苗飛飛

（山西西山晉興能源有限公司斜溝煤礦，山西 呂梁 035300）

我國煤炭資源豐富，開采環(huán)境復(fù)雜，目前煤炭需求持續(xù)增長，推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)是促進(jìn)煤炭綠色、安全、高效開采的重要手段[1-5]。智能無人采礦打破了傳統(tǒng)的人工操作基礎(chǔ)上以單機(jī)位置控制目標(biāo)的思想，提高了綜采自動化程度，但煤礦智能化建設(shè)水平不平衡。斜溝煤礦以提高安全性、減少井下人員、提高生產(chǎn)效率為原則，以建成智能化示范礦井為目標(biāo)，加快推進(jìn)智能化建設(shè)工作，實(shí)現(xiàn)了“自主移架＋記憶割煤＋跟機(jī)干預(yù)＋集控”采煤模式。本文以斜溝煤礦18106 工作面為工程背景，結(jié)合該工作面的地質(zhì)條件及開采技術(shù)條件詳細(xì)分析了綜采面智能化集控系統(tǒng)，為煤礦智能化的發(fā)展提供了理論需要。

1 工作面概況

斜溝煤礦18106 工作面走向長度為3740 m，傾向長度為285.5 m，總面積1 067 670 m2，煤層傾角7.9°。工作面地面標(biāo)高+1015～+1209 m，井下標(biāo)高+814～+847 m。18106 工作面煤層平均厚度為5.8 m，以暗煤為主，含亮煤條帶，含黃鐵礦碎片，可見殘留植物碎片，含少量劣質(zhì)煤。最下面一層夾矸局部增厚，最厚處1.6 m。煤層普氏硬度為2～3。18106 工作面直接頂為中細(xì)粒砂巖，平均厚度2.46 m，巖性特征為灰白色，成分以石英為主，含少量暗色礦物，含方解石脈，局部尖滅。巖層普氏硬度為6～7?；卷敒橹写至Ｉ皫r，平均厚度為11.04 m，巖性為灰白色，塊狀構(gòu)造，可見植物化石，成分以長石為主，可見脈狀煤質(zhì)條帶。巖層普氏硬度5～6。直接底為泥巖，平均厚度3 m，灰黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，含植物化石，局部尖滅。巖層普氏硬度為2～3。18106 工作面東側(cè)為18108 回采工作面及采空區(qū)（煤柱寬度11.7～19.7 m），西側(cè)為18104 采空區(qū)（煤柱寬度12.8～19.4 m），南側(cè)為實(shí)煤區(qū)，北側(cè)為11 采區(qū)上山大巷。

2 智能化集控系統(tǒng)概況

斜溝煤礦18106 工作面智能化集控系統(tǒng)由多個部分組成，分別為集控中心、具備記憶截割的采煤機(jī)控制系統(tǒng)、電液控制的液壓支架、工作面萬兆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)、工作面無線通信系統(tǒng)、無線視頻監(jiān)控系統(tǒng)、泵站集中控制系統(tǒng)、運(yùn)輸機(jī)高壓變頻器驅(qū)動、順槽皮帶遠(yuǎn)程集控、工作面3D 可視化功能，如圖1。

圖1 智能化集成控制系統(tǒng)示意圖

該智能化集控系統(tǒng)主要包括以下內(nèi)容：

1）工作面集控中心是整個工作面協(xié)調(diào)機(jī)制的中心，主要由操作室與塔式主機(jī)組成。集控中心內(nèi)集成了三機(jī)工況數(shù)據(jù)、語音視頻數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程控制功能、泵站子系統(tǒng)、電液控子系統(tǒng)等，實(shí)現(xiàn)了工作面運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、泵站系統(tǒng)的“一鍵啟?！焙蛦螜C(jī)啟停操作以及工作面設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的集中監(jiān)控，以及工作面生產(chǎn)情況的視頻集中監(jiān)控。

2）采煤機(jī)具備自動化記憶割煤功能。采煤機(jī)能記憶中部和頭尾割三角煤示范進(jìn)刀時的采機(jī)位置和相應(yīng)位置的左右搖臂高度，打開自動化功能后采煤機(jī)按記憶數(shù)據(jù)進(jìn)行仿形截割。當(dāng)工作面條件變化時，可使用遙控器進(jìn)行人工干預(yù)，采煤機(jī)會自動保存干預(yù)數(shù)據(jù)，不斷進(jìn)行智能學(xué)習(xí)，優(yōu)化采煤工藝。

3）工作面液壓支架實(shí)現(xiàn)了電液控制。工作面每臺液壓支架上安裝1 套電液控制系統(tǒng)（帶操作屏幕）；1 個一級護(hù)幫壓力傳感器用于檢測前護(hù)幫位置；2 個立柱壓力傳感器用于檢測立柱壓力；1 個伸縮量傳感器用于檢測前伸縮量位置；1 個推移油缸位置傳感器用于檢測推移行程。電液控系統(tǒng)具有自動化功能，還可配合采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)斜切進(jìn)刀工藝，自動割三角煤。

4）工作面工業(yè)環(huán)網(wǎng)方面，工作面集控臺安裝有一臺萬兆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，交換機(jī)與集控中心塔機(jī)的千兆交換機(jī)采用光纖連接，用于和地面調(diào)度的遠(yuǎn)程通信和控制。工作面機(jī)頭和機(jī)尾處各安裝一臺4G無線基站，交換機(jī)和4G 基站之間采用光纖連接，搭建了覆蓋整個工作面的4G 無線網(wǎng)絡(luò)，用于攝像頭和采煤機(jī)無線數(shù)據(jù)的傳輸，4G 無線網(wǎng)絡(luò)100 Mbps 的下行速率和50 Mbps 的上行速率，網(wǎng)絡(luò)延時小于50 ms，保證了采煤機(jī)遠(yuǎn)程監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、工作面視頻監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)快速可靠地與集控中心及地面調(diào)度室傳輸。

5）視頻監(jiān)控方面，工作面內(nèi)每6 臺支架前梁處安裝一臺本安除塵高清攝像儀，可實(shí)時監(jiān)控工作面設(shè)備運(yùn)行情況。

6）泵站采用集中控制系統(tǒng)，可在集控中心對泵站液箱的液位、出口壓力、各泵油位、油溫、油壓，泵電機(jī)的電壓、電流等進(jìn)行監(jiān)控。

7）刮板輸送機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)采用了組合式高壓變頻器驅(qū)動，可進(jìn)行軟啟動和實(shí)時調(diào)速，降低了啟動電流沖擊，延長了鏈條和刮板壽命。工作面運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)的電壓、電流、開停等狀態(tài)信息通過變頻器和組合開關(guān)傳輸至集控中心進(jìn)行實(shí)時顯示。

3 智能化集控系統(tǒng)運(yùn)行方式及操作方法

3.1 智能化集控系統(tǒng)運(yùn)行方式

智能化集控系統(tǒng)的運(yùn)行方式主要分為兩類：一種是自動運(yùn)行模式，一種是人工操作模式。在煤礦井下現(xiàn)場操作過程中，首先具有優(yōu)先權(quán)的是人工操作模式，也就是說，當(dāng)綜采面需要現(xiàn)場工人進(jìn)行操作作業(yè)時，該系統(tǒng)自動轉(zhuǎn)換成人工操作模式。

自動運(yùn)行模式在就地閉鎖時，集控系統(tǒng)運(yùn)行停止，隨后立即切換至人工操作模式。采煤機(jī)巡視工就地使用遙控設(shè)備進(jìn)行人工干預(yù)時，集控系統(tǒng)退出自動運(yùn)行模式，自動轉(zhuǎn)換成人工操作模式。支架巡視工在按下支架電液控制系統(tǒng)急停按鈕時，支架在自動運(yùn)行模式下轉(zhuǎn)換到人工操作模式。人工操作模式轉(zhuǎn)換自動模式時，工作面人員需要與集控系統(tǒng)工進(jìn)行溝通，由集控系統(tǒng)工啟動自動模式。在人工操作模式轉(zhuǎn)換到自動運(yùn)行模式前，巡視工必須確認(rèn)工作面無其他人員逗留，確保安全生產(chǎn)。

3.2 交接班及開機(jī)前準(zhǔn)備

進(jìn)入工作面，跟班隊(duì)長、工長及各工種與上一班先進(jìn)行交接，每班有遺留問題必須當(dāng)班及時處理。各巡視工在開機(jī)前必須各負(fù)其責(zé)，仔細(xì)檢查設(shè)備運(yùn)行狀況，確保設(shè)備安全。集控系統(tǒng)工檢查控制列車各控制系統(tǒng)、泵站、乳化液濃度、供電、阻化劑噴灑、煤層注水、巷道斷面噴霧、列車附近巷道積水等情況，并通過控制列車通信系統(tǒng)掌握皮帶開停狀況。采煤機(jī)巡視工檢查采煤機(jī)滾筒截齒、注油、管線等情況。三機(jī)巡視工檢查刮板小梁、電機(jī)及減速器冷卻、注油等情況。電氣檢修工檢查控制列車通信系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、照明系統(tǒng)等情況。維護(hù)工檢查兩巷超前支架各管線、液壓系統(tǒng)竄、漏液情況，超前支護(hù)情況，作業(yè)循環(huán)情況等。

工作面各巡視工在完成巡檢，同時無其他外因影響，確保設(shè)備和其他人員安全條件下，匯報工長或跟班隊(duì)長，然后由工長或跟班隊(duì)長發(fā)布開機(jī)指令，準(zhǔn)備開機(jī)。開機(jī)前，集控系統(tǒng)工確認(rèn)皮帶巷皮帶輸送機(jī)正常運(yùn)行。皮帶巷皮帶輸送機(jī)機(jī)尾不受集控系統(tǒng)的控制。開機(jī)后，各巡視工跟機(jī)巡視，發(fā)現(xiàn)異常，立即閉鎖停機(jī)。

3.3 開機(jī)作業(yè)

啟動泵站為工作面設(shè)備供液、供水；啟動按鈕為采煤機(jī)遠(yuǎn)程送電，成功送電后采煤機(jī)控制系統(tǒng)能正常工作，通過集控系統(tǒng)控制軟件能夠遠(yuǎn)程監(jiān)視采煤機(jī)狀態(tài)數(shù)據(jù)；啟動工作面運(yùn)輸系統(tǒng)，通過操作集中控制系統(tǒng)軟件，依據(jù)工藝要求啟動工作面運(yùn)輸系統(tǒng)。

完成已選擇的采煤工藝段后，采煤機(jī)牽停，在集控列車操作采煤機(jī)遠(yuǎn)停按鈕為采煤機(jī)斷電；待工作面運(yùn)輸系統(tǒng)將原煤完全運(yùn)出后操作軟件使運(yùn)輸系統(tǒng)停機(jī)；確認(rèn)工作面液壓支架不再動作后，將泵站系統(tǒng)停機(jī)；關(guān)閉集控系統(tǒng)操作軟件，為系統(tǒng)斷電；為工作面所有設(shè)備斷電，切斷負(fù)荷中心電源。

4 應(yīng)用效果分析

1）經(jīng)濟(jì)效益顯著提高。斜溝煤礦18106 工作面采煤機(jī)具備自動化記憶割煤功能、液壓支架自動跟機(jī)等功能，工作面集控臺安裝有一臺萬兆環(huán)網(wǎng)交換機(jī)，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程控制的功能，減少了井下人員的數(shù)量。綜采隊(duì)由原先的64 人減少到47 人，節(jié)省了人工費(fèi)68 萬元/年，工作面日產(chǎn)量增加至9000 t/d，實(shí)現(xiàn)了真正的安全高效生產(chǎn)，不僅降低了井下生產(chǎn)的危險性，還提高了生產(chǎn)效率。

2）智能化集控系統(tǒng)在斜溝煤礦18106 工作面成功建設(shè)及應(yīng)用后，也為其他礦井智能化建設(shè)提供了經(jīng)驗(yàn)及依據(jù)。

5 結(jié)論

本文通過對綜采工作面智能化集成控制系統(tǒng)進(jìn)行分析，主要結(jié)論如下：

1）綜采工作面智能化集控系統(tǒng)由多個部分組成，智能化集控系統(tǒng)的運(yùn)行方式主要分為兩類：一種是自動運(yùn)行模式，一種是人工操作模式。

2）智能化集控系統(tǒng)操作主要包括開機(jī)前準(zhǔn)備、開機(jī)作業(yè)和系統(tǒng)停機(jī)三個步驟。

3）該系統(tǒng)在斜溝煤礦的現(xiàn)場應(yīng)用效果良好，減少了井下工作人員的數(shù)量，提高了該工作面的生產(chǎn)效率。