智能化工作面在长平公司的建设与应用

倪化良

（晋能控股煤业集团长平煤业有限责任公司，山西 晋城 048000）

1 5302 智能化工作面简介

1.1 SAM 智能化控制系统

SAM 智能化控制系统是5302 综采工作面智能化控制系统的核心组成部分[1-6]，包括五个方面，如图1 所示。其中工作面监控中心组成控制系统的“大脑”，工业以太网构成“神经网络”，工作面视频系统具备“眼睛”功能，语音通信系统具备“耳朵”功能，工作面控制模块是思想的执行者。

图1 SAM 智能化控制系统组成

1.2 5302 智能化工作面设备配置

5302 智能化工作面设备配置见表1。

表1 5302 智能化工作面设备配置

2 5302 智能化重型放顶煤工作面功能

5302 智能化重型放顶煤工作面作为长平矿的首个智能化采煤工作面，该智能化工作面选用国内一流智能化综采装备，设置了感知记忆能力、学习决策能力，该系统以自动化控制为核心、以可视化远程监控为主要手段，采取惯性导航、记忆截割、自动跟机、远程干预控制技术。相对于传统的放顶煤工作面，5302 智能化重型放顶煤具备以下优势：

2.1 工作面直线度控制

LSAC 惯性导航技术，在采煤机上安装基于专用惯性陀螺仪的采煤机位置测量系统，通过确定采煤机位置，精确计算液压支架推移量并与液压支架电液控制系统协同配合，确保了工作面刮板输送机处于直线状态，实现闭环的工作面直线度控制，杜绝出现工溜前后窜的情况，保障工作面的安全性和生产效率。

2.2 采煤机智能截割

智能记忆截割采用自由曲线记忆截割方式，按照示范刀（图2）所记录的割煤工作参数和割煤轨迹进行智能化运算并自动形成截割记忆模板，通过智能化计算达到自动调整割煤参数的目的，按照实际学习的采煤工艺实现自动截割运行。

图2 智能记忆截割示意图

2.3 远程通信功能

实现地面分控中心和井下顺槽集控中心对综采工作面采煤机、液压支架、运输设备（工作溜、转载机、破碎机、带式输送机）、供液设备（包括乳化液泵供液系统及相关电气开关、电磁阀等）、供电设备（移动变电站、组合开关、变频器等）的运行工况监测、远程控制和自动化控制。

2.4 可视远程干预功能

5302 工作面生产期间设备运转良好，实现了以采煤机记忆割煤、液压支架跟随采煤机自动动作、运输设备集中自动化控制、设备数据自动监测为主，人工远程干预为辅的自动化采煤模式。正常生产期间，工作面皮带输送机1 人，泵站1 人，三机1 人，机组割煤1 人，拉架作业1 人，放煤作业1 人，电缆看护1 人，清煤1 人（此8 人均为设备巡查），端头维护2 人，集控中心监护1 人，工作面11 人可满足正常回采作业要求。实现“少人跟机作业、有人安全巡视”的安全高效开采模式。

2.5 系统安全功能

“心跳”功能：当操作台检修时，将自动化集成控制系统设为“闭锁”模式，防止人为误操作。

人员识别具有主动防护功能：保证人员所在支架不能被操控。人员识别器在工作面的位置信息可在集控主机上显示。

互锁功能：具备就地操作、远程分机控制、远程集成自动化控制模式。在远端分机自动控制模式下，不允许远端集成自动控制；远端分机、集成自动化控制模式下均允许就地控制，保证采煤机操作安全性。

采煤机保护锁：通信检测及校验，通信失败或者校验出错，采煤机锁定，不允许启动和操作（就地模式除外）。

3 应用过程存在的问题及解决措施

3.1 两端头附属工作量大、耗时长

采煤机每次过机头（移两次机头）需停机约40min，条件复杂时停机时间更长，需开展端头回柱、上网及钢丝绳、剪网、穿工字钢、拉转载机等工作。解决措施：使用柔性网代替金属网维护两端头，减少挂网时间；端头架增加回柱千斤，提高回柱效率；改进端头架的尾部掩护梁结构，通过加大掩护梁立柱直径、适当后延顶梁长度等措施，尽可能缩小端头架切顶线与排头架切顶线之间的距离，从而缩小三角区悬顶面积，逐步取消排头1 号架后方打木垛的工序。

3.2 采煤机装煤效果差

1）采煤机割煤后，机道浮煤较多，尤其是在工作面机头、机尾，为最大限度地将两端浮煤装入刮板输送机，减少两端头溜子上漂程度，采煤机每次过机头或机尾时需往返3～5 次装煤，浪费割煤时间5～10min；

2）工作面中间区域，采煤机割煤后，机道浮煤基本在1 m 左右，影响刮板输送机正常推移速度；

3）机头、机尾刮板输送机下方浮煤多，必要时还需在机头、机尾过程中使用单体柱压溜，防止溜子上漂。

4）针对采煤机装煤效果一般，采取采煤机滚筒结构、刮板输送机与采煤机相对位置关系及尺寸配套等方面进行优化，优化重型放顶煤工作面支护设备设计，提高生产效率。

3.3 工作面瓦斯涌出不均衡，割煤放煤粉尘大，影响割煤速度

1）采煤机割煤至机尾附近，由于接近上隅角，受到工作面瓦斯涌出不均衡、粉尘大等因素制约，为保证均衡稳定生产，现场采用放慢采煤机牵引速度及降低后溜放煤频率等措施，这在一定程度上制约了生产效率。

2）割煤过程，粉尘大，可视度低，影响割煤速度。一是由于前滚筒司机在割煤时需负责收支架护帮板，不宜过快；二是由于不能准确辨识工作面煤层走势，精准对机组进行操作，达到“顶、底板平直”等工程质量要求，需要放缓采煤机牵引速度。

4 5302 智能化重型放顶煤工作面改进方向

5302 智能化工作面经地面安装调试、井下工作面安装、初采试验、六大功能调试、应用推广等几个阶段。已基本掌握了智能化设备的操作应用，但实际应用过程还是暴露出较多问题，结合各岗位实际，进一步完善六大功能系统，逐步发挥系统实际优势。

4.1 完善集控中心一键启停所需相关数据

智能化工作面的最大亮点就是集中控制。现阶段由于天玛集控台软件问题，前后溜电机电流显示不稳定且数据有误，皮带电机电流显示无数据，破碎机、转载机均无电流显示，所以下一步应该考虑如何完善以上设备的电流数据使其集中显示。

4.2 完善自动跟机相关程序

5302 自动跟机可以在很大程度上提高拉架效率，并且可以减轻人员劳动强度。实际跟机试验过程发现插板打不到位、支架跳架拉架、护帮板自动伸收等问题。针对此类情况，应班班汇总，定期总结分析数据，根据割煤实际情况会同自动跟机情况，进一步完善电液控程序。

4.3 完善制定LASC 自动找直的合理计划

调整工作面直线度是所有综采工作面工程质量的重点工作。LASC 技术可在一定时间内通过分析数据逐渐调整工作面直线度，但是这需要一段较长时间的过程，同时需要电液控程序上的配合，由于长平地质条件复杂，顶板破碎，支架工人为干预较多，人为因素对曲线的执行程度影响较大大，导致自动找直的执行不彻底、不准确，不能完全印证自动找直功能。所以，直线度调直工作需在有计划的基础上，每日观察分析LASC 直线度数据，前期依照数据进行人工找直，待工作面弯曲度不大时，打开电液控的自动找直功能，在前期人工找直的基础上通过电液控进行微调，最终逐步实现工作面调直。

5 智能化工作面发展趋势

长平公司5302 工作面配套选用智能化综采装备，配备了具有感知记忆能力、学习决策能力的自动化综采设备，实践应用了“有人巡视、无人操作”的智能化采煤模式。通过自动化控制系统实现采煤设备的远程操控，将工人从危险的工作面采场转移到顺槽监控中心或地面，实现采煤工作的标准化安全。