综采自动化技术在神东煤炭集团的应用探索

张增誉，刘混举（.神华神东煤炭集团，陕西神木 7935；.太原理工大学机械工程学院，太原 03004）

综采自动化技术在神东煤炭集团的应用探索

张增誉1，刘混举2
（1.神华神东煤炭集团，陕西神木 719315；2.太原理工大学机械工程学院，太原 030024）

随着煤矿机械化程度的提高，装备自动化程度直接影响煤炭企业的生产效率和安全水平。神东公司是我国最早引入成套综采装备的煤炭企业，综采自动化技术探索过程中先后经历了1.0，2.0，3.0时代，特别是在3.0时代，在采煤机记忆割煤+远程干预、液压支架跟机拉架、推溜、自动收打护帮板的基础上，引入了系统集成、视频拼接技术，使得综采自动化技术有了较大的提升，在中厚较薄煤层的应用中，提高了生产效率和安全系数、降低了工人劳动强度。

综采；自动化；系统集成；视频拼接

据中国煤炭工业协会统计，全国原国有重点煤矿采煤机械化程度接近90%，其中综采达到80%以上，目前全国综采成套设备达到1 200多套，综采工作面年均产量达到120多万t；全国掘进机械化程度超过80%，其中综掘达到30%。

神东煤炭集团在多年的机电管理过程中，不断地探索、创新和累积，在综采自动化技术上形成了一套体系。近年来，在中厚较薄煤层综采开采过程中，自动化技术已经趋于成熟，在提高生产效率和安全水平、降低工人劳动强度方面取得了较好的成果。

1　国内外综采自动化技术情况

1.1国外综采自动化应用情况

美国JOY公司和德国CAT、EKF公司是滚筒式采煤机自动化工作面技术的先驱。EKF公司已经实现了采煤机远程控制和记忆割煤技术。JOY公司在澳大利亚实现了采煤机智能割煤，支架应用了工作面矫直技术（舵性导航仪），自动跟机拉架，整个工作面直线度可以控制在±500 mm；在挪威应用了机载红外摄像头，支架人员接近系统，警示照明等技术。目前，澳大利亚自动化综采工作面达到了60%以上，生产中自动化技术应用率在80%以上。

1.2国内综采自动化技术应用情况

国内煤炭行业综采工作面自动化技术发展较快，已经实现了采煤机记忆割煤和支架自动跟机拉架、收放护帮板等技术，部分工作面实现了神东综采自动化3.0技术中的顺槽集中监控。

2　综采自动化技术在神东的探索历程

神东公司从90年代引进了成套综采设备，实现了全机械化开采工艺；2004年开始探索自动化开采工艺，通过引进进口自动化割煤技术，与国内相关厂家合作、消化、吸收，研发出了具有自主知识产权的综采自动化技术；神东综采自动化技术先后经历了自动化1.0、自动化2.0、自动化3.0阶段，具体如下：

自动化1.0阶段：2004年至2007年，分别在榆家梁矿、大柳塔矿、哈拉沟矿、锦界矿等共试验了7个综采自动化工作面，实现了中部采煤机记忆割煤和支架跟机自动化，应用率达到80%。

自动化2.0阶段：2008年至2014年，在榆家梁煤矿43305面实施薄煤层自动化工作面，实现了支架跟机自动化、采煤机记忆割煤、采煤机随机视频、机头远程控制采煤机等技术。在自动化1.0基础上增加了采煤机随机视频和顺槽远程操作。

自动化3.0阶段：2014年在石圪台煤矿和锦界煤矿2个综采自动化工作面，实现了顺槽集中监控采煤机、支架、三机、泵站、移变和开关等，同时实现了整个工作面视频拼接；在自动化2.0基础上增加了集中控制和视频拼接技术。目前神东正在探索自动化4.0相关技术。

3　神东自动化3.0主要技术

神东公司综采工作面自动化3.0技术在石圪台矿已在3个工作面进行了应用，目前正在31203综采工作面应用。

3.1工作面概况

3.1.1地质条件

石圪台矿31203工作面长337 m，推进长度1 865 m，平均厚度3.9 m，可采储量290万t，回采率93%，煤层上部有原天隆公司22煤房采采空区、22煤综采采空区、22403切眼外旺采区、大渠二矿小窑采空区及22煤集中煤柱。

3.1.2工作面配套设备信息

工作面配套设备信息如表1所示。

表1　工作面配套设备信息

3.1.3队伍情况

该工作面由综采一队负责回采，成立于2005年，在册正式职工46人，平均年龄33岁，大中专以上学历37人，占总人数的80.4%，是一支知识水平高、现场经验丰富的年轻化队伍。

3.2神东综采自动化3.0主要技术内容

神东经过多年探索，形成了包括集中控制、视频拼接、采煤机记忆割煤+远程干预、支架自动跟机拉架为主的综采工作面自动化3.0技术。

1）采煤机记忆割煤+远程干预。神东与青岛天信电气有限公司合作，开发了具有自主知识产权的采煤机自动化控制系统。

主要技术：记忆截割功能，采煤机司机操控采煤机全面工作面割煤，采煤机自动记录位置、牵引方向、牵引速度、摇臂角度、采煤机横向和纵向倾角等数据，并将相关参数存入控制器中，开启自动割煤程序后，采煤机将根据控制记录的轨迹自动割煤。

采煤机远程干预原理示意图见图1。当工作面采高、煤质等地质条件发生变化时，采煤机司机可以通过顺槽控制中心对采煤机进行远程干预，改变采高、牵引速度等参数，适应地质变化。

图1　采煤机远程干预原理图

2）支架跟机拉架、推溜、自动收打护帮板、支架远程控制。支架跟机自动化功能开启后，支架通过红外发射器检测采煤机位置，根据预设参数实现自动拉架、推溜、收打护帮板等。

3.3集中控制系统

综采工作面集中控制系统示意图见图2。该集控系统是利用本安型处理器、交换机、显示器、摄像仪、云台摄像仪、光电转换器等硬件设施，在Longwall mining（长壁开采）软件平台上实现了对液压支架、采煤机、刮板机、破碎机、转载机、移变、组合开关、泵站、变频器等设备运行状态的实时监控。

图2　集控系统逻辑图

目前有生产和检修两个模式，生产模式实现了所有设备一键起停，检修模式实现了单台设备起停。

1）液压支架。根据支架采集数据建立了三维矿压数据模式，系统统计选定时间段内的所有支架的压力，根据支架号、时间、压力三个维度绘制三维矿压图形，全面展示工作面顶板压力的变化。

2）采煤机。显示采煤机实时移动方向、速度、位置、左右滚筒的启停、采高和卧底高度、运行模式、主要电机参数（温度、电流、电压）、故障点等信息。

3）刮板运输机、破碎机、转载机。显示三机设备参数列表，主要包括启停状态、开机时间、开机率、电机参数（温度、电流、电压）、沿线闭锁。

4）泵站。显示泵站的启停状态、乳化液出口压力、液箱液位、乳化油油箱油位、故障信息、电机参数（温度、电流、电压）等。

5）移变和开关。显示供电总图,移变显示关联设备、合分闸状态、高低压侧的电压与电流数据、故障信息，可以进行远程整定。

组合开关显示总体信息、全部回路、远程整定。

3.4工作面视频拼接技术

图像拼接是一种利用实景图像组成全景空间的技术。

1）全工作面视频拼接。全工作面视频拼接，将整个工作面拼接成一幅图，便于操作人员实时掌握全工作面情况，指导远程操作设备。

2）自动跟机拼接。拼接图像始终跟随采煤机，画面显示采煤机、采煤机前三架、采煤机后三架支架实时情况，指导远程割煤。

3）随机拼接。可根据输入架号，随机切换到对应关注的相机位置，实现该位置的一组视频实时拼接效果。

4　结束语

神东自动化3.0首次应用了视频全景拼接的自动化集中控制生产模式，在工作面视频全景拼接、信息传输、远程集控等关键技术方面取得突破性进展，引领了行业自动化技术的发展，提高了安全保障和资源回收率。设备操作人员由跟机操作转变为跟机观察和适时干预，降低了工人劳动强度，特别是2 m以下的低采高工作面应用效果更加明显。

煤矿综采工作面自动化技术作为减少井下操作人员数量，降低工人劳动强度，提高采煤工效和安全系数的有效途径，已经成为煤炭企业发展的方向；国内外科研机构和煤炭装备制造企业都在进行相关的研究，很多技术在理论领域已经取得了突破，部分关键技术在实际中也得到了应用。神东自动化包括3.0阶段以前也主要是从技术方面进行了探索与应用，4.0阶段应该从组织保障、制度、安全、技术和人力等全方位进行探索，制定4.0标准体系，形成一套完整的技术理论体系，建成智能化工作面，达到减人增效的目的。

[1]王安.现代化亿吨矿区生产技术[M].北京：煤炭工业出版社，2005.

[2]王国法.综采自动化智能化无人化成套技术与装备发展方向[J].煤炭科学技术，2014，42（9）:30-34，39.

[3]张守祥，范红霞.综采工作面自动化监控网络[M].北京：煤炭工业出版社，2008.

[4]王小强，陈临强，梁旭.实时全自动视频拼接方法[J].计算机工程，2011，37（5）:291-293.

[5]李俸林.论系统集成项目在实施过程中的管理[J].计算机系统应用，2003（4）:6-9.

（编辑：杨鹏）

Application of Fully-mechanical Automation Technology in Shendong Coal Group

ZHANG Zengyu1，LIU Hunju2
(1.Shenhua Shendong Coal Group,Shenmu 719315,China; 2.College of Mechanical Engineering,Taiyuan University of Technology,Taiyuan 030024,China)

With the increase of the mechanization degree in mines,the automation level of equipment directly affects the production efficiency and safety of coal enterprises.As the first coal enterprise which introduced complete equipment of fully-mechanized mining,Shendong Group has experienced different times:1.0,2.0,and 3.0 in the exploring process of automatic technology.Especially in the 3.0 time,on the basis of cutting with memory and remote intervention of shearer,as well as pulling,pushing and loosing, and automatic closing flipper of hydraulic powered support with the shearer,the group introduced system integration and video stitching,which greatly improved the automatic technology of the fully-mechanized mining.In the application in medium-thick and thin seam,the technology increased production efficiency and security coefficient and reduced labor intensity.

fully-mechanized mining;automation;system integration;video stitching

TD823.97

A

1672-5050（2016）02-0011-03

10.3969/j.cnki.issn1672-5050sxmt.2016.02.004

2015-11-13

张增誉（1970-），内蒙古鄂尔多斯人，工程硕士，高级工程师，从事矿山机械设备研究。