麻家梁矿智能化综放开采技术推广应用

王 强

(同煤浙能麻家梁煤业有限责任公司， 山西 朔州市 036000)

0 引 言

麻家梁矿位于宁武煤田朔南矿区，是同煤集团在朔州地区的首个千万吨现代化矿井，煤层储藏深，开采深度标高860～260 m。全井田共划分为14个采区，目前矿井主采一水平4号煤层，首采区为第一水平的一采区和二采区，每个采区布置一个回采工作面，采煤工艺为综采放顶煤。

麻家梁矿首套电液控综放工作面为14505综放工作面，该工作面煤层厚度7.5～9.6 m，平均煤厚8.50 m，煤层厚度变化不大，煤层倾角6°～17°，夹矸1～3层，厚度0.02～0.60 m，工作面走向长度1642 m，工作面宽250 m，采高3.5 m，放煤高度5.0 m，采放比约为1∶1.42。因该工作面煤层倾角较大，为了在生产实践中更好地控制设备，提高设备适用性，采煤工艺采用单向割煤，单向顶拉前、后刮板机。目前电液控支架成组功能都是按下3个按键，可以控制5～12台支架的动作，实现成组前移后推、伸缩护帮板/梁等功能，方便快捷。

1 综采工作面主要装备的智能化系统组成

在本系统内，可分成3个层次，第一层次为单机设备层，第二层次为集中控制层(顺槽监控中心)，第三层次为地面层(见图1)。

图1综合控制系统层次

单机设备层主要由煤机子系统、电气控制子系统、电液控制系统、输送机系统、集成供液系统、网络及信息系统组成并通过通信接口实现各系统间的信号采集、传输及反向控制。

集中控制层主要在监控中心内完成，在监控中心内将采煤机系统、电液控系统、三机集中控制系统、泵站智能控制系统、工作面视频监控系统及数据上传系统等系统结合在一起，实现在集控中心对综采设备的遥控。

地面层实现在地面公司调度指挥中心对综采面设备进行监测遥控，实时掌握工作面装备的运行状态。

2 工作面智能化控制

在地面建立综采生产调度控制中心，通过光缆覆盖，上传语音、视频、设备运行工况参数及故障在线监测，系统的监测功能数据来源均采集自各子系统。通过工作面监控中心将综采工作面各个生产系统有机结合起来，操作简单，实用性强；降低工作面人员作业强度；实现系统高度集成，系统安全可靠。

2.1 智能化综采工作面的系统主要功能

综合应用控制系统的监测功能数据来源均采集自各子系统。控制系统的核心是采煤机机身装有红外发射器，能准确把采煤机位置上传至集中控制中心。另外通过煤壁视频监控系统，支架视频监控系统，图像资料可以实时传至集中控制中心，供控制人员准确掌握工作面生产情况，适时调整工作面设备状态。同时智能化的数据收集便于矿压数据分析和工作面视频显示回传。

2.2 智能化综采工作面应用情况

系统的控制功能均通过通信接口向各子系统发出控制指令来完成。

(1) 通过实时监控系统，实现对采煤机和液控设备的远程操控；

(2) 液压支架成组推移前部刮板机、拉移后部刮板机、成组伸/收伸缩梁、成组伸/收护帮板；

(3) 实现智能自动化供液，并在监控中心对三机集中进行智能遥控。

在生产过程中，采煤机中部装有红外线发射装置，两端装有采高、卧底指示仪，每台电液控支架前立柱上装有一个红外线接收装置，在采煤机牵引过程中，采煤机后滚筒割完底煤后，电液控支架收到红外线信号后开始成组降立柱、移架、升立柱、伸缩前、后梁、及护壁板，然后依照程序设定实现推前部输送机、拉后部输送机。

采煤机具有记忆截割远程监控功能，记忆截割由两大部分组成，分别为位置控制(对应工作面上支架编号)和采高控制，取样控制过程中需要确定取样间隔，工作面长度参数，并对采煤机实时位置和俯仰采角度进行记录、存储。随着煤层厚度、结构的变化，在预设煤厚范围内控制截割采高。

监控主机是以AMD T56N处理器为核心的计算机系统。其利用程序数据传输通讯接口，从液压支架上获取支架工作参数，并把工作状态信息显示在屏幕上，同时也能把状态信息数据通过以太网接口传输出来。

操作台是视频系统或者支架远程控制系统的一个重要控制设备。在视频系统中，操作台通过RS232通讯与视频系统的虚拟控制中心相连；用户通过对操作台的按键控制进而实现对虚拟控制中心的操作，虚拟控制中心将视频切换指令发送给视频监视器，完成视频监视器的视频切换功能。在支架控制系统中，操作台与耦合器通过双线CAN相连，通过操作台和双线CAN将控制指令发送至电液控制系统中，进而实现支架的远程控制。

2.3 智能化综放技术优点

电液控制系统最大的优点是可以实现邻架控制、隔架控制、成组控制，将原来的手柄操作方式换成按键操作方式，降低了操作复杂程度，也提高了工人操作的安全性；另外一个优点是成组操作，在成组操作过程中，只需要在一台支架按下3个按键，大约2秒时间，就可以成组控制12台支架推溜、拉后溜等，大大减轻了工人的劳动强度。

2.4 智能化综放技术存在问题

(1) 目前，综放工作面在放顶煤的环节上采用程序控制不可行，主要原因是煤矸识别技术不成熟；煤矸量不容易控制，容易丢煤或者过量放入矸石，影响煤质；在伸后插板的过程中，容易将后插板插在刮板机内，造成机械事故。

(2) 工作面头、尾过渡支架、端头支架采用电液控制相较手动操作效果较差，头尾过渡支架吨位大，在移架过程中往往需要多个千斤顶同时动作，但是电液程序化控制支架协调动作差，不便于操作。

(3) 电液支架电磁先导阀对水质要求苛刻，工作面供水、回液过滤经三级过滤后才能达到规定精度(≤25 μm)，过滤系统复杂，技术要求高且不便维护。

(4) 煤矿技术人员主要专业以采矿专业和机电专业为主，懂程序语言、会开发程序语言的技术人员几乎没有，因此智能化工作面对今后煤矿的技术人员业务素质提出了更高的要求。

(5) 实现综采记忆割煤，远程干预；液压支架跟机作业，人工远程操控和工作面地质条件、煤层赋存结构、倾角等有极大的关系。记忆割煤对工作面适应性差，目前采煤机自身设置仅实现了记忆割煤，离智能割煤还有很长的路要走。

3 结 论

智能化综采技术在麻家梁矿的实践应用，有效减少了回采工作面作业人数，提升了工作面安全保障水平和生产效率，对综采工作面技术、人员、装备的管理水平大幅提高，实现了安全高效回采。智能化综采工作面是今后高产高效矿井的发展方向，通过集控中心掌握综放工作面的设备运行工况，实现远程控制设备启停，设备运行参数实时监控上传对于实现综放工作面无人自动化值守具有重要意义。