采及配套設備的信息通過光電轉換器、綜合接入器、交換機全部匯總到井上服務器上，在煤礦調度指揮中心實現控制。

圖1 工作面智能化控制系統架構示意圖

圖2 工作面智能化控制網絡示意圖

2.2 工作面可視化視頻監控

建立了可視化視頻監控控制系統可以實現以下功能：（1）視頻功能：當液壓支架因復雜的工作環境需要進行調整時，實現無人化遠程控制；（2）數字網絡高清視頻系統：即基于以太網的壓縮高清視頻應用網絡傳輸結合攝像儀的IP 地址的視頻系統。

建立了視頻系統智能化系統可以實現以下功能：（1）攝像儀智能清洗功能；（2）目標智能追蹤功能；（3）視頻全景拼接功能。

2.3 工作面配套設備分析

2.3.1 采煤機記憶割煤及遠程干預控制

采煤機上設有的采高傳感器及位置傳感器，通過對采集的數據信息來進行自主定位，并利用采煤機記憶切割功能，實現采煤機的智能自動化控制。根據7#煤層工作面的實際情況，采用了前滾筒割底煤、后滾筒割頂煤的采煤機22 象限記憶截割開采工藝。通過提取采煤機行走數據，生成采煤機運行軌跡、割煤刀數、割煤時間、跟機狀態等信息。同時采煤機與地面調度中心實現遠程控制，在地面調度中心可以對井下采煤機進行遠程監控，當井下割煤條件發生重大變化時，可以人工進行遠程干預控制。

2.3.2 液壓支架跟機自動化及遠程干預控制

對采煤機及液壓支架上的紅外線發送器、紅外線接收器的信息進行采集處理，來實現液壓支架全工作面跟機作業智能自動化。根據采煤機工藝、采煤機位置，實現了全工作面液壓支架的智能自動化控制，包括液壓支架的跟機噴霧、跟機移架和跟機推溜等功能，實現了轉載機尾自移聯動，實現了端頭設備的智能自動化作業。同時液壓支架與地面調度中心實現遠程控制，在地面調度中心可以對井下液壓支架進行遠程監控，當支架出現液壓故障、部件失靈等原因致使液壓支架動作不到位或其他影響生產的現象發生后，可以人工進行遠程干預控制。

2.4 智能煤矸識別系統

基于小青煤礦7#煤層采用放頂煤開采技術的特點，主要是采用人工對煤層和矸石進行識別，自動智能化應用較為薄弱。為實現自動化放煤，應用了智能煤矸識別系統，對放煤過程中的煤矸進行感知，并提取特征信號，基于該信號數據來進行有效判斷，以此為基礎實現遠程放煤控制。

3 技術創新分析

7#煤層工作面智能化技術的應用，有效解決了綜采放頂煤自動放煤環節的工藝難點，智能煤矸識別系統的應用實現了人工智能識別煤矸混合比和自動放煤。智能化技術減少了工作崗位，降低了勞動強度，消除了安全隱患，同時降低了矸石量，為實現煤礦高產高效安全開采奠定了基礎。

4 效益分析

綜采工作面智能化技術的應用，為企業創造了較好的效益：（1）智能化技術的應用可大幅度減少工作崗位；（2）通過智能化系統的應用，大大提高了開采設備可靠性和穩定性，設備故障率降低，工作效率提高；（3）實施放頂煤智能化技術，降低了矸石量，提高精煤回收率；（4）智能化技術的應用，可以對運行設備進行實時監測，并對設備的故障隱患進行預測，降低設備故障發生率。

以W2719 綜采工作面為背景，該工作面實現智能化技術開采后，實踐應用效果理想，為企業創造了較好的經濟安全效益。實現可視化智能無人開采后，按照每班8 h 計算，對比傳統開采方式，采煤作業每個循環用時從135 min 降低到65 min，每班循環從3 次提高到6 次，日產量從1303 t 提高到了3224 t，月產量從 4.13 萬 t 提高到 9.23 萬 t。W2719綜采工作面實現智能化技術開采后，減少了工作面崗位工作人員達18 人，有效地提高了工作面開采的自動化程度，企業節約人力成本約900 萬元。根據智能化技術的應用經驗，每年提高設備運行效率約10%，產生經濟效益350 萬元。預期W2719 工作面的矸石量可減少6%，提高放煤率1%，產生經濟效益400 萬元。

5 結語

以鐵法煤業公司小青煤礦7#煤層為研究對象，對其綜采工作面智能化開采技術進行了實踐應用研究。智能化開采技術的應用可以有效提高采煤的自動化程度，有效提高開采設備的工作效率和使用效率，降低設備故障發生率，減少工作崗位，為企業創造了較好的經濟安全效益。