東龐礦21110 智能化工作面的研究與應用

趙青波

（冀中能源股份有限公司 東龐礦，河北 邢臺 054000）

1 概況

智能化已逐漸在各個領域中得到了廣泛地應用。智能化能夠不僅可以確保生產安全，還可以提高企業的生產效率，促進社會的經濟發展。在煤礦企業中，智能化設備的使用能夠有效降低人工成本，減少企業生產經營的成本消耗。本文對智能化設備在東龐煤礦21110 智能化工作面的應用情況進行了詳細的闡述和分析。

東龐煤礦21110 工作面內2 號煤層沉積較穩定，結構復雜，含有1 層夾矸，煤層厚度變化較大。上層煤厚度為1.37 ～3.15 m，平均為2.12 m；下層煤厚度1.00 ～2.25 m，平均為1.54 m；夾矸為泥質粉砂巖，厚度為0.10 ～0.50 m，平均為0.28 m；煤層總厚度3.52 ～5.0 m，平均3.94 m。煤層傾角為1°～8°，煤層傾向為231°～53°。21110工作面煤層頂、底板情況見表1。

表1 21110 工作面煤層頂、底板情況Table 1 Coal seam roof and floor of No.21110 Face

工作面預計最大涌水量15 m3/h，正常涌水量8 m3/h，無防隔水煤（巖） 柱，工作面無突水危險性。21110 工作面布置如圖1 所示。

圖1 21110 工作面布置Fig.1 No.21110 Face layout

21110 工作面面長215 m，設計回采推進長度1041 m，按煤厚3.94 m，容重1.4 t/m3，回采率93%計算，圈定可采儲量105 萬t。按月產10.0 萬噸t，則可采期為11 個月。

智能化采煤工作面自動化系統主要由液壓支架電液控制系統、智能集成供液系統、綜采自動化控制系統等組成，可提高煤礦綜采自動化水平，改善煤礦開采安全條件，降低煤礦工人勞動強度、提高生產效率。

綜采工作面自動化控制系統，在綜采工作面單機設備自動化基礎上，建立一套以監控中心為核心，工作面視頻、環網、音頻、遠控為基礎的集中自動化控制系統。采用擬人的手法，把人的視覺、聽覺延伸到工作面，將工人從危險的工作面解放到相對安全的順槽監控中心，實現在順槽監控中心對液壓支架、采煤機、刮板運輸機、轉載機、破碎機、順槽皮帶機、泵站等綜采設備進行遠程操控，達到工作面“少人化”開采的目的。

2 21110 智能化設備實現的功能

21110 智能化綜采工作面自動化控制系統，整個操控系統分為三級控制，分別為現場控制、井下監控中心控制以及地面監控中心控制。現場控制的優先級大于井下控制中心，井下控制中心優先級大于地面控制中心。當現場轉換為遠程控制時，井下的監控中心才能夠遠程操控整個工作面；只有當前兩級都允許授權后，地面控制中心才能夠控制工作面，非特殊情況下，嚴禁地面控制操作。

21110 智能化綜采工作面自動化控制系統，實現了工作面液壓支架、采煤機、刮板輸送機、轉載機、破碎機、皮帶運輸機、乳化液泵站的協調聯動控制（即一鍵啟動） 和遠程控制（井上下監控中心均可實現），完成綜采工作面生產過程自動化控制功能，提高生產效率；對主要生產設備的工況進行實時在線監測、及時發現故障隱患，提高設備開機率；對工作面的相關信息分類整理，通過工業環網將數據上傳地面分控中心，通過地面分控中心將數據融合到基于物聯網技術的綜采設備智能化管理系統，實現數據共享、遠程管理和深度利用。

3 智能化在煤礦中的應用

3.1 智能化在采煤機的應用

21110 智能化工作面采用MG500/1180-WD 型采煤機，采用瓦斯限速（可以設定三級參數，瓦斯濃度≥0.5%時采煤機速度為1.5 m/min，瓦斯濃度≥0.6%時采煤機速度為0.5 m/min，瓦斯濃度≥0.7%時采煤機停機），采煤機電控箱內嵌采集模塊，將采煤機的調高、轉速、行駛速度、記憶截割等數據傳送到“大腦”，經過網線—交換機—光纖收集匯總給順槽監控中心，在順槽監控中心對數據進行整合分析，通過控制對應操作面板對工作面采煤機進行操控，實現遠程割煤。

在電液控液壓支架過道與煤壁加設視頻監控系統，對工作面進行視頻信號采集，將視頻信息采集匯總到順槽監控中心，實時觀察工作面情況，掌握工作面動態信息，保障工作面安全運行。

3.2 智能化在運煤系統的應用

21110 智能化綜采工作面將工作面溜子、轉載機、破碎機、皮帶信號匯總傳遞到順槽監控中心，在順槽監控中心即可對運煤系統設備進行遠程操控，實現現場無人化控制。

在順槽監控中心對信號進行采集整合匯總，可以時刻觀察設備的啟停狀態，分析設備的故障信息，掌握設備的運行狀態。遇到設備故障時，可以通過翻看故障信息列表查看故障點，準確掌握，快準穩的解決問題，減少故障的處理時間。

3.3 經濟效益

東龐礦21110 智能化綜采工作面安裝采購新電液控制液壓支架每架需33 萬元，在現有ZY5000/25/50 型改為電液控液壓支架需每架6 萬元，共改32 架，可節約資金（33-6） ×32=864 萬元。

普通工作面生產班定員需要17 人，應用自動化開采技術后，生產班減少為10 人，每班減少7個用工。按“四六制”計算每天減少用工21 人（早班檢修），年工資約每人10 萬元，可節約工資21 人×10 萬元/a=210 萬元。用工對比見表2。

表2 工作面定員對比Table 2 Staffing comparison of working face

3.4 注意事項

21110 智能化綜采工作面是少人遠程操控出煤工作面，對現場人員以及設備維護要求更高。現場操作人員必須熟練掌握設備的遠程操作流程以及控制模式的切換，對常見的簡單問題能夠自行處理，對現場的設備要保持外觀清潔，內腔干燥，避免智能化設備受潮出現故障。尤其對工作面通訊線路尤其注意，避免通訊線路彎折，避免重物砸通訊線路。

4 結語

東龐礦21110 智能化綜采工作面是冀中能源股份有限公司首個智能化高架綜采工作面，可以實現工作面的相關信息分類整理，通過網絡將數據上傳地面分控中心，通過地面分控中心將數據融合到基于物聯網技術的綜采設備智能化管理系統，實現數據共享、遠程管理和深度利用。同時通過監控中心對采煤機、泵站、運輸機、轉載機、破碎機、皮帶進行“一鍵”啟停控制和遠程操控，實現綜采工作面通過監控中心對綜采設備進行集中自動化控制，實現對主要生產設備工況的實時在線監測，及時發現故障隱患，提高設備安全、高效運轉，最終實現安全、高效生產和綜采工作面少人化生產。