張家峁煤礦15211綜采工作面智能化改造實(shí)踐

田 誠(chéng)，王 恒

(西安重裝智慧礦山工程技術(shù)有限公司，陜西省西安市，710032)

0 引言

為了深入貫徹落實(shí)習(xí)近平總書(shū)記“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略，加快推進(jìn)煤炭行業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革，推動(dòng)智能化技術(shù)與煤炭產(chǎn)業(yè)融合發(fā)展，提升煤礦智能化和本質(zhì)安全水平，從根本上消除事故隱患，陜煤集團(tuán)陜北礦業(yè)張家峁煤礦(以下簡(jiǎn)稱張家峁煤礦)于2020年11月1日啟動(dòng)了礦井智能化升級(jí)改造，從建設(shè)理念、系統(tǒng)架構(gòu)、智能技術(shù)等方面進(jìn)行了積極探索與實(shí)踐，根據(jù)煤層賦存條件、煤礦類型與規(guī)模，凝練可復(fù)制的智能化建設(shè)模式，盡快實(shí)現(xiàn)“系統(tǒng)智能化、智能系統(tǒng)化”，推動(dòng)“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人、智能化無(wú)人”的落地，有效降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善和提高井下安全生產(chǎn)作業(yè)環(huán)境，為能源領(lǐng)域“新基建”奠定基礎(chǔ)[1-2]。

1 15211綜采工作面概況

張家峁煤礦15211綜采工作面基本頂為淺灰色洗粒砂巖，厚層狀，主要成分為長(zhǎng)石、石英、泥質(zhì)膠結(jié)，微波狀及水平層理，夾灰色粉砂巖薄層，厚度為20.23 m，頂板巖石飽和抗壓強(qiáng)度平均為17.9 MPa，屬較穩(wěn)定型頂板。直接底板為灰色粉砂巖，中厚層狀，以長(zhǎng)石、石英、泥質(zhì)膠結(jié)為主，并含有大量植物根部化石，微波狀及水平層理，厚度為1.25 m，底板巖石飽和抗壓強(qiáng)度平均為26.5 MPa，屬于較軟類底板(Ⅲb)。

15211綜采工作面總的構(gòu)造類型為單一走向NS向、向西北傾斜的單斜構(gòu)造，從工作面運(yùn)輸巷、切眼、回撤通道掘進(jìn)過(guò)程中及鄰近綜采工作面回采過(guò)程中僅在局部地段煤層存在寬緩起伏，屬于地質(zhì)條件較簡(jiǎn)單區(qū)類，在設(shè)計(jì)上采用“兩進(jìn)一回”布置方式，開(kāi)切眼長(zhǎng)度為297 m，推采距離為2 066 m，回采面積為613 602 m2，采用單一走向長(zhǎng)壁式采煤法、綜合機(jī)械化采煤工藝、后退式推進(jìn)以及全部垮落法管理頂板。

15211綜采工作面機(jī)頭采用4架端頭支架(型號(hào)為ZYT12000/28/63D)，機(jī)頭機(jī)尾各使用2架過(guò)渡支架(型號(hào)為ZYGD12000/28/63D)，中間支架型號(hào)為ZY12000/28/63D，采煤機(jī)型號(hào)為艾柯夫SL900，破碎機(jī)型號(hào)為PCM400,刮板輸送機(jī)型號(hào)為SGZ1250/300，轉(zhuǎn)載機(jī)型號(hào)為SZZ1550/525，運(yùn)輸巷和回風(fēng)巷均采用型號(hào)為ZYDC5150/27/47的超前支架進(jìn)行頂板支護(hù)。

2 智能化改造

2.1 控制室監(jiān)測(cè)改造

本次改造的控制室監(jiān)測(cè)部分旨在建立井下綜采工作面生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控指揮中心，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜采工作面設(shè)備采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、乳化液泵站、噴霧泵站、組合開(kāi)關(guān)等綜采設(shè)備的監(jiān)控，從而實(shí)現(xiàn)工作面集中自動(dòng)化控制。 本次改造增加的控制室監(jiān)測(cè)功能如下。

(1)采煤機(jī)工況顯示，包括牽引方向、速度、電流、牽引變頻器溫度、截割電流、電機(jī)溫度、左右滾筒高度、機(jī)身仰俯角度以及采煤機(jī)在工作面的位置等。

(2)刮板輸送機(jī)的工況顯示，包括輸送機(jī)的啟停狀態(tài)、工作電流、工作電壓等。

(3)液壓支架工況顯示，包括各支架壓力值、各支架推移行程、各電磁閥動(dòng)作狀態(tài)、煤機(jī)位置、主機(jī)與工作面控制系統(tǒng)通信狀態(tài)等。

(4)工作面設(shè)備與監(jiān)控中心各主控計(jì)算機(jī)的通信狀態(tài)顯示。

(5)工作面設(shè)備保護(hù)信息顯示，包括漏電、斷相、過(guò)載、各種故障狀態(tài)、數(shù)字信號(hào)的反饋等。

(6)工作面語(yǔ)音系統(tǒng)狀態(tài)顯示，包括電話閉鎖狀態(tài)顯示、急停狀態(tài)顯示和斷路位置顯示(斷路的具體架號(hào))。

(7)歷史故障查詢，對(duì)所有可能出現(xiàn)故障的地方進(jìn)行記錄。

(8)工作面視頻顯示，監(jiān)控中心可對(duì)視頻進(jìn)行管理、查詢、存儲(chǔ)。

改造前，15211綜采工作面設(shè)備概況均通過(guò)設(shè)備自帶操作界面進(jìn)行提供，每種設(shè)備的運(yùn)行情況及相應(yīng)參數(shù)需要在對(duì)應(yīng)設(shè)備的操作控制界面查看，同時(shí)由專人記錄并電話報(bào)告。改造后，增加的控制室監(jiān)測(cè)功能使得井下工作人員在工作面控制室內(nèi)便可對(duì)所有設(shè)備的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，同時(shí)將數(shù)據(jù)傳輸至地面調(diào)度室，地面工作人員可以實(shí)時(shí)了解15211綜采工作面的當(dāng)前狀況并進(jìn)行工作安排。經(jīng)過(guò)此次改造，大大降低了現(xiàn)場(chǎng)工作人員記錄對(duì)應(yīng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的工作量，同時(shí)地面與井下的數(shù)據(jù)同步顯示使得地面調(diào)度室對(duì)井下設(shè)備狀況及工作面當(dāng)前狀況有了更加實(shí)時(shí)充分地了解，明顯提高了工作人員對(duì)工作面的風(fēng)險(xiǎn)感知能力和設(shè)備管理效率。

2.2 控制功能改造

本次改造的控制功能主要實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)的遠(yuǎn)程控制和集中控制[3-4]。

(1)采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制。依據(jù)采煤機(jī)主機(jī)系統(tǒng)及工作面視頻，通過(guò)操作采煤機(jī)遠(yuǎn)程操作臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)的遠(yuǎn)程控制，遠(yuǎn)程控制功能包括采煤機(jī)滾筒升、降、左牽、右牽、急停等動(dòng)作，控制延時(shí)不超過(guò)500 ms。15211綜采工作面采煤機(jī)工況顯示如圖1所示。

圖1 15211綜采工作面采煤機(jī)工況顯示

(2)液壓支架遠(yuǎn)程控制。以電液控計(jì)算機(jī)主畫(huà)面和工作面視頻畫(huà)面為輔助手段，通過(guò)操作支架遠(yuǎn)程操作臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架的遠(yuǎn)程控制，遠(yuǎn)程控制功能包括液壓支架成組推溜、成組伸收護(hù)幫等動(dòng)作，并滿足成組動(dòng)作選方向要求，控制延時(shí)不超過(guò)500 ms。15211綜采工作面液壓支架工況顯示如圖2所示。

圖2 15211綜采工作面液壓支架工況顯示

(3)刮板輸送機(jī)遠(yuǎn)程控制。工作面運(yùn)輸設(shè)備控制系統(tǒng)具備數(shù)據(jù)傳輸功能，綜采自動(dòng)化與此系統(tǒng)進(jìn)行通訊，通訊協(xié)議為MODBUS RTU，接口為RS485，實(shí)現(xiàn)對(duì)刮板輸送機(jī)的單設(shè)備遠(yuǎn)程啟?？刂?，實(shí)現(xiàn)對(duì)刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)及帶式輸送機(jī)的順序遠(yuǎn)程啟?？刂?啟動(dòng)順序：帶式輸送機(jī)→破碎機(jī)→轉(zhuǎn)載機(jī)→刮板輸送機(jī)；停止順序：刮板輸送機(jī)→轉(zhuǎn)載機(jī)→破碎機(jī)→帶式輸送機(jī)),開(kāi)關(guān)狀態(tài)顯示包括各個(gè)回路運(yùn)行狀態(tài)、電流大小、電壓大小以及漏電、斷相、過(guò)載等故障狀態(tài)。

改造前，15211綜采工作面的控制方式主要是以工作人員現(xiàn)場(chǎng)操作為主，液壓支架的控制以現(xiàn)場(chǎng)支架工手動(dòng)操作支架電液控制系統(tǒng)從而完成移架、推溜等動(dòng)作，采煤機(jī)的控制以現(xiàn)場(chǎng)采煤機(jī)司機(jī)通過(guò)遙控進(jìn)行手動(dòng)控制割煤，不僅需要大量人員在工作面現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)，同時(shí)危險(xiǎn)系數(shù)較高且效率低下。改造后，工作人員配合現(xiàn)場(chǎng)的視頻系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)在工作面外組織生產(chǎn)，大大的降低了生產(chǎn)風(fēng)險(xiǎn)與人工成本，同時(shí)提高了生產(chǎn)效率。

2.3 綜采工作面視頻系統(tǒng)改造

在15211綜采工作面布置視頻系統(tǒng)，該系統(tǒng)采用4K+AI+5G網(wǎng)絡(luò)攝像儀，實(shí)現(xiàn)4K超高清視頻與5G技術(shù)相結(jié)合，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)超高清視頻監(jiān)控、遠(yuǎn)程現(xiàn)場(chǎng)實(shí)時(shí)展示等功能。在15211綜采工作面，每6個(gè)支架配備2臺(tái)4K+AI+5G網(wǎng)絡(luò)攝像儀，監(jiān)視采煤機(jī)割煤情況以及行人通道情況。其中1臺(tái)安裝于支架的頂梁并面向煤壁，用于監(jiān)視采煤機(jī)滾筒，另外1臺(tái)面向支架，用于監(jiān)視行人通道。在刮板輸送機(jī)機(jī)頭和機(jī)尾、轉(zhuǎn)載點(diǎn)、帶式輸送機(jī)機(jī)頭處各安裝1臺(tái)礦用本質(zhì)安全型攝像儀，進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控。地面錄像服務(wù)器僅對(duì)重點(diǎn)采集點(diǎn)(采煤機(jī)工作區(qū)域、監(jiān)控中心及其他相關(guān)采集點(diǎn))的視頻進(jìn)行動(dòng)態(tài)錄像，且錄像存儲(chǔ)時(shí)間不小于15 d。

改造前，15211綜采工作面由支架巡檢工進(jìn)行檢查并記錄，同時(shí)通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)的語(yǔ)音喊話設(shè)備進(jìn)行溝通與協(xié)調(diào)。改造后，增加的綜采工作面視頻系統(tǒng)將人的視覺(jué)從運(yùn)輸巷直接延伸到綜采工作面，能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控綜采工作面的實(shí)際情況，實(shí)現(xiàn)無(wú)盲區(qū)可視化生產(chǎn)，方便指揮人員對(duì)綜采工作面的指揮與協(xié)調(diào)。此外，綜采工作面視頻系統(tǒng)減輕了對(duì)支架巡檢工的依賴，在降低人工成本的同時(shí)大大增加了現(xiàn)場(chǎng)的指揮效率，實(shí)現(xiàn)工作面少人化[5-6]。

2.4 采煤機(jī)智能化改造

通過(guò)本次采煤機(jī)智能化改造，實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)位置定位、姿態(tài)定位、遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制、自動(dòng)割煤和自動(dòng)化系統(tǒng)接口配置等主要功能。其中姿態(tài)定位、采高監(jiān)測(cè)、俯仰采監(jiān)測(cè)、自動(dòng)割煤采用目前應(yīng)用較廣且相對(duì)成熟的記憶截割原理[7-9]。

(1)位置定位。采煤機(jī)位置定位就是對(duì)采煤機(jī)在工作面的相對(duì)位置進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)和分析。位置定位越精確，記憶曲線就越平滑，自動(dòng)化割煤的精度就越高。采用自主定位的方式具有斷電記憶功能，無(wú)需重復(fù)校零，定位精度可達(dá)到5 cm。

(2)姿態(tài)定位。采煤機(jī)姿態(tài)定位就是實(shí)時(shí)檢測(cè)采煤機(jī)左、右搖臂的采高量(或臥底量)，采煤機(jī)當(dāng)前所在位置的工作面傾角和俯仰采角度，以及采煤機(jī)的行走方向、速度等工作時(shí)的姿態(tài)信息。采用自主定位方式具有斷電記憶的功能，采高檢測(cè)精度為1 cm，角度檢測(cè)精度為0.1°。

(3)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)與控制。采煤機(jī)具有遠(yuǎn)程通訊功能，可在運(yùn)輸巷或地面調(diào)度室對(duì)采煤機(jī)運(yùn)行工況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并可進(jìn)行截割啟停、搖臂升降、牽引控制、記憶截割啟停、故障復(fù)位以及緊急停機(jī)等遠(yuǎn)程控制。

(4)自動(dòng)割煤。自動(dòng)割煤以采煤機(jī)記憶截割為主，即采煤機(jī)進(jìn)入學(xué)習(xí)模式，手動(dòng)操作割煤作為示范刀(或稱基準(zhǔn)刀)，控制系統(tǒng)采集、存儲(chǔ)采煤機(jī)在各個(gè)位置的行進(jìn)方向、速度、左右搖臂高度等姿態(tài)信息，之后只要工作面的條件(如采高、頂?shù)装宓?沒(méi)有大的變化，采煤機(jī)在自動(dòng)運(yùn)行模式下根據(jù)記憶的工作參數(shù)自動(dòng)割煤。當(dāng)煤層條件發(fā)生變化時(shí)，需要本地或遠(yuǎn)程人工干預(yù)。采煤機(jī)記憶截割特點(diǎn)為：一是除了工作面中部可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)割煤外，還可以實(shí)現(xiàn)兩個(gè)端頭的自動(dòng)斜切、割三角煤、清浮煤等割煤工藝；二是可以實(shí)現(xiàn)人工干預(yù)時(shí)自動(dòng)化割煤工序的有序進(jìn)行以及各個(gè)割煤動(dòng)作的自由切換；三是可以滿足不同工作面的不同割煤工藝對(duì)記憶截割軟件的個(gè)性化要求，且操作簡(jiǎn)潔。

(5)自動(dòng)化系統(tǒng)接口配置。15211綜采工作面采煤機(jī)控制系統(tǒng)主要由采煤機(jī)主機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)、遠(yuǎn)程控制臺(tái)組件、軟件系統(tǒng)四大配置組成，其中采煤機(jī)主機(jī)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)自動(dòng)化運(yùn)行過(guò)程中的采高、位置、姿態(tài)等數(shù)據(jù)，保證自動(dòng)化的正常運(yùn)行。數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)主要負(fù)責(zé)采煤機(jī)整機(jī)的基本數(shù)據(jù)和自動(dòng)化數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，采用RS485和以太網(wǎng)接口，通過(guò)動(dòng)力電纜控制芯線和光纖傳輸。遠(yuǎn)程控制臺(tái)組件主要用于實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)的遠(yuǎn)程控制和為第三方提供數(shù)據(jù)傳輸以及通訊接口的功能。軟件系統(tǒng)除了基本型采煤機(jī)包含的以外，還包含“22象限”記憶截割軟件、遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸軟件、第三方數(shù)據(jù)通訊軟件。

改造前，15211綜采工作面生產(chǎn)方式以采煤機(jī)司機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)操控為主，作業(yè)人員根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行操作，同時(shí)支架工輔以人工拉架，經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致三角煤切割不均勻、返刀頻繁、人工清煤等。改造后，增加采煤機(jī)控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化快速記憶截割自動(dòng)運(yùn)行及遠(yuǎn)程干預(yù)控制，與此同時(shí)搭配工作面視頻系統(tǒng)和支架遠(yuǎn)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)時(shí)液壓支架自動(dòng)跟隨采煤機(jī)完成降移升及自動(dòng)推溜功能，基本實(shí)現(xiàn)工作面“無(wú)人操作”。

2.5 刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)控制改造

15211工作面采用了最新研發(fā)的KTC150通訊控制系統(tǒng)，兼有原KTC150系統(tǒng)所有功能并突破了原KTC150系統(tǒng)的限制，在井下多設(shè)備控制時(shí)可作為區(qū)域主機(jī)使用，并可根據(jù)客戶需求繪制個(gè)性化的人機(jī)界面，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和可靠控制。在原有控制基礎(chǔ)上，通過(guò)主控制器豐富的輸入輸出，實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)的啟?？刂萍盃顟B(tài)檢測(cè)。

改造前，15211綜采工作面的刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)控制主要依靠自帶的控制系統(tǒng)，不包含聯(lián)鎖功能，需要工作人員在預(yù)備生產(chǎn)時(shí)單獨(dú)啟動(dòng)。為了使刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)的控制更為便捷，對(duì)刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)的控制進(jìn)行改造。改造后，系統(tǒng)通過(guò)控制器配置實(shí)現(xiàn)了集中控制(由地面或其他主控計(jì)算機(jī)對(duì)KTC150系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程邏輯控制)、就地控制(由KTC150系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)備煤流聯(lián)鎖控制)、檢修控制(由KTC150系統(tǒng)進(jìn)行單臺(tái)設(shè)備控制)、點(diǎn)動(dòng)控制等多種方式(由KTC150系統(tǒng)進(jìn)行單臺(tái)電機(jī)控制)，使得刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)的控制更為便捷，生產(chǎn)效率更高。

2.6 泵站控制改造

為了提高控制效率，針對(duì)15211綜采工作面的泵站系統(tǒng)，自動(dòng)化系統(tǒng)改造配置采用1臺(tái)主站、5臺(tái)分站、1臺(tái)網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)以及連接器組成。分站與分站之間用連接器相連，連接方式采用快插的形式，最后安裝1臺(tái)多功能終端，作為整套控制系統(tǒng)的終結(jié)點(diǎn)[10]。從主控制器引出沿線，在每1臺(tái)乳化泵處放置1臺(tái)分站控制箱，用于實(shí)現(xiàn)泵站各傳感器信號(hào)(油壓，開(kāi)關(guān)量；水壓，模擬量；油溫，開(kāi)關(guān)量)的采集，同時(shí)實(shí)現(xiàn)各泵站的就地啟停、急停及運(yùn)行狀態(tài)顯示。乳化液增壓泵和乳化液箱共用1臺(tái)分站控制箱，用于就近實(shí)現(xiàn)傳感器信號(hào)的接入及控制信號(hào)、急停信號(hào)的輸出。

改造前，泵站的控制主要由遠(yuǎn)程供液巡檢工進(jìn)行人為操作，通過(guò)工作面其他作業(yè)人員的喊話需求進(jìn)行泵站的啟停。改造后，系統(tǒng)最終達(dá)成了所有泵的集中數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)，各泵站運(yùn)行狀態(tài)圖形與動(dòng)畫(huà)顯示，泵站急停顯示，沿線電纜斷路檢測(cè)及斷路位置顯示，各泵站的啟?？刂疲谜緣毫?、溫度、液位等保護(hù)，且各泵站的啟?？刂七壿嬯P(guān)系可通過(guò)參數(shù)調(diào)整改變?，F(xiàn)在工作人員只需要在控制室便可進(jìn)行泵站的相關(guān)控制，同時(shí)也可參考其他設(shè)備的運(yùn)行情況對(duì)控制邏輯進(jìn)行更改，大大提高了控制效率。

3 綜采工作面智能規(guī)劃協(xié)同控制改造

綜采工作面協(xié)同控制主要核心技術(shù)是采煤機(jī)、液壓支架和刮板輸送機(jī)之間的協(xié)作運(yùn)行，從而安全、高效完成生產(chǎn)任務(wù)。15211綜采工作面采用采煤機(jī)自動(dòng)割煤工藝，并根據(jù)三角煤割煤工藝協(xié)同控制采煤機(jī)割煤工序和軌跡[11]，采煤機(jī)與液壓支架電液控制系統(tǒng)和刮板運(yùn)輸機(jī)根據(jù)三角煤工序智能協(xié)同控制，實(shí)現(xiàn)無(wú)人干預(yù)的全自動(dòng)控制。15211綜采工作面協(xié)同控制示意圖見(jiàn)圖3。

圖3 15211綜采工作面協(xié)同控制示意圖

改造前，15211綜采工作面不能實(shí)現(xiàn)協(xié)同控制功能與規(guī)劃功能。改造后，實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)滾筒自適應(yīng)調(diào)高、液壓支架順序控制和刮板輸送機(jī)自動(dòng)精準(zhǔn)配合、煤流負(fù)荷平衡協(xié)調(diào)控制，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了開(kāi)采過(guò)程中的自適應(yīng)煤機(jī)規(guī)劃截割功能，達(dá)到工作面各設(shè)備規(guī)劃開(kāi)采和精準(zhǔn)協(xié)同自主割煤的少人化技術(shù)提升。

4 煤流負(fù)荷平衡控制改造

綜采工作面負(fù)載平衡控制包括采煤機(jī)聯(lián)動(dòng)控制、支架聯(lián)動(dòng)控制、泵站聯(lián)動(dòng)控制、刮板輸送機(jī)聯(lián)動(dòng)控制、轉(zhuǎn)載機(jī)聯(lián)動(dòng)控制、破碎機(jī)聯(lián)動(dòng)控制、帶式輸送機(jī)聯(lián)動(dòng)控制及工作面聯(lián)動(dòng)總控制。智能化控制系統(tǒng)具備智能煤流負(fù)荷平衡控制功能，通過(guò)分析綜采設(shè)備之間的制約關(guān)系，建立了綜采設(shè)備負(fù)荷平衡控制模型，依據(jù)該模型優(yōu)化刮板輸送機(jī)的負(fù)荷以節(jié)能運(yùn)行，也可以優(yōu)化采煤機(jī)的速度以實(shí)現(xiàn)高產(chǎn)運(yùn)行[12]。15211綜采工作面負(fù)載平衡控制示意圖見(jiàn)圖4。

圖4 15211綜采工作面負(fù)載平衡控制示意圖

改造前，15211綜采工作面不具有智能煤流負(fù)荷平衡控制功能，改造后，通過(guò)接收煤量負(fù)載信息，由主控中心根據(jù)負(fù)載及自身數(shù)據(jù)分析運(yùn)算，一是實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)智能控制功能及生產(chǎn)均衡控制，根據(jù)采煤機(jī)滾筒電機(jī)、牽引電機(jī)的電流和溫度等數(shù)據(jù)、刮板輸送機(jī)電機(jī)電流溫度數(shù)據(jù)以及泵站等其他相關(guān)數(shù)據(jù)，智能分析煤流負(fù)荷，根據(jù)負(fù)荷情況調(diào)節(jié)牽引速度和轉(zhuǎn)速等；二是實(shí)現(xiàn)刮板輸送機(jī)斷鏈、斷電自動(dòng)停止割煤；三是實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)和運(yùn)輸巷帶式輸送機(jī)的聯(lián)動(dòng)控制。

5 開(kāi)采效益

張家峁煤礦15211綜采工作面實(shí)施智能化開(kāi)采技術(shù)后，礦井實(shí)現(xiàn)了以下五大目標(biāo)。

(1)實(shí)現(xiàn)了少人作業(yè)。15211綜采工作面在本次智能化改造之后，工作面生產(chǎn)班勞動(dòng)班組人數(shù)大幅度下降，與原來(lái)手動(dòng)拉架推溜對(duì)比，本次智能化改造在生產(chǎn)過(guò)程中極大地降低了支架工現(xiàn)場(chǎng)工作量和支架工的現(xiàn)場(chǎng)人數(shù)，同時(shí)采煤機(jī)在自動(dòng)化割煤程序的應(yīng)用下，也大大減少了采煤機(jī)操作工人的工作量，控制臺(tái)的全方位遠(yuǎn)程控制方便了檢修班組與生產(chǎn)班組開(kāi)啟各類設(shè)備，與此同時(shí)工作面的全方位視頻覆蓋也大大增加了井上工作人員對(duì)井下情況的觀察和操作，進(jìn)一步降低井下工作人員數(shù)量。本次改造使得采煤工作面生產(chǎn)班人數(shù)由原18～22人/班減少到8～12人/班。

(2)提高了生產(chǎn)效率。經(jīng)過(guò)此次改造，張家峁15211綜采工作面實(shí)現(xiàn)了工作面數(shù)字化和自動(dòng)化開(kāi)采，改造后工作面回采效率由原來(lái)11～13刀/d提高至13～15刀/d，回采工效提高20%～30%。

(3)實(shí)現(xiàn)了設(shè)備集中控制。通過(guò)“傳感、視頻、虛擬現(xiàn)實(shí)”的控制模式，實(shí)現(xiàn)了工作面所有生產(chǎn)設(shè)備集中控制+人工干預(yù)的協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)控制；同時(shí)實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)記憶割煤，液壓支架、刮板輸送機(jī)自動(dòng)跟機(jī)作業(yè)，地面、井下“一鍵啟停”等功能，使采面設(shè)備的啟停、檢修工作效率提高了30%。

(4)實(shí)現(xiàn)了井上隨時(shí)查看井下設(shè)備狀態(tài)。本次智能化改造對(duì)井下設(shè)備的問(wèn)題做到“早知、早覺(jué)、早處理”，大大提高了生產(chǎn)的安全性與危險(xiǎn)的預(yù)警性。同時(shí)建立了井下綜采工作面生產(chǎn)調(diào)度監(jiān)控指揮中心，實(shí)現(xiàn)工作面集中自動(dòng)化控制，降低了工作面的管理難度與生產(chǎn)工作的指揮難度。

(5)提高了對(duì)工作面開(kāi)采的預(yù)判性。本次智能化改造包含礦壓分析周期來(lái)壓預(yù)警、規(guī)劃開(kāi)采等系統(tǒng)，便于綜采隊(duì)及時(shí)根據(jù)情況更改采煤工藝、人員安排等開(kāi)采計(jì)劃，使后續(xù)生產(chǎn)效率提高25%。

6 結(jié)語(yǔ)

本次張家峁煤礦15211綜采工作面智能化開(kāi)采技術(shù)的順利實(shí)施和智能化裝備的成功運(yùn)用，標(biāo)志著智能化開(kāi)采工藝在安全、高產(chǎn)、高效等多方面取得了顯著成效，響應(yīng)了陜煤集團(tuán)“全面推進(jìn)兩化融合、建設(shè)智慧礦井”的號(hào)召，同時(shí)也提高了張家峁煤礦自身的效益。