郭志林，郭金科

(潞安環(huán)能股份公司 生產(chǎn)辦，山西 長治 046204)

面對自動化、信息化、智能化發(fā)展的歷史潮流，煤礦要實現(xiàn)安全高效發(fā)展，必須以高質量、高效益為核心，以安全、智能、創(chuàng)新為主攻方向，加快推進開采技術智能化創(chuàng)新，為礦井可持續(xù)發(fā)展注入強勁動力。高河礦在綜采工作面單機設備自動化基礎上，配套智能控制成套裝備，利用工業(yè)實時以太網(wǎng)絡通訊平臺建立一套以監(jiān)控中心為核心，實現(xiàn)以采煤機位置為坐標，對相關設備姿態(tài)進行識別，故障提前預警的就地/集中/遠程三級可視化網(wǎng)絡管理，完成整個工作面設備的協(xié)調(diào)、安全、可靠生產(chǎn)。

1 工作面概況

高河礦E2308智能化綜采工作面為高河礦東二盤區(qū)工作面，北面為E2309工作面，南面臨E2307工作面采空區(qū)，西面接+450 m水平北翼大巷，所采的3號煤層賦存于二疊系山西組地層中，為陸相湖泊型沉積，煤層傾角為1～7°，平均3°，埋深416.3～485.8 m。工作面切眼長335 m，巷道長1 255 m，可采長度655 m，煤層平均厚度6.8 m，容重為1.4 t/m3，可采儲量219.5萬t，工作面沿煤層走向布置，分別掘進兩進一回+高抽巷，從南向北依次為進風巷道、回風巷道、高抽巷、膠帶巷道，高抽巷抽采頂板裂隙瓦斯。

2 智能化建設總體方案

智能化綜采工作面集控平臺主要由采煤機、液壓支架、乳化液泵站、刮板輸送機、破碎機、轉載機、膠帶輸送機等設備的狀態(tài)監(jiān)測與自動化生產(chǎn)運行集中控制系統(tǒng)、井下綜采工作面巷道控制中心與地面操作平臺、通訊網(wǎng)絡系統(tǒng)、視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)組成。通過相關設備的數(shù)據(jù)通訊規(guī)約及數(shù)據(jù)采集分析軟件，實現(xiàn)綜采工作面視頻監(jiān)控、采煤機自動化集中控制、液壓支架電液控、運煤系統(tǒng)自動化集中控制、供電系統(tǒng)集中控制、遠距離水處理和集中供液控制等功能。智能化工作面控制系統(tǒng)見圖1。

圖1 智能化工作面控制系統(tǒng)框

2.1 高河礦智能化工作面設備配套

高河礦智能化工作面設備配套見表1。

表1 高河礦智能化工作面設備配套

2.2 基于三維數(shù)字化GIS模型與慣性導航的采煤機截割規(guī)劃

2.2.1 建立三維數(shù)字化GIS模型

實測出工作面三維數(shù)值，結合礦井地震波CT探測方法，探明工作面內(nèi)煤層厚度變化、煤層頂?shù)装迤鸱?，標注明陷落柱、斷層等地質異常范圍及位置，建立起詳細描述工作面煤層賦存情況的三維GIS數(shù)字模型。

2.2.2 慣性導航定位與截割路徑規(guī)劃

利用慣性導航系統(tǒng)對采煤機在工作面所處的三維坐標位置進行實時定位，系統(tǒng)自動調(diào)取GIS三維數(shù)字化模型中采煤機前進方向的煤層賦存信息，結合采煤機前后滾筒搖臂的抬高角度，精確定位采煤機正在割煤時前后兩個滾筒在GIS數(shù)字模型中與煤層頂?shù)装逑嗷リP系，用記憶截割功能記錄下的截割模型對比糾錯規(guī)劃出采煤機行走路線及搖臂升降動作，使?jié)L筒恰好截割工作面煤層。

2.3 基于電液控制的液壓支架姿態(tài)調(diào)整與壓力自動補償功能

1) 自動決策的液壓支架追蹤采煤機位置及方向，顯示立柱工作壓力、推移行程，判斷工作面煤層厚度、支架姿態(tài)和護幫板狀態(tài)。依據(jù)工作面頂板壓力、傾角，液壓支架自動進行姿態(tài)檢測，實時監(jiān)測工作面礦壓，保證頂梁和頂板平行，保障頂支護質量。

2) 支架具備初撐力自動連續(xù)補償功能，通過紅處線檢測系統(tǒng)實現(xiàn)跟機自動化，根據(jù)采煤機運行狀態(tài)等信息，將整個生產(chǎn)過程劃分為不同階段，單架支架可實現(xiàn)“降、移、升”自動控制，自動決策并控制液壓支架與采煤機相互配合斜切進刀、中部跟機等動作，在兩端頭推溜清理浮煤，實現(xiàn)工作面自動連續(xù)生產(chǎn)。

2.4 基于故障自診斷與煤流檢測的輸送機軟啟動及智能負荷調(diào)速功能

1) 刮板輸送機、轉載機及破碎機啟動時，控制系統(tǒng)首先對關鍵部位運行時間等參數(shù)進行記錄，對關鍵部位壽命進行預判，自動生成可運行報告。驅動部判斷是否帶載啟動，自動實現(xiàn)平滑啟動。

2) ABB智能煤流控制系統(tǒng)采集采煤機、輸送機、泵站電機電流、溫度等數(shù)據(jù)，結合AI智能識別高速攝像儀配合專用激光燈實時掃描測量渡過的煤量體積大小等煤流量信息，智能分析煤量負荷，將信息傳輸至控制箱，控制箱根據(jù)掃描儀傳遞的信息進行數(shù)值計算，反過來控制采煤機、刮板輸送機、轉載機、巷道膠帶的運行速度，實現(xiàn)綜采配套設備的協(xié)同控制。

2.5 變頻控制、自動配比的智能集成供液系統(tǒng)

集電機變頻控制、水凈化軟化處理、多級過濾、乳化液濃度自動配比及泵站系統(tǒng)運行狀態(tài)記錄與上傳為一體的智能集成供液系統(tǒng)，為綜采工作面液壓設備提供壓力恒定、干凈清潔、濃度穩(wěn)定的高質量乳化液。泵站采用電控、液控雙卸荷冗余系統(tǒng)設計，可實現(xiàn)自動切換、動態(tài)調(diào)節(jié)濃度配比的優(yōu)點，大幅提高乳化液配比的穩(wěn)定性。

2.6 可視化與遠程控制的通信平臺

智能化工作面基礎平臺由工作面的通信平臺、可視頻化平臺和集中遠程控制平臺組成，實現(xiàn)數(shù)據(jù)智能傳輸?shù)墓δ?。在支架、刮板機機頭機尾分別安裝一定數(shù)量本安型攝像儀，攝像儀可根據(jù)采煤機位置進行視頻自動切換。工作面視頻監(jiān)控系統(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)通過光電轉換器及綜合接入器、工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)傳輸?shù)郊刂行姆掌鳌？刂浦噶钣刹僮髌脚_發(fā)向各主機，分別控制采煤機、三機及泵站動作，實現(xiàn)工作面視頻、語音、聯(lián)絡、遠程控制功能。

3 結 語

高河礦智能化工作面利用物聯(lián)網(wǎng)技術，將各個相關設備聯(lián)系在一起，在監(jiān)控中心對每個設備的工況數(shù)據(jù)進行采集、存儲、顯示、報警，將工作面視頻、語音、數(shù)據(jù)三網(wǎng)合一，對液壓支架、采煤機、刮板輸送機、轉載機、破碎機、巷道膠帶機、泵站、開關等綜采設備進行遠程操控，實現(xiàn)割煤過程自動跟蹤監(jiān)控，降低了煤礦工人的勞動強度，改善了煤礦開采安全條件，提高了煤礦綜采自動化水平和煤礦生產(chǎn)效率，必將實現(xiàn)“裝備優(yōu)、用人少、效率高、效益好、安全有保障”的煤礦安全生產(chǎn)目標。