复杂结构煤层智能综采技术的研究应用

周长青 张恒春

摘 要：首先阐述了智能综采技术的实施背景，分析了智能综采技术的实施特点。以白庄煤矿9802综采工作面为例，研究了集控功能、监测功能和支撑体系建立三方面的实现过程，总结了智能综采技术的经济和社会效益，对于矿井生产自动化水平的提升及智慧化矿山建设具有重要的实践意义。

关键词：复杂结构煤层;智能综采;工作面集控中心

1 技术实施背景

白庄煤矿自1971年建井投产至今面临的问题不断增多，其根本问题在于成本不断上升，利润持续下滑，经横纵向对比分析，矿井机械化程度仍处于相对较低的水平，自动化装备投入不足是主要原因之一。基于该实际情况，复杂结构煤层无人智能综采技术的研究与应用项目于2018年初应运而生。通过外出调研、实地考察、技术论证，我集团公司从技术层面一致认为，薄煤层自动化综采装备、工艺的适用条件和使用前景符合肥矿集团实际，白庄煤矿具有与枣矿集团滨湖煤矿相似的煤层条件，同意在9800、9100、9900采区等下组煤采区实施无人智能自动化综采工艺。

2 特点分析

2.1    煤层特点

该区域煤层厚度1.0～1.5 m，平均厚度1.25 m，全部可采，可采性指数1.0，煤厚变异系数19.61%。煤层结构复杂，在煤层中上部有一层岩性为炭质粉砂岩的夹矸，厚度为0.10～0.30 m，平均厚度0.15 m;煤层普氏硬度系数f=2.0～3.0;夹石普氏硬度系数f=3.0～4.0。下距10II煤层2.25～6.85 m，平均距离4.58 m;下距五灰层28.04～44.93 m，平均距离37.6 m;下距奥灰层34.84～64.33 m，平均距离48.4 m。

2.2    实施特点

该项目针对可开采的华北型煤田下组煤的特点，以信息化、网络化、自动化、采矿工程、工程地质、地球物理等理论为指导，将多种跨学科技术（如工业控制、以太网、无线、视频、音频、通信、液压等）应用于综采工作面，可实现在工作面监控中心对综采设备进行自动化控制，确保各设备协调、连续、高效、安全运行。

3 智能化功能实现过程分析

3.1    工作面集控中心的集中控制功能

3.1.1    “一键”启停功能

2018年底，9802工作面安装使用了薄煤层智能化综采工作面成套装备。至2019年1月，工作面夹矸减少，条件转好，实现了在顺槽监控中心对综采设备的“一键”启停功能。将集成控制系统设置为“全自动化”工作模式，通过“一键”启停按键启动工作面综采设备。

启动顺序：乳化泵启动→皮带机启动→转载机启动→破碎机启动→刮板输送机启动→采煤机启动→液压支架与采煤机自动化控制程序启动→记忆割煤程序启动→牵引启动;反之顺序停机。

3.1.2    液压支架的自动化控制

工作面液压支架跟机自动化+远程人工干预的开采模式，满足了工作面中间架无需人工操作的要求。

3.1.3    采煤机的自动化控制

采煤机自动记忆截割，液压支架自动跟机拉架、推溜，三机（采煤机、液压支架、刮板运输机）远程集中控制。通过采煤机记忆功能记录工作面截割一个循环的采煤工艺及煤层曲线，实现在下个循环过程中采煤机自动按照记忆曲线和工艺割煤。

3.1.4    远程手动控制

远程手动控制面皮带机、转载机、破碎机、刮板输送机及单组支架。

3.2    工作面集控中心的监测功能

（1）工作面每3组支架安装一台面向煤壁用于监测采煤机滚筒的摄像仪;每6组支架安装一台云台摄像仪用于动态跟踪采煤机。在工作面集控中心利用全覆盖视频，集控操作工作面设备，实现远程控制功能，工作面视频通过工业以太网传输到工作面集控中心和矿調度室进行远程监控。（2）具备在工作面集控中心对采煤机、液压支架、工作面运输设备、泵站系统设备工况监测功能;综采支架设备数据集成、处理、故障诊断工况监测功能;手机APP远程监控设备状态功能。

3.3    功能支撑体系的建立

矿井编制了净化水系统操作规程，完善了相关制度。保证泵站司机能够熟练掌握净化水装置操作技能，按期进行反冲洗，职工能够熟练操作或辅助操作电液控支架，专职员工能够掌握工作面集控中心操作技能。

4 创新性分析

（1）通过自动化技术，实现调度集中控制以及在地面调度中心对综采工作面设备的监测功能。

（2）具备在地面调度中心对井下设备（采煤机、液压支架、运输机、转载机、破碎机、皮带机系统）的“一键”启停控制和远程干预操控功能。

（3）实现在顺槽控制中心对综采工作面设备的监测及集中控制功能。

（4）可调度、协调、监测对采煤机、液压支架、工作面运输、转载设备工况，并实现远程控制功能。

（5）推进煤矿工业数据化建设，工作面综采设备集数据集成、处理、故障诊断、管理等功能于一体。

（6）建设互联网大数据系统，煤炭工业使用以太网、互联网、局域网，实现数据的高速传输、分析、处理及应用科学。

5 推广应用情况

白庄煤矿9802自动化综采工作面以综采运输设备集中自动化控制为主，就地控制为辅，实现“支架跟机作业，远程监控干预”的工作面无人智能化作业模式。9802工作面在2019年3月26日推采结束，该设备已在9804工作面安装完毕进行推广应用，计划在9800采区、9100采区、7900采区具备条件的工作面应用该设备技术。我集团公司其他权属矿井在总结应用经验的前提下，正陆续推广应用该系统，鲁西南两矿已装备投用两个智能化综采（综放）工作面，应用效果良好。

6 经济和社会效益

6.1    经济效益

白庄煤矿自2018年10月开展“复杂结构煤层无人智能综采技术的研究与应用”项目以来，将工作面日产由904 t提升到1 469 t，工作面效率提升63%左右。经计算每生产1 t原煤比普通综采设备多创效33.9元。人员占用由85人次降为60人次，同比下降42%;安全方面做到无人则安，有效降低事故发生率，提高安全系数，降低安全成本，经济效益显著。

6.2    社会效益

智能综采技术通过施工工艺优化，解决了矿井生产效率低下，接续紧张的问题。工艺优化将工人从工作面解放出来，降低生产成本，提高经济效益，保障煤田安全开采，减少死亡事故，解放深部煤炭资源，为下一步生产提供了可靠、科学的生产途径。

7 存在问题及建议

（1）在智能化采煤工艺中，由于采煤机组自身长约15 m，采煤机组行走10节溜子后才能自动跟机拉架移溜，造成工作面两端头共有15组支架（溜头方向7组，溜尾方向8组）不能自动跟机。（2）工作面自动跟机拉架过程中，采煤机运行速度较快时，容易出现一组支架还未拉移到位，采煤机已经移动到下一组支架需要移动位置，自动跟机拉架程序开始执行下一组支架拉架程序的情况，造成上一组支架拉移不到位，工作面支架直线性差。（3）采煤机自动记忆截割功能需进一步优化完善，工作面地质条件发生变化时，不具备煤岩自动识别功能，必须进行人工干预。

8 结语

白庄煤矿9802综采工作面应用了智能综采技术后，实现了安全高效生产，达到了减人提效的预期目的。复杂结构煤层无人智能综采技术的研究与应用推进了煤矿工业数据化建设，实现工作面综采设备集数据集成、故障診断、管理等功能于一体，标志着煤矿行业自动化高产高效矿井建设进入了新的阶段。

[参考文献]

[1] 邓涛，王思栋，杜兆文，等.薄煤层综采远程可视化无人工作面开采技术[J].煤矿安全，2019，50（6）：91-93.

[2] 范京道.煤矿智能化开采技术创新与发展[J].煤炭科学技术，2017，45（9）：65-71.

[3] 郭峰，黄克军.无人智能化在综采工作面的研究和应用[C]//陕西省煤炭学会2016年学术年会论文集，2016：417-420.

收稿日期：2019-12-09

作者简介：周长青（1986—），男，山东平阴人，工程师，研究方向：机电运输、煤矿安全高效开采、采掘智能化研究等。