智能化工作面在長(zhǎng)平公司的建設(shè)與應(yīng)用

倪化良

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)長(zhǎng)平煤業(yè)有限責(zé)任公司，山西 晉城 048000）

1 5302 智能化工作面簡(jiǎn)介

1.1 SAM 智能化控制系統(tǒng)

SAM 智能化控制系統(tǒng)是5302 綜采工作面智能化控制系統(tǒng)的核心組成部分[1-6]，包括五個(gè)方面，如圖1 所示。其中工作面監(jiān)控中心組成控制系統(tǒng)的“大腦”，工業(yè)以太網(wǎng)構(gòu)成“神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)”，工作面視頻系統(tǒng)具備“眼睛”功能，語(yǔ)音通信系統(tǒng)具備“耳朵”功能，工作面控制模塊是思想的執(zhí)行者。

圖1 SAM 智能化控制系統(tǒng)組成

1.2 5302 智能化工作面設(shè)備配置

5302 智能化工作面設(shè)備配置見表1。

表1 5302 智能化工作面設(shè)備配置

2 5302 智能化重型放頂煤工作面功能

5302 智能化重型放頂煤工作面作為長(zhǎng)平礦的首個(gè)智能化采煤工作面，該智能化工作面選用國(guó)內(nèi)一流智能化綜采裝備，設(shè)置了感知記憶能力、學(xué)習(xí)決策能力，該系統(tǒng)以自動(dòng)化控制為核心、以可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控為主要手段，采取慣性導(dǎo)航、記憶截割、自動(dòng)跟機(jī)、遠(yuǎn)程干預(yù)控制技術(shù)。相對(duì)于傳統(tǒng)的放頂煤工作面，5302 智能化重型放頂煤具備以下優(yōu)勢(shì)：

2.1 工作面直線度控制

LSAC 慣性導(dǎo)航技術(shù)，在采煤機(jī)上安裝基于專用慣性陀螺儀的采煤機(jī)位置測(cè)量系統(tǒng)，通過(guò)確定采煤機(jī)位置，精確計(jì)算液壓支架推移量并與液壓支架電液控制系統(tǒng)協(xié)同配合，確保了工作面刮板輸送機(jī)處于直線狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)閉環(huán)的工作面直線度控制，杜絕出現(xiàn)工溜前后竄的情況，保障工作面的安全性和生產(chǎn)效率。

2.2 采煤機(jī)智能截割

智能記憶截割采用自由曲線記憶截割方式，按照示范刀（圖2）所記錄的割煤工作參數(shù)和割煤軌跡進(jìn)行智能化運(yùn)算并自動(dòng)形成截割記憶模板，通過(guò)智能化計(jì)算達(dá)到自動(dòng)調(diào)整割煤參數(shù)的目的，按照實(shí)際學(xué)習(xí)的采煤工藝實(shí)現(xiàn)自動(dòng)截割運(yùn)行。

圖2 智能記憶截割示意圖

2.3 遠(yuǎn)程通信功能

實(shí)現(xiàn)地面分控中心和井下順槽集控中心對(duì)綜采工作面采煤機(jī)、液壓支架、運(yùn)輸設(shè)備（工作溜、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、帶式輸送機(jī)）、供液設(shè)備（包括乳化液泵供液系統(tǒng)及相關(guān)電氣開關(guān)、電磁閥等）、供電設(shè)備（移動(dòng)變電站、組合開關(guān)、變頻器等）的運(yùn)行工況監(jiān)測(cè)、遠(yuǎn)程控制和自動(dòng)化控制。

2.4 可視遠(yuǎn)程干預(yù)功能

5302 工作面生產(chǎn)期間設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)良好，實(shí)現(xiàn)了以采煤機(jī)記憶割煤、液壓支架跟隨采煤機(jī)自動(dòng)動(dòng)作、運(yùn)輸設(shè)備集中自動(dòng)化控制、設(shè)備數(shù)據(jù)自動(dòng)監(jiān)測(cè)為主，人工遠(yuǎn)程干預(yù)為輔的自動(dòng)化采煤模式。正常生產(chǎn)期間，工作面皮帶輸送機(jī)1 人，泵站1 人，三機(jī)1 人，機(jī)組割煤1 人，拉架作業(yè)1 人，放煤作業(yè)1 人，電纜看護(hù)1 人，清煤1 人（此8 人均為設(shè)備巡查），端頭維護(hù)2 人，集控中心監(jiān)護(hù)1 人，工作面11 人可滿足正?；夭勺鳂I(yè)要求。實(shí)現(xiàn)“少人跟機(jī)作業(yè)、有人安全巡視”的安全高效開采模式。

2.5 系統(tǒng)安全功能

“心跳”功能：當(dāng)操作臺(tái)檢修時(shí)，將自動(dòng)化集成控制系統(tǒng)設(shè)為“閉鎖”模式，防止人為誤操作。

人員識(shí)別具有主動(dòng)防護(hù)功能：保證人員所在支架不能被操控。人員識(shí)別器在工作面的位置信息可在集控主機(jī)上顯示。

互鎖功能：具備就地操作、遠(yuǎn)程分機(jī)控制、遠(yuǎn)程集成自動(dòng)化控制模式。在遠(yuǎn)端分機(jī)自動(dòng)控制模式下，不允許遠(yuǎn)端集成自動(dòng)控制；遠(yuǎn)端分機(jī)、集成自動(dòng)化控制模式下均允許就地控制，保證采煤機(jī)操作安全性。

采煤機(jī)保護(hù)鎖：通信檢測(cè)及校驗(yàn)，通信失敗或者校驗(yàn)出錯(cuò)，采煤機(jī)鎖定，不允許啟動(dòng)和操作（就地模式除外）。

3 應(yīng)用過(guò)程存在的問題及解決措施

3.1 兩端頭附屬工作量大、耗時(shí)長(zhǎng)

采煤機(jī)每次過(guò)機(jī)頭（移兩次機(jī)頭）需停機(jī)約40min，條件復(fù)雜時(shí)停機(jī)時(shí)間更長(zhǎng)，需開展端頭回柱、上網(wǎng)及鋼絲繩、剪網(wǎng)、穿工字鋼、拉轉(zhuǎn)載機(jī)等工作。解決措施：使用柔性網(wǎng)代替金屬網(wǎng)維護(hù)兩端頭，減少掛網(wǎng)時(shí)間；端頭架增加回柱千斤，提高回柱效率；改進(jìn)端頭架的尾部掩護(hù)梁結(jié)構(gòu)，通過(guò)加大掩護(hù)梁立柱直徑、適當(dāng)后延頂梁長(zhǎng)度等措施，盡可能縮小端頭架切頂線與排頭架切頂線之間的距離，從而縮小三角區(qū)懸頂面積，逐步取消排頭1 號(hào)架后方打木垛的工序。

3.2 采煤機(jī)裝煤效果差

1）采煤機(jī)割煤后，機(jī)道浮煤較多，尤其是在工作面機(jī)頭、機(jī)尾，為最大限度地將兩端浮煤裝入刮板輸送機(jī)，減少兩端頭溜子上漂程度，采煤機(jī)每次過(guò)機(jī)頭或機(jī)尾時(shí)需往返3～5 次裝煤，浪費(fèi)割煤時(shí)間5～10min；

2）工作面中間區(qū)域，采煤機(jī)割煤后，機(jī)道浮煤基本在1 m 左右，影響刮板輸送機(jī)正常推移速度；

3）機(jī)頭、機(jī)尾刮板輸送機(jī)下方浮煤多，必要時(shí)還需在機(jī)頭、機(jī)尾過(guò)程中使用單體柱壓溜，防止溜子上漂。

4）針對(duì)采煤機(jī)裝煤效果一般，采取采煤機(jī)滾筒結(jié)構(gòu)、刮板輸送機(jī)與采煤機(jī)相對(duì)位置關(guān)系及尺寸配套等方面進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化重型放頂煤工作面支護(hù)設(shè)備設(shè)計(jì)，提高生產(chǎn)效率。

3.3 工作面瓦斯涌出不均衡，割煤放煤粉塵大，影響割煤速度

1）采煤機(jī)割煤至機(jī)尾附近，由于接近上隅角，受到工作面瓦斯涌出不均衡、粉塵大等因素制約，為保證均衡穩(wěn)定生產(chǎn)，現(xiàn)場(chǎng)采用放慢采煤機(jī)牽引速度及降低后溜放煤頻率等措施，這在一定程度上制約了生產(chǎn)效率。

2）割煤過(guò)程，粉塵大，可視度低，影響割煤速度。一是由于前滾筒司機(jī)在割煤時(shí)需負(fù)責(zé)收支架護(hù)幫板，不宜過(guò)快；二是由于不能準(zhǔn)確辨識(shí)工作面煤層走勢(shì)，精準(zhǔn)對(duì)機(jī)組進(jìn)行操作，達(dá)到“頂、底板平直”等工程質(zhì)量要求，需要放緩采煤機(jī)牽引速度。

4 5302 智能化重型放頂煤工作面改進(jìn)方向

5302 智能化工作面經(jīng)地面安裝調(diào)試、井下工作面安裝、初采試驗(yàn)、六大功能調(diào)試、應(yīng)用推廣等幾個(gè)階段。已基本掌握了智能化設(shè)備的操作應(yīng)用，但實(shí)際應(yīng)用過(guò)程還是暴露出較多問題，結(jié)合各崗位實(shí)際，進(jìn)一步完善六大功能系統(tǒng)，逐步發(fā)揮系統(tǒng)實(shí)際優(yōu)勢(shì)。

4.1 完善集控中心一鍵啟停所需相關(guān)數(shù)據(jù)

智能化工作面的最大亮點(diǎn)就是集中控制?，F(xiàn)階段由于天瑪集控臺(tái)軟件問題，前后溜電機(jī)電流顯示不穩(wěn)定且數(shù)據(jù)有誤，皮帶電機(jī)電流顯示無(wú)數(shù)據(jù)，破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)均無(wú)電流顯示，所以下一步應(yīng)該考慮如何完善以上設(shè)備的電流數(shù)據(jù)使其集中顯示。

4.2 完善自動(dòng)跟機(jī)相關(guān)程序

5302 自動(dòng)跟機(jī)可以在很大程度上提高拉架效率，并且可以減輕人員勞動(dòng)強(qiáng)度。實(shí)際跟機(jī)試驗(yàn)過(guò)程發(fā)現(xiàn)插板打不到位、支架跳架拉架、護(hù)幫板自動(dòng)伸收等問題。針對(duì)此類情況，應(yīng)班班匯總，定期總結(jié)分析數(shù)據(jù)，根據(jù)割煤實(shí)際情況會(huì)同自動(dòng)跟機(jī)情況，進(jìn)一步完善電液控程序。

4.3 完善制定LASC 自動(dòng)找直的合理計(jì)劃

調(diào)整工作面直線度是所有綜采工作面工程質(zhì)量的重點(diǎn)工作。LASC 技術(shù)可在一定時(shí)間內(nèi)通過(guò)分析數(shù)據(jù)逐漸調(diào)整工作面直線度，但是這需要一段較長(zhǎng)時(shí)間的過(guò)程，同時(shí)需要電液控程序上的配合，由于長(zhǎng)平地質(zhì)條件復(fù)雜，頂板破碎，支架工人為干預(yù)較多，人為因素對(duì)曲線的執(zhí)行程度影響較大大，導(dǎo)致自動(dòng)找直的執(zhí)行不徹底、不準(zhǔn)確，不能完全印證自動(dòng)找直功能。所以，直線度調(diào)直工作需在有計(jì)劃的基礎(chǔ)上，每日觀察分析LASC 直線度數(shù)據(jù)，前期依照數(shù)據(jù)進(jìn)行人工找直，待工作面彎曲度不大時(shí)，打開電液控的自動(dòng)找直功能，在前期人工找直的基礎(chǔ)上通過(guò)電液控進(jìn)行微調(diào)，最終逐步實(shí)現(xiàn)工作面調(diào)直。

5 智能化工作面發(fā)展趨勢(shì)

長(zhǎng)平公司5302 工作面配套選用智能化綜采裝備，配備了具有感知記憶能力、學(xué)習(xí)決策能力的自動(dòng)化綜采設(shè)備，實(shí)踐應(yīng)用了“有人巡視、無(wú)人操作”的智能化采煤模式。通過(guò)自動(dòng)化控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采煤設(shè)備的遠(yuǎn)程操控，將工人從危險(xiǎn)的工作面采場(chǎng)轉(zhuǎn)移到順槽監(jiān)控中心或地面，實(shí)現(xiàn)采煤工作的標(biāo)準(zhǔn)化安全。