智能采礦技術在胡家河礦綜放工作面的應用實踐

李森，閔孟崗(陜西彬長胡家河礦業有限公司，陜西 咸陽 713600)

0 引言

國家為提高煤礦開采效率和安全工作水平，在煤礦智能化發展方面給予了一系列優惠政策，使得全國各地不同類型、模式的煤礦紛紛引入或融入智能化、信息化技術，降低開采的危險性，保障工作人員的生命安全。本文以胡家河礦為例，分析了智能化開采技術的優勢和運用原則，介紹了綜放工作面智能開采技術在運輸、放煤、監控工作面、控制采煤機等方面的運用優勢，真正做到安全化高效生產，開采經濟效益進一步提升。

1 智能化開采技術的優勢及使用原則

1.1 優勢

智能化開采技術包含人工遠程控制技術，相關工作人員可通過遠程操作，實現動態化了解實際開采情況以及現場問題，便于及時調整作業模式，保障整體作業效果。另外，井下作業時，可借助高清攝像頭實時監控綜采作業情況，全過程監測采煤機、輸送機等設備的運行狀態，并能通過紅外線傳感器，精準跟蹤機械設備的作業位置，為開采工作創造良好條件，降低工作任務量。此外，利用直線度控制技術，綜采裝備工作面處于直線狀態，避免后期作業階段損壞輸送機等設備[1]。

1.2 原則

為了進一步提升智能化開采技術的運用效果，實際運用階段遵守相應的原則，保障各項工作有序推進，帶來更高的經濟效益。具體而言：其一，安全性。智能化開采技術運用階段，應保障所有作業人員的安全性，技術人員掌握相關設備、技術使用要點，按照規定有序工作。其二，智能化。靈活運用各種智能化設備，包含智能噴霧裝置、紅外發射器等等，不斷提高綜放工作面的產量。

2 工程概況

胡家河礦井中401110 屬于第十個綜放工作面，是401 盤區的第七個綜放工作面，屬于4 號煤層。相關人員根據以往工作經驗，參考災害治理模式，并深度分析防治水、防滅火抽采的可行性，在保障安全化生產的基礎上，將工作面設計切眼長度設置為220 m，使其成為胡家河礦設計切眼最長的工作面。此工作面采取兩巷布置方法，包括回風巷、運輸巷，充分利用周邊地理環境，合理優化回風巷外圍巷道設計，在401 盤區輔運開口施工，以此減少施工任務量。另外，綜放工作面基礎配套設備包括：采煤機、過渡液壓支架、中部液壓支架、前后部刮板輸送機、轉載機、膠帶自移機等等。

3 智能化開采系統設計

3.1 系統配置

智能化開采系統包含三層結構，其中第一層為動力供應設備、采集運輸設備、檢測及動作控制系統；第二層為集中監控層，通過以太網、總線等方式傳遞和接收信息，便于集控中心靈活控制各個分系統；第三層為井上監控層，利用網絡高效化傳輸數據信息，地面監控室通過分析數據信息了解井下作業情況。智能化開采系統包含工作面視頻系統、順槽監控中心、泵站集成控制系統、采煤機控制系統、電液控制系統等等。以采煤機控制系統為例，系統設計期間需要保障監測功能、控制功能等得以實現，其中監測功能包含：液壓支架電機漏電閉鎖自動化報警，智能化監測采煤機實際位置、作業速度、牽引方向、溫度和電流等數據。而控制功能包含：修改智能化系統的運行參數，發揮自動跟機移架、記憶截割的功能，分析記錄數據再運算。

此外，采煤機控制系統設計遵守全面化、可靠性、安全性的要求。實際設計階段，此系統具備遠程智能控制、就地操作互鎖的功能，當采用遠程控制模式時，也可就地控制，而就地控制期間不允許遠程控制，以此實現安全化操作采煤機。在智能記憶截割狀態下，人工能夠干預每項操作，一旦工作面周邊環境發生明顯變化，將造成實際數據、記憶數據差別明顯，此時需要借助人工干預的方法，合理化調整記憶截割軌跡。不僅如此，根據相關調查結果顯示，智能化開采技術運用期間仍然存在較多的問題。如：傳感器性能不穩定，由于具體生產期間采集數據需要借助傳感器，要求傳感器具有良好的穩定性和精度，但由于井下整體作業環境較差，極易出現傳感器失真等不良情況，造成數據傳輸錯誤，影響實際開采效果。針對這一特點，智能化開采系統設計期間，需要融入多傳感器融入技術，強化系統運行的冗余性能，保障傳感器穩定運行，高效化采集和傳輸數據。

3.2 系統設計

智能化開采系統設計階段，相關技術人員遵守相關設計原則，保障系統符合實際作業需求，得到有效落實。具體而言：

經濟性，保障系統性能和運行效果的基礎上，優先選擇性價比高的配件和技術，合理化節約資金，嚴格落實節約理念，實現項目建設效益最大化，并注重全過程監督管理，避免產生額外的經濟損失；

可靠性，建設期間工作人員選擇高性能高質量的產品，遵守優中選優的原則，避免后期系統運行期間頻繁出現各種各樣的問題。同時，安裝硬件階段、網絡連接、操作系統時，需要全面化展開故障檢測，多角度分析診斷報告，采取有效的處理方法，進一步提高系統運行的穩定；

開放性，在遵守國家規定和行業標準的基礎上，將通訊協議接口公開處理，提高各個系統之間的互操作能力，優化系統操作流程；

實用性，根據智能化開采系統設計目的，結合工作需求，積極借鑒國內外相關系統設計經驗，取其精華去其糟粕，選擇發展成熟的現代化技術，防止一味地追尋智能化、信息化，不考慮系統設計要求，選擇一些新興技術，導致系統設計未達到實際需求。另外，以綜采工作面為核心，了解相關用戶的實際需求，針對性設計系統功能，促使合理化運用每個功能，并具有方便維修、方便操作等特點；

整體性，智能化開采系統設計階段，考慮子系統之間的關聯性，引入一體化設計理念，不斷提高整個系統的運用質量；

安全性，系統設計期間設置抵抗計算機病毒的模塊，強化系統的抗干擾能力，降低網絡因素帶來的影響。并設置關閉電源后數據自動保存功能，根據用戶等級賦予相對應的權利，以此降低人為因素的影響；

易維護性，采取模塊化的結構設計理念，每個模塊具備自動化檢測、診斷的功能，可以根據診斷結果制定安全防護措施，有助于技術維護人員第一時間發現問題，短時間內完成維護工作；

可擴展性，系統設計階段保障整個結構便于擴充，滿足大型任務負載的運行要求，并且系統向下兼容，保護用戶信息資料的完整性[2]。

4 綜放工作面智能化開采技術應用

4.1 采煤機控制

采用綜放工作面智能化開采技術時，優化采煤機系統，具備無線、有線兩種通信方式，可以高效化向工作面集控中心傳輸數據，提高采煤機控制水平，使其處于安全穩定運行狀態。實際作業期間，主要采用人工操作自動化平臺，或者設置系統內部程序方式，遠程發送控制指令，采煤機按照指令作業，控制指令包含搖臂升降、截割控制、牽引等等，而為了保障指令順利實施，系統延時控制在200 ms 以內。同時，集中控制中心重點采集和分析采煤機的運行參數，便于及時發現異常運行數據，第一時間采取有效的保護措施。瓦斯濃度、溫度、壓力、冷卻水溫度、油箱位置、電流等等都屬于主要采集內容，只有全面化采集數據，才能實現全面化管控采煤機[3]。

在集中控制中心的監測和管理下，采煤機、泵站設備等正常運行，當控制中心下達啟動命令，采煤機展開記憶割煤作業模式，自動化采集煤礦資源。另外，自動化割煤技術融入中部進刀割煤作業流程，采煤機斜切進刀作業，刀段長度15 m、深度0.8 m。整個割煤作業包含16 個環節，并借助實時煤量監控系統，一旦發現煤量超過標準值，系統自動關閉放煤程序。移架方式為：在集中控制中心設置初始跟機命令，采煤機自動化割煤，技術人員根據采煤機慣導數據，調整運輸機，使其移動至進刀位置，當刮板輸送機處于直線狀態，推溜動作停止。

通過發揮綜放工作面智能化開采技術的優勢，實現采煤機自動化管控，降低人工成本，并構建安全化的作業環境，降低工作人員的任務量，加快生產效率。此外，設置液壓支架電液系統，采煤機自動化運行，按照設計程序移架、回采作業。

4.2 工作面監控

運用綜放工作面智能化開采技術過程中，工作面設置負荷監測平臺、煤量掃描裝置、防碰撞等設備，能夠實現全面化監控，并采取記憶截割、智能放煤、遠程集中控制的模式，有助于生產效率大幅度提升。具體操作期間，選擇四六制生產組織模式，根據具體作業地點的實際情況，靈活安排各個崗位的人員，做到人力資源合理化配置。工作面區域設置監控員、巡檢工等職位，分別負責不同的工作任務，實現多角度監控開采情況，保障作業質量。

其中遠程放煤監控員負責：通過觀看視頻、分析信息數據，掌握工作面的運行情況，全過程監測支架動作，并精準判斷當前運輸機的負荷大小，及時采取相對應的措施管控放煤口的數量。還負責啟動或關閉綜采設備，實行遠程干預采煤機的運行狀態。工作面監控人員負責：定期巡檢采煤機、液壓支架，了解設備真實運行狀況，針對性制定維護方案，延長設備的使用時間。并能在開采階段仔細觀察設備，一旦發現異常情況或潛在安全隱患，立刻切斷電源停止運行，之后與技術人員取得聯系，共同探討問題的解決方法。超前支架工作業區域為回風巷、進風巷，兩個位置分別委派一名工作人員，一個負責調整支架移動不到位，另一個負責監督和指揮操作人員[4]。

4.3 運輸與放煤

運用智能化放煤控制技術時，根據綜放工作面的實際情況，建設完整的作業方案。具體而言：

其一，精準管控支架放煤機構，包含監測位姿、防碰撞控制。在設計放煤支架時，選擇可靠性良好、精度高的尾梁行程傳感器，做到高精度管控放煤機構，并設置傾角、紅外、壓力等不同類型的傳感器，實時監測井下信息，高效化傳輸至調度指揮中心，同步保存、處理、顯示數據。為了提高支護高度監測效果，精細化控制液壓支架的姿態，需要調整放煤工作面生產作業流程，安裝新型測高傳感器，局部檢測支架的整體姿態，避免支架高度不符合要求。

其二，探測頂煤、識別煤矸技術，有助于實現智能化開采煤炭資源，保障整個開采流程的安全性，工作人員能夠掌握煤層的厚度。正常情況下，無法利用傳統方法觀察到綜放工作面的煤巖分界線，應借助雷達技術觀察，精準掌握巖層與煤層的交界位置，靈活管控采放比。根據相關調查結果顯示，巖石和煤的介電常數差異化明顯，當脈沖雷達發射特定信號后，在交界位置產生強烈的反射信號，從而精準計算煤層的厚度。雷達技術的合理化運用，相關人員根據煤層計算結果，預測放煤量，再根據放煤時間、數量等，不斷優化放煤方案。目前，探地雷達技術運用較為廣泛，搭配無線電脈沖技術，可滿足煤層厚度在3 m 左右的測量需求。此外，智能化開采系統設置運輸控制系統，包含組合開關、皮帶通訊控制器、膠帶運輸系統等，促使運輸過程具有自動化、智能化的特點。通過運用智能化采集技術，由傳統手動放煤轉變成自動化放煤，只需要委派巡視人員監控即可，降低放煤階段對人工的需求量，并避免放煤不均衡問題的出現，提高運輸效率，保障整個放煤流程穩定化開展，為相關企業帶來更大的經濟效益。

5 結語

總而言之，在時代快速發展的背景下，智能化技術高效化發展，并廣泛運用于各個領域，取得良好的使用效果，其中運用于煤礦開采行業，可以推動綜放工作面開采技術趨于智能化方向發展，降低人工需求量，加快開采效率，為相關企業帶來更高的經濟效益。以胡家河煤礦為例，在了解開采地點實際情況的基礎上，設計智能化開采系統，優化系統資源配置，主要運用于放煤、工作面監控、控制采煤機等工作，改善具體作業環境，達到減員增效的目的，在保障工人生命安全的基礎上，大幅度提高生產效率。