综采智能化工作面开采关键技术研究

樊亚辉

（郑州煤炭工业（集团）有限责任公司，河南 郑州452371）

进入深部开采已经成为了必然趋势，在深部开采过程中，对于各项开采技术提出了更高的要求，传统的开采工艺和方式在很多方面已经表现出较强的不适应性，而通过当前部分矿井使用的智能化工作面开采技术来看，整体取得了较好的开采效果。因此，对综采智能化工作面开采关键技术进行分析有着较为关键的作用。

1 综采智能化工作面开采关键技术特征

首先，液压支架智能化控制，形成移架状态自动决策控制、超前压力预报、耦合系统监控、记忆时序控制、喷雾降尘自动化等。其次，智能化控制采煤机，主要表现为采煤机位置精准定位、自动规划运行轨迹、滚筒高度自动化调节、自动化防碰撞、故障事故自动化诊断等，同时，根据工作面的具体产量，运输机的工作负载、工作面地质环境等方面的因素，实现对综采智能化工作面的全面智能化控制。最后，工作运输设备实现负载、启动及运行状态的智能化监控，机尾可达到自动张紧的效果，各种类型的运行参数均可实现自动化控制。

2 薄煤层综采智能化工作面开采关键技术要点

在薄煤层使用综采智能化技术时，应当以各综采设备、采煤工艺之间的逻辑关系作为根本，将采煤机可视化远程监控、液压支架自动跟机移架、采煤机记忆截隔等作为基础条件，设定自动化控制系统，系统主要包含有层级控制、感知控制等，构建多层次控制系统构架，主要包含有地面综合调度中心、工作面巷道集中控制中心、工作面内集中控制中心等，开采远程操控平台，形成薄煤层综采各环节流程的智能化控制。具体关键技术要点如下：

2.1 液压支架跟机自动化控制。将红外线接受与发射装置安装在工作面支架、采煤机上，达到采煤机定位、支架液压等智能化控制，同时，转载机实现自动化推进、端头对浮煤进行自动化清理，推动薄煤层工作面实现自动连续生产的效果。

2.2 远程干预采煤机及记忆割煤。以示范刀上所记录的滚筒运行高度轨迹、滚筒姿态参数、工作面参数等作为基础，开展智能化运算，构建成记忆截隔模板的方式，在自动化截隔过程中对误差进行不断修正，实现采煤机加减速、调高及卧底的自动化控制，井下技术人员可在回采巷道位置对采煤机实现远程干预。

2.3 煤流系统设备自动化控制。首先，刮板运输机顺序启停。通过集成控制转载机、破碎机、刮板运输机等，对整个运输系统实现集中控制，按照具体的设定要求开展顺序启停，达到顺煤流的情况下停止、逆煤流的情况下启动的要求。其次，构建煤流平衡系统，将煤流系统负载作为基本的依据，形成采煤运输机系统电机电流信号为基础，开采设定出运输机、支架及采煤机智能化决策联动、动态分析控制软件，实现对煤流系统的有效平衡，防止出现采煤量过大超过运输机运载能力等问题。

2.4 超前支护及巷道设备远程遥控。以端头支架作为基础，构建出邻架控制命令，启动转载机控制器，准备阶段操作有效控制，控制器发出声光报警，在端头支架完成转载机控制器执行、推溜等操作，实现转载机自动移动的功能。将超前支架电液控制系统作为根本，形成实现超前支护的远程操控，达到快速移架的效果。

2.5 泵站系统远程控制。以网络传输技术、系统平台等作为基础，形成智能化供液控制系统，推动实现根据需求进行液压的控制和一体化联动控制，电磁卸荷、智能变频联动控制，特别是将薄煤层工作面存在的变流量恒压供液的难题较好解决，构建出多级过滤体系，形成清洁度较高的供液保障机制，保证工作面液压系统实现高质量的用液安全性。

2.6 构建出无盲区视频系统。在运输机机尾、采煤机、转载机机头、远程配液点及设备列车等位置，安装矿用高清云摄像头，按照两组支架配备一个摄像仪的方式，在支架顶梁上安装到位，实现对采煤机的智能化跟踪，采煤机在割煤过程中，可实现视频拼接、跟机推送等智能化，工作人员可通过视频实现指挥操控的“身临其境”的效果。

3 大采高综采智能化工作面开采关键技术要点

3.1 围岩和液压支架耦合控制。在深部支护的过程中，大量实践表明，传统的支护方式在很多方面已经表现出较强的不适应性，全面注重支护方式的耦合程度是必然，特别是在大采高开采过程中，智能化开采技术在进行支护时，应当充分考虑开采技术的耦合程度。以深部巷道耦合支护技术为基础，设定出超高煤壁稳定性控制方法与参数设定方法，形成大采高液压支架结构，将感知系统反馈得到的信息作为基础，形成三级联动护帮智能化控制、防倾斜控制、初撑力自动补偿、千斤顶自动化调节等，实现自动序列化操作、围岩耦合控制等，较好提升大采高综采开采过程中各个系统对地质条件的适应性，全面增强系统整体稳定性，推动围岩稳定性与液压支架稳定性的相互耦合。

3.2 工作面端头大梯度过度配套技术。针对大采高工作面开采实际情况，设计“大梯度+小台阶”短缓过度配套方式，见图1 所示。选择使用这种方式，可实现上下两个端头、工作面中部等直接过度，对设备参数、采煤工艺等进行优化，对控制逻辑进行简化，推动煤炭综采智能化成套化发展。

3.3 大采高主动感知防碰撞技术。将防碰撞系统安装到大采高采煤机上，借助雷达探测装置，推动实现采煤机控制系统将视听警报信号的率先发出，形成大采高综采的安全控制的主动化。

“大梯度+小台阶”短缓过度配套方式

3.4 大运量智能刮板运输机。随着开采高度的增加，综采工作面切割煤炭资源的数量也在增加，对于运输机的运输能力等方面提出了更高的要求，因此，在大采高综采的过程中，选择使用大运量智能刮板运输机的方式，可较好提升开采的实效。这种大运量智能刮板运输机具有多机双向协调、分级调速等功能，将激光扫描煤量自动监测装置，在出现了断链或者松链事故之后，系统可实现自动化保护的效果，同时，借助使用“工作参数- 时间”等为基础的状态数据库，可形成设备维护系统、专家诊断系统的智能化。

3.5 工作面智能化控制系统集成配套。将运输机、支架及采煤机等作为基础，形成单机自动化控制系统，借助工业以太网形成单机设备信息智能化上传，在地面调度中心、两巷道顺槽监控中心等对工作面设备进行远程控制，实现地面一键启停控制，选择使用这种系统集成配套的方式，工作面自动化生产提升明显，也在很大程度上降低了工作面一线操控工作的工作量。

4 综采智能化工作面开采过程中常见问题及对策

首先，在综采智能化开采过程中出现了工作面矿压增加的问题，同时对于支护强度及各种类型的安全阀的要求相对较高，同时，工作面网络数据应当及时进行反馈与传输。针对这种问题将千兆以太网传输技术应用到其中，满足各种类型的大数据传输需求。全面强化对各种类型支护的强化，确保能够提供出足够的支撑压力。其次，考虑到综采智能化对技术人员总体水平要求较高的实际，全面增加对技术人员的培训，打造出一支过硬的操控技术队伍，对于综采智能化工作面高质高效的开展工作是非常关键的。

5 结论

综合智能化开采是当前煤矿井下优先选择的开采方式，符合国家和省有关部门煤矿减人提效及信息化、智能化建设改造工作进行总体部署，在综采过程中，解决了薄煤层、大采高综采智能化技术问题，同时减少了下井人员，提高了安全保障水平，整个综采工作必然相对于先前有较大的提升，但是从当前综采智能化情况来看，在一些方面仍旧存在着明显的短板和弱项，主要是智能化设备的全面推广应用受制于现场装备水平，安装的设备种类繁杂，设备更新改造工作量大，不同厂家设备匹配困难；智能化工作开展受制于维护和管理人员的业务技术素质，技术人才培养储备难度较大，特别是基层单位智能化控制系统运维专业技术人员偏少等问题。因此，下一步急需煤矿企业全面认识到综采智能化开采的必然性与重要性，充分结合本矿井地质情况、综采智能化开采技术、人员配备等多个方面，采取针对性的措施，全面提升综采智能化技术开采水平。