霍尔辛赫矿智能化工作面方案的分析与应用

暴 晶

（山西霍尔辛赫煤业有限责任公司，山西 长治 046600）

1 工程概况

霍尔辛赫煤矿位于山西长子县，设计生产能力为400万t/年。该煤矿计划在3105工作面安装智能工作面，3105工作面平均煤厚为5.6 m，倾角为0°～8°53′。工作面净长度280 m。工作面采用三巷布置方式，两进一回，进风顺槽沿空留巷，形成Y形通风方式。该工作面采用一次性采全高工艺；工作面采高为6 m；设备列车距离工作面70 m；目前工作面未揭露断层；工作面无顶板破碎、底板鼓起的情况。

3105智能工作面项目通过构建由一个核心控制系统、一个平台、九大子系统组成的智能化控制系统，实现对工作面液压支架、采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机、皮带运输机、乳化液泵站、电力负荷系统的协调联动控制，完成综采工作面生产过程自动化控制功能[1]。地面分控中心的操作画面与监控数据实时同步，及时接收井下传上来的数据。井上监控人员根据实际需求也可将所要下发命令及时传送到综采工作面集中控制系统中，由综采面集中控制系统判断其所作动作，下发具体指令给电液控支架、采煤机、刮板运输机、皮带运输机、泵站等设备做出联锁动作。地面分控中心可将工作面控制系统关键数据通过手机APP的方式发布到手机上，实现手机查看自动化工作面数据。

2 智能化综采工作面方案的设计

2.1 设计目标

通过整体配套适用于综采工作面自动化的集中控制系统成套装备，实现对综采工作面综采设备可靠、实时的监测和自动控制，将煤矿的采煤工作方式革新为计算机集中监测控制结合机械化的自动化采煤工作方式，为煤矿高效、安全、绿色开采提供科技和安全基础，达到综采工作面自动化采煤的目标，最终实现“远程自动化采煤，就地巡视手动干预”的目标[2]。

通过购买一套综采工作面全自动化生产技术装备，设备主要包括采煤机、液压支架、泵站、刮板输送机、破碎机、转载机、皮带输送机、负荷中心等设备的工作状态智能化监测与生产运行自动化集中控制，与工业电视监控技术无缝结合，实现上述设备的就地手动/自动操作、顺槽视频化集中控制与远程网络化监控，并结合现场煤层地质条件，完成全自动化减人综采工作面装备的设计、制造、安装和井下工业试验，实现综采工作面设备的少人化操控[3-4]。将工作面所有关键设备信息在井下集中控制并传输到地面调度中心，实现地面远程网络化控制，智能化工作面系统方案构建网络图如图1所示。

图1 智能化工作面系统方案构建网络图

2.2 智能化系统架构及主要组成

该智能化工作面系统主要通过在工作面建立一个核心控制系统、九个系统组成部分，如下页图2所示。

图2 智能化工作面系统构架图

该系统的主要组成部分有：综采工作面以太网部分；综采工作面视频监视部分；综采工作面顺槽皮带接入部分；综采工作面皮带机尾、转载机自移系统、泵站、供电系统接入管控部分；综采工作面地面监控部分；采煤机、液压支架液压支架联动控制部分；运输系统联动控制部分；工作面照明部分。

该系统主要工作内容有：采煤机顺槽可视化控制；液压支架电液控制、自动跟机控制；液压支架、采煤机、运输设备联动控制；刮板输送机、转载机、破碎机和皮带运输机自动控制；供配电系统集中管控和泵站远程控制；通过配套视频监控系统，实现工作面可视化管理；建设工作面高速、稳定、可靠的通讯网络；工作面设备与采煤工艺相结合整体联动协调控制；工作面设备数据监测、故障报警、故障保护，工作面环境数据监测、报警、设备联动控制；巡检人员精确定位，设备及采煤工艺联锁控制[5-6]。

2.3 系统功能分析

1）集中监测与控制功能。可实现地面调度中心“一键”启停综采工作面设备功能，并能够监控综采工作面设备运行状况。

2）建立工作面顺槽集控中心，实现在顺槽集控中心对工作面设备的集中控制、管理、监控功能。

3）具有工作面工业以太网，实现对工作面数据的高速传输；具有工作面视频系统，对主要综采设备进行实时监控。

4）具有在集控中心对采煤机、液压支架、运输设备、泵站系统进行远程控制功能，可对综采设备数据集成、处理、诊断和管理。

5）有井上下数据传输功能，能够将工作面设备（采煤机、刮板输送机、转载破碎机、乳化液泵站、语音通讯系统、组合开关等设备）数据上传到地面调度中心，并采用标准OPC协议将数据发布，方便接入到矿井自动化系统。

3 效益分析

霍尔辛赫煤矿3105智能化工作面开采技术的应用，可为企业创造较好的安全经济效益，主要表现为：该智能化工作面的应用实现了自动化开采，将整个综采工作面的操作人员减少至5人，最终实现减员提效，实现安全、高效生产；通过智能化系统的应用，大大提高了开采设备可靠性和稳定性，设备故障率降低，工作效率提高；当前顺槽集控中心操作人员只需要1人，采煤机巡检人员只需要1人，顺槽运输系统巡检员只需要1人，工作面机头巡检员只需要1人，工作面机尾巡检员只需要1人，减少了工作岗位，节约了人力成本；智能化技术的应用，可以对运行设备进行实时监测，并对设备的故障隐患进行预测，提高了故障及事故响应和处理速度。山煤集团霍尔辛赫煤矿3105工作面智能化技术的应用，可为集团其他矿井建设智能综采工作面提供经验与实践资料。