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    高  明

    (铁煤集团小青煤矿综采队书记、工程师)

    【摘要】在简述国内外自动化、智能化综采技术发展过程基础上,针对我国煤矿综采工作面生产过程复杂、地质条件复杂等特点,通过对我国现阶段综采工作面智能化发展和煤机装备的研究,提出综采工作面智能化生产模式总体思路“两步走”、”三阶段”,并重点介绍了综采智能化技术在辽宁省的首次实践万博安卓手机客户端下载能源公司小青矿的应用,介绍在实践中的三大核心技术和四项关键技术、应用效果及存在的问题,通过小青矿中厚煤层智能化无人开采的成功,证明了综采智能化开采技术是辽宁乃至东北地区煤矿井下综采工作面无人化开采的一种行之有效的手段,但目前在复杂地质条件下仍存在技术瓶颈,提出了在迈向智能化2.0-3.0阶段需要解决的技术难题

    关键词:综采工作面;中厚煤层;综采智能化技术;综采智能化生产模式总思路

    近几年来,我国各个行业发展十分迅速,同时也增强了对煤矿资源的需求量,如何实现煤矿智能化开采技术已经成为行业、社会重点关注的问题。对于煤矿开采技术来说,综采智能化开采技术的应用也是保障煤矿行业长足健康发展的重要因素。

    1发展现状

    在上世纪80-90年代时,美国、德国就开始在回采时运用智能化的采煤技术,且智能化的采煤技术让欧美国家很多煤矿的日产量大大提高。我国相比欧美等发达国家,在智能化采煤技术方面落后了很多,但随着装备制造业和自动化技术的发展,2004年之后才开始应用智能化采煤技术。现如今,我国一些较大的煤矿都已经开始投资应用智能化采煤技术,截止2018年底目前全国综采智能化采煤工作面已经达到145个,其中东三省仅有2个,而辽宁省的首个智能化工作面正是小青矿的N2-407综采智能化工作面。

    煤炭开采技术及装备发展迅速,综采工作面经历了机械化->自动化->智能化开采。

     

     

     

    2综采工作面智能化生产的总体思路

    综采智能化生产的总体思路是“两步走”和”三阶段”战略,“两步走”即第一步是实现可视远程干预技术;第二步是实现智能自适应技术,”三阶段”包括1.0可视远程干预阶段;2.0基于透明工作面智能割煤;3.0全面自适应开采。

    2.1“两步走”

    第一步:实现可视远程干预式开采技术:采用以太网实现综采设备数据上传,通过矿井自动化网络,实现在监控中心对设备的远程操控,达到工作面无人化开采的目的。操作人员在工作面运输顺槽或地面监控中心远程遥控干预设备智能化运行,同时在工作面外安排检修人员和巡视人员,工作落煤区域无人操作,实现有限无人化。

    第二步:智能自适应:攻克煤岩识别、工作面直线度控制、综采设备姿态定位、安全感知、设备自诊断等多种技术,形成一套具有“识别—分析—决策—执行”的综采工作面智能化控制系统,确保综采设备自适应运行,从而实现工作面无人化开采。采煤机、液压支架等设备自适应调整状态智能化运行,就像汽车、进入自动驾驶状态一样。

     

    2.2“三个阶段”

    通过可以远程干预有限无人化采煤—基于透明工作面智能割煤—全智能自适应开采,逐步从1.0过渡到3.0完全实现无人全智能自适应开采。

     

    3 智能化综采技术的应用

    3.1小青矿中厚煤层智能化开采

    小青矿N2-407工作面,煤层厚度2-3.1米,配套全部国产综采成套装备ZY6800/15/35型液压支架,MG400/940-WD型大功率电牵引采煤机,SGZ-1000/1400型刮板输送机,SZZ-1000/525型刮板运输机,N2-407智能化开采由三大核心技术为支撑,四项技术为保障。三大核心技术分别为SAM综采自动化控制系统、SAC液压支架电液控制系统、SAP智能集成供液系统;四项技术分别为:液压支架跟机自动化技术、采煤机记忆截割技术、工作面视频监控技术、远程集中控制技术。

    3.1.1SAM型综采自动化控制系统

    SAM型综采自动化控制系统,SAM型综采自动化控制系统分为“大脑”工作面监控中心、“神经网络”工作面工业以太网、“眼睛”工作面视频系统、“耳朵”工作面语音通信系统、“思想”工作面控制模型。N2-407综采工作面自动化控制系统将多种跨学科技术(包括工业控制、以太网、无线、视频、音频、通信、液压等)综合应用。在地面综合监控中心对综采设备进行自动化控制,确保各设备协调、连续、高效、安全运行,将工人从工作面解放出来,实现工作面少人化。实现在采煤生产过程中以采煤机记忆割煤为主,人工远程干预为辅;以液压支架跟随采煤机自动移架为主,人工远程干预为辅;以综采运输设备集中自动化控制为主,就地控制为辅;以综采设备智能感知为主,视频监控为辅“以工作面自动控制为主,监控中心远程干预控制为辅”的自动化生产模式。建立工作面内、地面综合调度中心2层控制系统架构,完成工作面割煤、移架、推溜、运输等流程智能化运行。

     

    3.1.2 SAC型综采自动化控制系统

    SAC型液压支架电液控制系统对控制支架动作功能具有针对性的完整解决方案。具有全中文显示,作业人员通过液压支架上人机界面参数的设置,液压支架工况显示:各支架压力值、各支架推移行程、各电磁阀动作状态、主机与工作面控制系统通信状态。通过安装在采煤机和支架上的红外接收和发射装置实现对采煤机位置方向、工作面推进度等精准定位,还会将支架推移行程值、立柱压力、电液控制系统与工作面自动化控制系统通信状态、各电磁阀动作状态等反馈给主机电脑,实现液压支架的智能跟机。

     

    3.1.3 SAP型综采自动化控制系统

    SAP智能集成供液系统旨在为煤矿提供一套完整的智能化综采工作面液压系统供液解决方案,为智能化综采工作面提供恒压、配比稳定的高质量乳化液,其提供工况信息包括:泵站润滑油油温、油位、进出液压力、液箱液位、乳化油油箱油位、乳化液浓度可以提供传感器故障信息等。这套系统可以保障智能化综采工作面高产、高效、节能环保、长期稳定工作。

     

    3.2四项关键技术

    3.2.1液压支架跟机自动化技术

    压支架跟机自动化技术,依据传感器传输的信息包括倾角、液压支架姿态、采煤机运行状态等信息,将整个生产过程划分为不同的多个阶段,自动决策并控制液压支架中部跟机、后部跟机、端部斜切进刀、自动推移转载机等动作,实现了工作面液压支架自动智能化分析

     

    3.2.2采煤机记忆截割技术

    采煤机记忆截割技术,按照正常进刀参数设定包括姿态参数、滚筒高度,进行智能化分析,形成记忆割,在自动割煤过程中不断修误差,实现自动调高升降、加速和减速等功能。

     

    3.2.3视频监控技术

    工作面视频监控技术,将人的延伸到工作面,智能化综采工作面运输机头,转载机头、和工作面液压支架上均安装视频监控摄像仪,其中液压支架上视频监控摄像仪分为两种,一种是监视上帮煤壁状态的每6架安设1台,另一种是监视采煤机运行状态的每3架安设1台。通过在工作面安装摄像仪,实现自动追踪采煤机,自动完成视频转换、视频衔接等功能,为实现工作面远程监控提供“身临其境”的视觉感受,指导远程生产。

     

    3.2.3远程集中控制技术

    远程集中控制技术,在顺槽列车上或地面打造一个综合监控中心”。按下“一键启停”按钮,工作面的设备按顺序依次启动。设备数据高速上传和控制信号实时下达,控制延时不超过300ms;当生产过程出现偏,如工作面煤帮层位发生变化或由于支架参数紊乱,影响工作面正常推进时,可及时进行人工远程干预。

     

    3.3应用效果

    小青矿N2-407工作面是辽宁省首个智能化综采工作面,成为辽宁中厚煤层复杂地质条件下智能化开采代表性工作面,采用国产成套装备,配置智能化控制系统,实现了工作面“以采煤机记忆截割+支架全工作面跟机自动化;形成1人地面综合监控中心操作,工作面2人巡视远程干预为辅的常态化生产模式;作业人员由13人递减至3人,基本实现了工作面无人操作,有人巡视,远程干预的有限无人化生产模式。通过该项目的实施,可达到以下两点效果:一是将工人从操作工变成巡检工,由设备的自动化替代人工劳动,大大降低了工人的劳动强度;二是将工人从危险的工作面解放到相对安全的地面综合监控中心,在监控中心对设备进行远程操控,提高了工人的安全系数。

    3.4存在问题

    a、成套装备在各控制系统、传感器等方面稳定性、可靠性有待加强,对智能化综采工作面的开采技术支撑不够,设备检修维护量大;

    b、记忆割煤只适用于煤层倾角小、地质构造简单的工作面,对煤层倾角和地质条件变化大的工作面适应性有待加强;

    c、利用网络技术和视频监控将人的眼睛延伸到工作面,但实际上开采过程中仍依赖于操作人员的经验与主观判断,缺乏客观依据,而且还常常面临观察视角受限、光照效果不好、煤尘干扰等诸多问题;

    d、技术型、知识型、创新型人才接续不上,难以适应智能化工作面的开采需要

    4 迈向综采智能化2.0-3.0阶段需要解决的技术难题

        迈向综采智能化2.0-3.0阶段,实现基于透明工作面智能割煤甚至全智能自适应开采,需要对工作面全过程进行全面地感知、系统的建立地质三维数据库,信息集成与自适应智能化分析控制,必须建立统一综采自动化智能化分析控制系统,只有解决了如何建立自动化智能分析控制后,才能够实现实对井下工作面环境、装备进行感知数据进行智能分析,最后集成控制综采装备,从而进行自适应开采,实现真正的无人化开采,另外急需培养大量的中高端技术人才以适应技术革新。

    结束语

       从严格意义上讲,智能化开采1.0只是工作面无人化开采征途中的一小步,为无人化开采提供了一条技术途径。 智能化开采是复杂的系统工程,应综合考虑装备、环境、地质、采矿、技术人才等多方面因素,是多种领域技术的交叉与综合,真正实现全智能自适开采还有很长的路要走。

    参考文献:

    1]王国法 煤炭智能化综采技术创新实践与发展展望 《中国矿业大学2018-01-18

    2]王存飞 透明工作面的概念、架构与关键技术 《煤炭科学技术》 2019-07-25

    3]王金华 综采工作面智能化技术与装备的发展《煤炭学报》2014-08-30

    4]范京道 黄陵智能化无人工作面开采系统集成设计与实践《煤炭工程》2015-09-06

    5]吴瑞清 探析井下综采工作面自动化控制系统的设计与应用 《大科技》 2018-08-02

    6]周玲玲 自动化智能开采关键控制技术探索与研究 《能源技术与管理》 2018-04-11

    7]赵梦远  煤矿“无人化”自动开采技术的引领者《当代矿工2015-08-22 

    8田建川  少人综采工作面自动化开采实践《第二届煤炭科技创新高峰论坛》2014-10-1

    9李晓刚 煤矿采掘SAM型工作面自动化控制集成系统解析 《资源信息与工程》2018-08- 28

    10张军 综采工作面智能化采煤技术分析《南方农机》 2017-05- 19

    11黄曾华 可视远程干预无人化开采技术研究《煤炭科学技术》2016-04-01

    12王建宏 综采工作面自动化设备实用性研究《机械工程与自动化》2015-09- 17 

     作者简介:高明(1986年10月),工程师,2008年毕业于辽宁工程技术大学煤矿开采与技术专相关工作,现任小青矿综采队党支部书记,联系电话15041059599

     

     

     

     

     

     

     

     

     

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