許隨利 秦志強

（焦作煤業(yè)（集團）新鄉(xiāng)能源有限公司，河南 焦作454100）

隨著煤礦自動化技術(shù)的迅速發(fā)展，綜采工作面采煤機、液壓支架及運輸設(shè)備實現(xiàn)自動控制，新技術(shù)的成功應用大幅降低了職工的勞動強度，但綜采工作面存在地質(zhì)條件復雜、煤層賦存變化大等特點，智能化生產(chǎn)期間仍需人工干預。河南能源焦煤公司趙固二礦14030 一次采全高工作面是河南省首個在井下完成整套綜采設(shè)備智能化升級改造的工作面, 為焦煤公司綜采工作面智能化開采技術(shù)的推廣應用提供借鑒。

1 智能化綜采工作面基本情況

14030 工作面位于四盤區(qū)中部。該工作面東側(cè)為14021 工作面采空區(qū)，南鄰F18 斷層，西側(cè)為未開采區(qū)域，北鄰西軌道底抽巷等三條大巷。14030 工作面上順槽長度2109.5m，下順槽長度2284.4m，切眼傾斜長度201m。14030 工作面采用走向長壁后退式采煤方法、一次采全高綜合機械化采煤工藝，沿煤層頂板回采，采高4.5～6.1m（基巖厚度為42～52m 區(qū)域限制最大采高4.5m），基巖厚度大于52m 區(qū)域最大采高6.1m，一個循環(huán)推進度800mm；液壓支架支護頂板，采用全部垮落法處理采空區(qū)。

2 智能化綜采工作面設(shè)備配套情況

采煤機：西安煤礦機械有限公司生產(chǎn)的MG900/2320-GWD型采煤機。具備姿態(tài)定位、數(shù)據(jù)上傳、自動化接口、采煤機精確定位、工作面設(shè)備自動調(diào)直等功能；能在設(shè)備列車處進行遠程控制，能實時數(shù)據(jù)上傳，通過CAN 總線向第三方傳輸數(shù)據(jù)，滿足接入礦井智慧管控平臺要求。

刮板輸送機：寧夏天地重型裝備科技有限公司生產(chǎn)的SGZ1200/2000 型中雙鏈刮板輸送機。采用變頻方式控制，可實現(xiàn)變頻啟動、定頻運行。設(shè)備健康管理系統(tǒng)，實現(xiàn)刮板輸送機常見故障診斷及健康狀態(tài)分析，提供故障解決方案及設(shè)備維護保養(yǎng)建議。

液壓支架：鄭州煤礦機械集團股份有限公司生產(chǎn)的ZY18000/30/65D 型液壓支架。具備鄰架控制、成組控制、急停閉鎖、工作面壓力檢測、自動補壓、跟機自動移架、跟機噴霧、數(shù)據(jù)上傳等功能。

3 智能化綜采工作面設(shè)備通訊控制系統(tǒng)

3.1 采煤機電控系統(tǒng)。MG900/2320-GWD 型采煤機使用上順槽設(shè)備列車集控中心配套的遠程控制箱控制，通過CAN 總線將遠程控制箱與工作面采煤機相連接，通過控制箱對采煤機進行遠程控制操作，包括對煤機牽引方向、牽引速度、搖臂高度進行控制，對截割電機電流、牽引電機電流、油泵電機電流、搖臂高度等數(shù)據(jù)進行實時監(jiān)測；同時采煤機遠程控制箱與鄭煤機集控中心通過CAN 通訊線進行連接，集控中心通過各類傳感器對工作面采煤機相關(guān)數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和收集。

3.2 液壓支架控制器。大采高工作面支架配套鄭州煤機液壓電控有限公司生產(chǎn)的ZE0704 型電液控系統(tǒng)，每架支架安裝有立柱壓力傳感器、推移行程傳感器、4 個傾角傳感器、紅外接收器、電控先導閥；支架與支架之間使用控制線串聯(lián)，每隔4架安裝一個隔離耦合器和電源箱，每隔6 架安裝一交換機和云臺攝像頭。通過工作面端頭架處的交換機，將工作面每架支架的動作與狀態(tài)數(shù)據(jù)信息及實時視頻信息傳輸?shù)缴享槻墼O(shè)備列車集控中心，實現(xiàn)實時監(jiān)測和控制。

3.3 采煤機自動跟機視頻監(jiān)視裝置。智能化工作面安裝南京北路自動化系統(tǒng)有限責任公司生產(chǎn)的視頻監(jiān)控系統(tǒng)，每6架安裝1 個云臺攝像儀、膠帶運輸機機頭、轉(zhuǎn)載機、設(shè)備列車集控中心及乳化液保障系統(tǒng)等固定地點，共安裝26 個云臺攝像儀，能夠?qū)崟r監(jiān)測采煤機等設(shè)備運行狀態(tài)和生產(chǎn)情況。

3.4 順槽帶式輸送機與工作面通訊網(wǎng)絡(luò)。順槽帶式輸送機和工作面設(shè)備集控均使用天津華寧KTC101 通訊控制系統(tǒng)，工作面每6 架安裝1 部KTC101-1 型擴播電話，轉(zhuǎn)載機和刮板運輸機機頭各安裝1 部KTC101-1-IC 型啟停電話，共21 部；帶式輸送機每 100 m 安裝1 部KTC101-2 型擴播電話，共16部。每部電話之間通過七芯通訊拉力相互串聯(lián)，可實現(xiàn)工作面通話、預警、打點、急停功能。

4 智能化綜采工作面實現(xiàn)的主要功能

4.1 液壓支架自動跟機[2]。液壓支架全部配套ZE0704 型電液控制系統(tǒng)，數(shù)據(jù)通過CAN 總線通訊，以ZE0704 型電液控制系統(tǒng)為核心，根據(jù)采煤機紅外線位置監(jiān)測、自動根據(jù)視頻監(jiān)測、各類傳感器等，工作面液壓支架跟隨采煤機割煤自動執(zhí)行收護幫板、推溜、降移聲、補壓和噴霧等環(huán)節(jié)，實現(xiàn)液壓支架自動跟機作業(yè)。以14030 工作面為例，自動跟機參數(shù)設(shè)置如下：以14030 工作面為例，自動跟機參數(shù)設(shè)置如下：跟機移架距離7架，跟機收護幫距離5 架，移架區(qū)域3 架，間隔1 架，推溜距離13 架，收/伸縮梁6 架，推溜范圍10 架，伸縮梁1 架，跟機伸護幫在自動移架過程中聯(lián)動。

4.2 采煤機自動記憶截割。采煤機自動記憶截割技術(shù)是人工就地操作自動化采煤機進行示范刀的學習、記憶,實現(xiàn)在下個循環(huán)自動割煤。采煤機控制系統(tǒng)通過位移型調(diào)高油缸,實現(xiàn)對工作面采高自主定位，通過軸編碼器實現(xiàn)工作面位置自主定位[1]。根據(jù)采煤機自動跟機視頻監(jiān)控系統(tǒng)，監(jiān)控人員能夠?qū)崟r掌握煤層變化情況、滾筒截割情況、支架狀態(tài)等，若出現(xiàn)工作面頂板破碎、片幫嚴重時，可對采煤機進行遠程干預，及時調(diào)整工作面工程質(zhì)量，保證工作面正常生產(chǎn)。

4.3 集控中心控制功能。實現(xiàn)綜采設(shè)備（液壓支架、采煤機、刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機、電氣開關(guān)、泵站）數(shù)據(jù)的集成及遠程監(jiān)測、顯示;具備對綜采工作面設(shè)備按照煤流順序“一鍵”啟停功能,具備單設(shè)備遠程啟停功能和工作面設(shè)備的集中控制功能;實現(xiàn)集控中心操作臺對采煤機、液壓支架、泵站系統(tǒng)進行遠程控制功能;實現(xiàn)對綜采設(shè)備數(shù)據(jù)集成、處理、故障診斷等功能。

4.4 視頻監(jiān)測和語音通訊功能。在工作面及重要固定地點加裝360 度云臺攝像儀，實現(xiàn)了對整個綜采作業(yè)區(qū)設(shè)備的全程實時視頻監(jiān)控、視頻信息共享。順槽帶式輸送機和工作面安裝KTC101 型通訊系統(tǒng)，實現(xiàn)了全線通訊暢通，方便人員實時對講聯(lián)系。

4.5 采場礦壓大數(shù)據(jù)實時監(jiān)測與來壓預報預警系統(tǒng)。通過對礦壓大數(shù)據(jù)的監(jiān)測、過濾、診斷，挖掘出數(shù)據(jù)背后隱藏的信息，為工作面安全生產(chǎn)保駕護航。實時監(jiān)測分析巖層賦存、支架壓力、推進速度等信息，判斷當前頂板是否來壓，預測頂板何時來壓，并及時發(fā)布預警信息。根據(jù)預警信息，礦井超前制定支護方案并及時優(yōu)化生產(chǎn)組織，保證頂板來壓期間的安全生產(chǎn)。實時監(jiān)測初撐力達標率、安全閥開啟率、支架阻力富余量、頂板破碎度等指標，為班組考核、精準干預等提供輔助決策。對支架各種壓力指標的大數(shù)據(jù)統(tǒng)計，為支架在阻力合理性、架型合理性以及可靠性方面提供定量化分析，為我們后續(xù)設(shè)備選型提供更加科學、客觀的決策依據(jù)。

5 智能化綜采工作面運行存在問題與解決方案

5.1 工作面自動跟機移架過程中，頂板、煤壁條件較好時，可收回伸縮梁，條件不好時，伸縮梁收回可能造成冒頂。目前程序固定，只能選擇開啟或關(guān)閉，不能智能化調(diào)整。與鄭煤機結(jié)合，可以通過在伸縮梁油缸加位移和壓力傳感器方法來判斷是否需要伸縮梁動作。

5.2 工作面自動跟機移架過程中，頂板破碎時自動升架（按時間控制）可能造成支架錯差超標，甚至導致支架倒架?？紤]合理利用每臺支架的傾角傳感器數(shù)據(jù)，合理調(diào)整支架姿態(tài)防止鄰架錯差。目前正在進行系統(tǒng)軟件研發(fā)升級，升級完成后持續(xù)跟進使用效果。

5.3 工作面集控中心集成采煤機、液壓支架電控、工作面視頻監(jiān)控、工作面語音通信與設(shè)備控制數(shù)據(jù)，不是同一廠家，采用通訊協(xié)議與數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)不同，系統(tǒng)比較復雜，前期調(diào)試工作量大，后期不便于維護。建立專業(yè)化維保隊伍，服務(wù)礦井智能化建設(shè)。

6 結(jié)論

通過對河南能源焦煤公司首個大采高智能化綜采工作面建設(shè)情況、系統(tǒng)裝備及實現(xiàn)的主要功能的介紹，說明了整個智能化工作面各系統(tǒng)的相互配合關(guān)系，同時對智能化工作面實際運行中存在的問題提出了解決方案。通過智能化綜采工作面建設(shè)，實現(xiàn)了生產(chǎn)期間作業(yè)區(qū)域由原來28 人減至9 人，達到了“智能化減人”的效果，提高了礦井智能化管理水平，確保了礦井安全生產(chǎn)，同時降低了職工勞動強度、改善了作業(yè)環(huán)境。