小青煤礦綜采工作面智能化技術(shù)的實(shí)踐

武智超 田子棟 趙 學(xué)

（遼寧省調(diào)兵山市鐵法能源公司，遼寧 調(diào)兵山 112700）

小青煤礦是鐵法煤業(yè)（集團(tuán)）公司主要生產(chǎn)礦井之一，于1975 年5 月1 日破土興建，設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力為120 萬(wàn)t/a。礦井采用立井多水平開(kāi)拓，第一水平采上煤組，大巷標(biāo)高為447 m；第二水平采下煤組，大巷標(biāo)高為-650 m?，F(xiàn)開(kāi)采第一水平，共有北一、西一和南二三個(gè)生產(chǎn)采區(qū)，采用集中運(yùn)輸大巷、石門的布置方式，頂板自然垮落、綜合機(jī)械化機(jī)組落煤的采煤方法，主采四、七兩層，采高在1.4～3 m之間。當(dāng)前小青煤礦為響應(yīng)集團(tuán)公司的號(hào)召，實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)高效安全開(kāi)采的生產(chǎn)目標(biāo)，進(jìn)行了煤礦井下智能化技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用研究。

1 綜采工作面智能化控制系統(tǒng)

1.1 工程概況

小青煤礦當(dāng)前主要開(kāi)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(zhì)泥巖、泥巖、粘土巖底板巖，局部相變?yōu)樯百|(zhì)泥巖互層。采煤機(jī)采高3.0 m，放頂煤高度為2.72 m。

工作面主要設(shè)備：MG50/600WD1 型交流電牽引采煤機(jī)，ZF8600/18/35D 放頂煤液壓支架，SGZ830/800 型刮板輸送機(jī)，SZZ830/315 型過(guò)道轉(zhuǎn)載機(jī)，PLN2200 輪式破碎機(jī)，DSP-1063/1000 可伸縮膠帶輸送機(jī)，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(tǒng)方案

針對(duì)小青煤礦7#煤層井下綜采面的實(shí)際情況，設(shè)計(jì)了綜采工作面智能化技術(shù)控制系統(tǒng)方案。7#煤層井下綜采面智能化控制系統(tǒng)構(gòu)架如圖1 所示。該智能化控制系統(tǒng)中，采煤及配套設(shè)備以記憶動(dòng)作為主，人工遠(yuǎn)程干預(yù)為輔，液壓支架以跟隨采煤機(jī)自動(dòng)序列動(dòng)作為主，人工遠(yuǎn)程干預(yù)為輔。綜采運(yùn)輸設(shè)備實(shí)現(xiàn)集中自動(dòng)化控制。

2 智能化技術(shù)關(guān)鍵技術(shù)分析

2.1 工作面以太網(wǎng)通信平臺(tái)的建立

建立7#煤層井下工作面以太網(wǎng)通信平臺(tái)，該通信平臺(tái)具有虛擬局域網(wǎng)、流量?jī)?yōu)先級(jí)的100 M 寬帶管理功能。良好的網(wǎng)絡(luò)通信可以保障信息動(dòng)態(tài)的時(shí)時(shí)傳遞，該通信平臺(tái)能對(duì)網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)，保障通信網(wǎng)絡(luò)的正常。該工作面智能自動(dòng)化控制網(wǎng)絡(luò)情況如圖2 所示，系統(tǒng)主要是分井上和井下兩大部分，將井下采煤工作面開(kāi)采及配套設(shè)備的信息通過(guò)光電轉(zhuǎn)換器、綜合接入器、交換機(jī)全部匯總到井上服務(wù)器上，在煤礦調(diào)度指揮中心實(shí)現(xiàn)控制。

圖1 工作面智能化控制系統(tǒng)架構(gòu)示意圖

圖2 工作面智能化控制網(wǎng)絡(luò)示意圖

2.2 工作面可視化視頻監(jiān)控

建立了可視化視頻監(jiān)控控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）視頻功能：當(dāng)液壓支架因復(fù)雜的工作環(huán)境需要進(jìn)行調(diào)整時(shí)，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化遠(yuǎn)程控制；（2）數(shù)字網(wǎng)絡(luò)高清視頻系統(tǒng)：即基于以太網(wǎng)的壓縮高清視頻應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)傳輸結(jié)合攝像儀的IP 地址的視頻系統(tǒng)。

建立了視頻系統(tǒng)智能化系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）攝像儀智能清洗功能；（2）目標(biāo)智能追蹤功能；（3）視頻全景拼接功能。

2.3 工作面配套設(shè)備分析

2.3.1 采煤機(jī)記憶割煤及遠(yuǎn)程干預(yù)控制

采煤機(jī)上設(shè)有的采高傳感器及位置傳感器，通過(guò)對(duì)采集的數(shù)據(jù)信息來(lái)進(jìn)行自主定位，并利用采煤機(jī)記憶切割功能，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的智能自動(dòng)化控制。根據(jù)7#煤層工作面的實(shí)際情況，采用了前滾筒割底煤、后滾筒割頂煤的采煤機(jī)22 象限記憶截割開(kāi)采工藝。通過(guò)提取采煤機(jī)行走數(shù)據(jù)，生成采煤機(jī)運(yùn)行軌跡、割煤刀數(shù)、割煤時(shí)間、跟機(jī)狀態(tài)等信息。同時(shí)采煤機(jī)與地面調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，在地面調(diào)度中心可以對(duì)井下采煤機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，當(dāng)井下割煤條件發(fā)生重大變化時(shí)，可以人工進(jìn)行遠(yuǎn)程干預(yù)控制。

2.3.2 液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化及遠(yuǎn)程干預(yù)控制

對(duì)采煤機(jī)及液壓支架上的紅外線發(fā)送器、紅外線接收器的信息進(jìn)行采集處理，來(lái)實(shí)現(xiàn)液壓支架全工作面跟機(jī)作業(yè)智能自動(dòng)化。根據(jù)采煤機(jī)工藝、采煤機(jī)位置，實(shí)現(xiàn)了全工作面液壓支架的智能自動(dòng)化控制，包括液壓支架的跟機(jī)噴霧、跟機(jī)移架和跟機(jī)推溜等功能，實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)載機(jī)尾自移聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)了端頭設(shè)備的智能自動(dòng)化作業(yè)。同時(shí)液壓支架與地面調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，在地面調(diào)度中心可以對(duì)井下液壓支架進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控，當(dāng)支架出現(xiàn)液壓故障、部件失靈等原因致使液壓支架動(dòng)作不到位或其他影響生產(chǎn)的現(xiàn)象發(fā)生后，可以人工進(jìn)行遠(yuǎn)程干預(yù)控制。

2.4 智能煤矸識(shí)別系統(tǒng)

基于小青煤礦7#煤層采用放頂煤開(kāi)采技術(shù)的特點(diǎn)，主要是采用人工對(duì)煤層和矸石進(jìn)行識(shí)別，自動(dòng)智能化應(yīng)用較為薄弱。為實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化放煤，應(yīng)用了智能煤矸識(shí)別系統(tǒng)，對(duì)放煤過(guò)程中的煤矸進(jìn)行感知，并提取特征信號(hào)，基于該信號(hào)數(shù)據(jù)來(lái)進(jìn)行有效判斷，以此為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程放煤控制。

3 技術(shù)創(chuàng)新分析

7#煤層工作面智能化技術(shù)的應(yīng)用，有效解決了綜采放頂煤自動(dòng)放煤環(huán)節(jié)的工藝難點(diǎn)，智能煤矸識(shí)別系統(tǒng)的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了人工智能識(shí)別煤矸混合比和自動(dòng)放煤。智能化技術(shù)減少了工作崗位，降低了勞動(dòng)強(qiáng)度，消除了安全隱患，同時(shí)降低了矸石量，為實(shí)現(xiàn)煤礦高產(chǎn)高效安全開(kāi)采奠定了基礎(chǔ)。

4 效益分析

綜采工作面智能化技術(shù)的應(yīng)用，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的效益：（1）智能化技術(shù)的應(yīng)用可大幅度減少工作崗位；（2）通過(guò)智能化系統(tǒng)的應(yīng)用，大大提高了開(kāi)采設(shè)備可靠性和穩(wěn)定性，設(shè)備故障率降低，工作效率提高；（3）實(shí)施放頂煤智能化技術(shù)，降低了矸石量，提高精煤回收率；（4）智能化技術(shù)的應(yīng)用，可以對(duì)運(yùn)行設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并對(duì)設(shè)備的故障隱患進(jìn)行預(yù)測(cè)，降低設(shè)備故障發(fā)生率。

以W2719 綜采工作面為背景，該工作面實(shí)現(xiàn)智能化技術(shù)開(kāi)采后，實(shí)踐應(yīng)用效果理想，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)安全效益。實(shí)現(xiàn)可視化智能無(wú)人開(kāi)采后，按照每班8 h 計(jì)算，對(duì)比傳統(tǒng)開(kāi)采方式，采煤作業(yè)每個(gè)循環(huán)用時(shí)從135 min 降低到65 min，每班循環(huán)從3 次提高到6 次，日產(chǎn)量從1303 t 提高到了3224 t，月產(chǎn)量從 4.13 萬(wàn) t 提高到 9.23 萬(wàn) t。W2719綜采工作面實(shí)現(xiàn)智能化技術(shù)開(kāi)采后，減少了工作面崗位工作人員達(dá)18 人，有效地提高了工作面開(kāi)采的自動(dòng)化程度，企業(yè)節(jié)約人力成本約900 萬(wàn)元。根據(jù)智能化技術(shù)的應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，每年提高設(shè)備運(yùn)行效率約10%，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益350 萬(wàn)元。預(yù)期W2719 工作面的矸石量可減少6%，提高放煤率1%，產(chǎn)生經(jīng)濟(jì)效益400 萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

以鐵法煤業(yè)公司小青煤礦7#煤層為研究對(duì)象，對(duì)其綜采工作面智能化開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行了實(shí)踐應(yīng)用研究。智能化開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用可以有效提高采煤的自動(dòng)化程度，有效提高開(kāi)采設(shè)備的工作效率和使用效率，降低設(shè)備故障發(fā)生率，減少工作崗位，為企業(yè)創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)安全效益。