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                第45屆等級〇獎論文---淺析煤礦綜采工作面智能鄭重化開采技術的發展及應用

                高 ?明

                (鐵煤集團小青煤礦綜采隊書記、工程師)

                【摘要】在簡述國內外自動化、智能●化綜采技術發展過程基礎上,針對我國煤礦綜采工作面生產過程復雜、地質條件復雜等特點,通過對我國現階段綜采工作面智能化發展和煤機裝備的研究,提出綜采工作面智能化生產模式總體思路“兩步走”、”三階段”,並重點介紹了綜采智能化技術在遼寧省的首次實踐鐵法能源公司小青礦的應用,介紹在實踐中的三大核心技術和四項關鍵技術、應用效果及存在的問題,通過小青礦中厚煤層智能化無人開采的成功,證明了綜采智能化開采技術是遼寧乃至東北地區煤礦井下綜采工作面無人化開采的一種行之♀有效的手段,但目前在復雜地質條件下仍存在技術瓶頸,提出了在邁向智能化2.0-3.0階段需要解決的技★術難題

                關鍵詞:綜采工作面;中厚煤層;綜采智能化技術;綜采智能化生◥產模式總思路

                近幾年來,我國各個行業發展十分迅速,同時也增強了對煤礦資源的需求量,如何實現煤礦♀智能化開采技術已經成為行業、社會重點關註的問題。對於煤礦開采技術來說,綜采智能化開采技術的應用也是保障煤礦行業長足健康發展的重要因素。

                1發展現狀

                在上世紀80-90年代時,美國、德國就開始在回采時運用智能化的采煤技術↑,且智能化的采煤技術讓歐美國家很多煤礦的日產量大大提高。我國相比歐美等發達國家,在智能化采煤技術方面落後了很多,但隨著裝備制造業和自動化技術的發展,2004年之後才開始應用智能化采煤技㊣術。現如今,我國一些較大的煤礦都已經開始投資應用智能化采煤技術,截止2018年底目前全國∞綜采智能化采煤工作面已經達到145個,其中東三省僅有2個,而遼寧省的首個智能化工作面正是小青礦的N2-407綜采智能化工作面。

                煤炭開采技術及裝備№發展迅速,綜采工作面經歷了機械化->自動化->智能化開采。

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                2綜采工作面智能化生產的總體思路

                綜采智能化生產的總體思路是“兩步走”和”三階段”戰略,“兩步走”即第一步是實現可視遠程竟然讓他感到了死亡幹預技術;第二步是實現智能自適應技術,”三階段”包括1.0可視遠程幹預階段;2.0基於透明工作面智能割煤;3.0全面自適應開采。

                2.1“兩步走”

                第一步:實現可視遠程幹預式開采技術:采用以太網實現綜采設備數據上傳,通過礦井自動化網絡,實現在監控中心對設備的遠程操控,達到工作面無人化開采的目的。操作人員在工作面運輸順槽或地面監控中心遠程遙控幹預設備智能化運行,同時在工作面外安排檢修人員和巡視人員,工作落煤區域無人操作,實現有限無人★化。

                第二步:智能自適應:攻克煤巖識別、工作面直線度控制、綜采設備姿態定位、安全感知、設備自診斷等多種技術,形成一套具有“識別—分析—決策—執行”的綜采工作面智能化控制系統,確保綜采設備自適應運行,從而實現工作面無人化開〓采。采煤機、液壓支架等設備自適應調整狀態智能化運行,就像汽車、進入自動駕駛狀態一樣。

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                2.2“三個階段”

                通過可以遠程幹預有限無人化采煤—基於透明工作面智能割煤—全智能自∞適應開采,逐步從1.0過渡到3.0完全實現無人全∞智能自適應開采。

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                3 智能化綜采技術的應用

                3.1小青礦中厚煤層智能化開采

                小青礦N2-407工作面,煤層厚度2-3.1米,配套全部國產綜采成套〓裝備ZY6800/15/35型液壓支架,MG400/940-WD型大功率電牽引采煤機,SGZ-1000/1400型刮板輸送機,SZZ-1000/525型刮板運輸機,N2-407智能化開采由三大核心技術為支撐,四項♀技術為保障。三大核心技術分別為SAM綜采自動化控制系統、SAC液壓支架電液控制系統、SAP智能集成供液系統;四項技術分別為:液壓支架︽跟機自動化技術、采煤機記憶截割技∩術、工作面視頻監控技☆術、遠程→集中控制技術。

                3.1.1SAM型綜⌒采自動化控制系統

                SAM型綜采自動化控制系統,SAM型綜采自動化控制系統分為“大腦”工作面監控中心、“神經網絡”工作面工業以太網、“眼睛”工作面視頻系統、“耳朵”工作面語音通信系統、“思想”工作面控制模 上古時候型。N2-407綜采工作面自動化控制系統將多種跨學科技術(包括工業控制、以太網、無線、視頻、音頻、通信、液壓等)綜合應用。在地面綜合監控中心對綜采設備進行自動化控制,確保各設備協調、連續、高效、安全運行,將工人從工作面解放出來,實現工作面少人化。實現在采煤生產過程中以采煤機記憶割煤為主,人工遠程幹預為輔;以液壓支架跟隨采煤機自動移架為主,人工遠程幹預為輔;以綜采運輸設⊙備集中自動化控制為主,就地控制為輔;以綜采設備智能感知為主,視頻監〓控為輔“以工作面︼自動控制為主,監控中心遠程幹預控制為輔”的自動化生產模式。建立工⌒作面內、地面綜合調度中心2層ζ 控制系統架構,完成工作面割煤、移架、推溜、運輸等流程智能化運行。

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                3.1.2 SAC型綜采自動化控制系統

                SAC型液壓支架電Ψ 液控制系統對控制支架動作功能具有針對性的完整解決方案。具有全中文顯示,作業人員通過液壓支架上人機界面參數的設置,液壓支架工況顯示:各支架壓◆力值、各支架推移行程、各↓電磁閥動作狀態、主機與工作面控制系統通信】狀態。通過安裝在采煤機和支架上的紅外接收和發射裝置實現對采煤盯著機位置方向、工作面推進度等精準定位,還會將支架推移行程值、立柱壓力、電液控制系統與工作面自∞動化控制系統通信狀態、各電磁閥動作狀態等反饋給主機電腦,實現液壓「支架的智能跟機。

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                3.1.3 SAP型綜采自動化控制系統

                SAP智能集成供液系統旨在為煤礦提供一套完整的智能化綜采工作面液壓系統供液解決方案,為智能化綜采工作面提供恒壓、配比穩定的高質量☉乳化液,其提供工況信息包括:泵站潤滑油油溫、油位、進出液壓力、液箱液位、乳化油油箱油位、乳化液濃度可以提供█傳感器故障信息等。這套系統可以保障智能化綜采工作面高ζ產、高效、節能環保、長期穩定工作。

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                3.2四項關鍵技術

                3.2.1液壓支架跟機自動化技術

                壓支架跟機自動化技術,依據傳感器傳輸的信息包括傾角、液壓支架姿態、采煤機〖運行狀態等信息,將整個生產過程劃分為不同的多個階段,自動決策並控制液壓支架中部跟機、後部跟機、端部斜切進刀、自動推移轉載機等動作,實現了工作面液壓支架自動智能化分析

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                3.2.2采煤機記憶截割技←術

                采煤機記憶截割技術,按照正常進刀參數設定包括姿態參數、滾筒高度,進行智能化分析,形成記憶割,在自動割煤過程中不斷修誤差,實現自動◣調高升降、加速和減速◣等功能。

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                3.2.3視頻監控技術

                工作面視頻↑監控技術,將人的延伸到工作面,智能化綜采工作面運輸機頭,轉載機頭、和工作面液壓支架上均安裝視頻監控攝像儀,其中液壓支架上視頻監控攝像儀分為兩種,一種是監視上幫煤壁狀態的每6架安設1臺,另一種是監視采煤機運ζ行狀態的每3架安設1臺。通過在¤工作面安裝攝像儀,實現自動追蹤采煤機,自動完成視頻轉換、視頻銜接等功能,為實現工作面遠程監控提供“身臨其境”的視覺感受,指導遠程生產。

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                3.2.3遠程∴集中控制技術

                遠程集中控制技術,在順槽列車上或地面打造一個綜合監控中心”。按下“一鍵啟停”按鈕,工作面的設備按順序依次啟動。設備數據高速上傳和控制信號實時下達,控制延時不超※過300ms;當生產過程出現偏,如工作面煤幫層位發生變化或由於※支架參數紊亂,影響工作面正常推進時,可及時進行人工遠程幹預。

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                3.3應用效果

                小青礦N2-407工作面是遼寧省首個智能化綜采工作面,成為遼寧中厚煤層復雜地質條件下智能化開采代表性工作面,采用國產成套裝↙備,配置智能化控制系統,實現了工作面“以采煤機記憶截【割+支架全工作面跟機自動化;形成1人地面綜合監控中心操作,工作面2人巡視遠程幹預為輔的常態化生產模式;作業人員由13人遞減至3人,基本實現了工作面無人操作,有人巡視,遠程幹預的有限無人化生」產模式。通過該項目的實施,可達到以下兩點效果:一是將工人從操作工變成巡檢工,由設備的自動化替代人工勞動,大大降低了㊣ 工人的勞動強度;二是將】工人從危險的工作面解放到相對安全的地面綜合監控中心,在監控中心對設█備進行遠程操控,提高了工人的安全系數。

                3.4存在問題

                a、成套裝備在各控制系統、傳感器等方面穩定性、可◎靠性有待加強,對智能化綜采工作面的開采技術支撐不夠,設備檢修ω維護量大;

                b、記憶⊙割煤只適用於煤層傾角小、地質構造簡單的工作面,對煤層傾角和地質條件變化大的工作面適應性有待加強;

                c、利用網絡技術和視頻監控將人的眼睛①延伸到工作面,但實際上開采過程中仍依賴於操作人員的經驗與主觀判斷,缺□ 乏客觀依據,而且還常常面臨觀察視角受限、光照效果不好、煤塵幹擾等諸多打擾你們云嶺峰了問題;

                d、技術型、知識型、創新型人才接續不上,難以適應智能化工作面的開采需要

                4 邁向綜采智能化2.0-3.0階段需要解決的技術難題

                ????邁向綜采智能化2.0-3.0階段,實現基於透明工作面智能割煤甚至全智能自適應開采,需要對工作面全過程進行全面地感知、系統的建立地質三維數據庫,信息集成與自適應智能化分析控制,必須建立統一綜采自動∴化智能化分析控制系統,只有解決了如何建立自動化智能分析控制後,才能夠實現實對井下工作面環境、裝備進行感知戰意數據進行智能分析,最後集成控制綜采裝備ㄨ,從而進行自適應開采,實現真正√的無人化開采,另外急需培養大量的中高端技術人才以適應技術革新。

                結束語

                ???從嚴格意義上講,智能化開采1.0只是工作面無人化開采征途中的一小步,為無人化開◣采提供了一條技術途徑。 智能化開采是復雜的系統工〇程,應綜合考慮裝備、環境、地質、采礦、技術人才等多方面因素,是多種領域技術的交叉與綜合,真正實現全智能自適開采還有很長的路要走。

                參考文獻:

                1]王國法 煤雷劫擊打到了炭智能化綜采技術創新實踐與發展展望 《中國礦業●大學2018-01-18

                2]王存飛 透明工作面的概念、架構與關鍵技術▼ 《煤炭科學技術》 2019-07-25

                3]王金華 綜采工作面智能化技術與裝備的發展《煤炭學報》2014-08-30

                4]範京道 黃陵智能化無人工作面開采系統集成設計與實踐《煤炭工程》2015-09-06

                5]吳瑞清 探析井下綜采工作面自動化控制系統的設計與〗應用 《大科技》 2018-08-02

                6]周玲玲 自動化智能開采關鍵控制技術探索與研究 《能源技術與管理》 2018-04-11

                7]趙夢遠 ?煤礦“無人化”自動開采技術的引領者《當代礦工2015-08-22?

                8田建川??少人綜采工作面自動化開采實踐《第二屆煤炭科技創新高峰論壇》2014-10-1

                9李曉剛?煤礦采掘SAM型工作面♀自動化控制集成系統解析 《資源信息與工程》2018-08- 28

                10張軍?綜采工作面智能化采煤技術分析《南方農機》 2017-05- 19

                11黃曾華?可視遠程幹預無人化】開采技術研究《煤炭科學技術》2016-04-01

                12王建宏?綜采工作面自動化設備實用性研究《機械工程與自動化》2015-09- 17?

                ?作者簡介:高明(1986年10月),工程師,2008年畢業於遼寧工程技術大學煤礦開采與技術專相關工作,現任小♀青礦綜采隊黨支部書記,聯系電話15041059599

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