高河矿智能化工作面建设探索与实践

郭志林，郭金科

(潞安环能股份公司 生产办，山西 长治 046204)

面对自动化、信息化、智能化发展的历史潮流，煤矿要实现安全高效发展，必须以高质量、高效益为核心，以安全、智能、创新为主攻方向，加快推进开采技术智能化创新，为矿井可持续发展注入强劲动力。高河矿在综采工作面单机设备自动化基础上，配套智能控制成套装备，利用工业实时以太网络通讯平台建立一套以监控中心为核心，实现以采煤机位置为坐标，对相关设备姿态进行识别，故障提前预警的就地/集中/远程三级可视化网络管理，完成整个工作面设备的协调、安全、可靠生产。

1 工作面概况

高河矿E2308智能化综采工作面为高河矿东二盘区工作面，北面为E2309工作面，南面临E2307工作面采空区，西面接+450 m水平北翼大巷，所采的3号煤层赋存于二叠系山西组地层中，为陆相湖泊型沉积，煤层倾角为1～7°，平均3°，埋深416.3～485.8 m。工作面切眼长335 m，巷道长1 255 m，可采长度655 m，煤层平均厚度6.8 m，容重为1.4 t/m3，可采储量219.5万t，工作面沿煤层走向布置，分别掘进两进一回+高抽巷，从南向北依次为进风巷道、回风巷道、高抽巷、胶带巷道，高抽巷抽采顶板裂隙瓦斯。

2 智能化建设总体方案

智能化综采工作面集控平台主要由采煤机、液压支架、乳化液泵站、刮板输送机、破碎机、转载机、胶带输送机等设备的状态监测与自动化生产运行集中控制系统、井下综采工作面巷道控制中心与地面操作平台、通讯网络系统、视频图像监控系统组成。通过相关设备的数据通讯规约及数据采集分析软件，实现综采工作面视频监控、采煤机自动化集中控制、液压支架电液控、运煤系统自动化集中控制、供电系统集中控制、远距离水处理和集中供液控制等功能。智能化工作面控制系统见图1。

图1 智能化工作面控制系统框

2.1 高河矿智能化工作面设备配套

高河矿智能化工作面设备配套见表1。

表1 高河矿智能化工作面设备配套

2.2 基于三维数字化GIS模型与惯性导航的采煤机截割规划

2.2.1 建立三维数字化GIS模型

实测出工作面三维数值，结合矿井地震波CT探测方法，探明工作面内煤层厚度变化、煤层顶底板起伏，标注明陷落柱、断层等地质异常范围及位置，建立起详细描述工作面煤层赋存情况的三维GIS数字模型。

2.2.2 惯性导航定位与截割路径规划

利用惯性导航系统对采煤机在工作面所处的三维坐标位置进行实时定位，系统自动调取GIS三维数字化模型中采煤机前进方向的煤层赋存信息，结合采煤机前后滚筒摇臂的抬高角度，精确定位采煤机正在割煤时前后两个滚筒在GIS数字模型中与煤层顶底板相互关系，用记忆截割功能记录下的截割模型对比纠错规划出采煤机行走路线及摇臂升降动作，使滚筒恰好截割工作面煤层。

2.3 基于电液控制的液压支架姿态调整与压力自动补偿功能

1) 自动决策的液压支架追踪采煤机位置及方向，显示立柱工作压力、推移行程，判断工作面煤层厚度、支架姿态和护帮板状态。依据工作面顶板压力、倾角，液压支架自动进行姿态检测，实时监测工作面矿压，保证顶梁和顶板平行，保障顶支护质量。

2) 支架具备初撑力自动连续补偿功能，通过红处线检测系统实现跟机自动化，根据采煤机运行状态等信息，将整个生产过程划分为不同阶段，单架支架可实现“降、移、升”自动控制，自动决策并控制液压支架与采煤机相互配合斜切进刀、中部跟机等动作，在两端头推溜清理浮煤，实现工作面自动连续生产。

2.4 基于故障自诊断与煤流检测的输送机软启动及智能负荷调速功能

1) 刮板输送机、转载机及破碎机启动时，控制系统首先对关键部位运行时间等参数进行记录，对关键部位寿命进行预判，自动生成可运行报告。驱动部判断是否带载启动，自动实现平滑启动。

2) ABB智能煤流控制系统采集采煤机、输送机、泵站电机电流、温度等数据，结合AI智能识别高速摄像仪配合专用激光灯实时扫描测量渡过的煤量体积大小等煤流量信息，智能分析煤量负荷，将信息传输至控制箱，控制箱根据扫描仪传递的信息进行数值计算，反过来控制采煤机、刮板输送机、转载机、巷道胶带的运行速度，实现综采配套设备的协同控制。

2.5 变频控制、自动配比的智能集成供液系统

集电机变频控制、水净化软化处理、多级过滤、乳化液浓度自动配比及泵站系统运行状态记录与上传为一体的智能集成供液系统，为综采工作面液压设备提供压力恒定、干净清洁、浓度稳定的高质量乳化液。泵站采用电控、液控双卸荷冗余系统设计，可实现自动切换、动态调节浓度配比的优点，大幅提高乳化液配比的稳定性。

2.6 可视化与远程控制的通信平台

智能化工作面基础平台由工作面的通信平台、可视频化平台和集中远程控制平台组成，实现数据智能传输的功能。在支架、刮板机机头机尾分别安装一定数量本安型摄像仪，摄像仪可根据采煤机位置进行视频自动切换。工作面视频监控系统采集到的数据通过光电转换器及综合接入器、工业以太环网传输到集控中心服务器。控制指令由操作平台发向各主机，分别控制采煤机、三机及泵站动作，实现工作面视频、语音、联络、远程控制功能。

3 结 语

高河矿智能化工作面利用物联网技术，将各个相关设备联系在一起，在监控中心对每个设备的工况数据进行采集、存储、显示、报警，将工作面视频、语音、数据三网合一，对液压支架、采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机、巷道胶带机、泵站、开关等综采设备进行远程操控，实现割煤过程自动跟踪监控，降低了煤矿工人的劳动强度，改善了煤矿开采安全条件，提高了煤矿综采自动化水平和煤矿生产效率，必将实现“装备优、用人少、效率高、效益好、安全有保障”的煤矿安全生产目标。