大采高智能化综采工作面的应用与研究

许随利 秦志强

（焦作煤业（集团）新乡能源有限公司，河南 焦作454100）

随着煤矿自动化技术的迅速发展，综采工作面采煤机、液压支架及运输设备实现自动控制，新技术的成功应用大幅降低了职工的劳动强度，但综采工作面存在地质条件复杂、煤层赋存变化大等特点，智能化生产期间仍需人工干预。河南能源焦煤公司赵固二矿14030 一次采全高工作面是河南省首个在井下完成整套综采设备智能化升级改造的工作面, 为焦煤公司综采工作面智能化开采技术的推广应用提供借鉴。

1 智能化综采工作面基本情况

14030 工作面位于四盘区中部。该工作面东侧为14021 工作面采空区，南邻F18 断层，西侧为未开采区域，北邻西轨道底抽巷等三条大巷。14030 工作面上顺槽长度2109.5m，下顺槽长度2284.4m，切眼倾斜长度201m。14030 工作面采用走向长壁后退式采煤方法、一次采全高综合机械化采煤工艺，沿煤层顶板回采，采高4.5～6.1m（基岩厚度为42～52m 区域限制最大采高4.5m），基岩厚度大于52m 区域最大采高6.1m，一个循环推进度800mm；液压支架支护顶板，采用全部垮落法处理采空区。

2 智能化综采工作面设备配套情况

采煤机：西安煤矿机械有限公司生产的MG900/2320-GWD型采煤机。具备姿态定位、数据上传、自动化接口、采煤机精确定位、工作面设备自动调直等功能；能在设备列车处进行远程控制，能实时数据上传，通过CAN 总线向第三方传输数据，满足接入矿井智慧管控平台要求。

刮板输送机：宁夏天地重型装备科技有限公司生产的SGZ1200/2000 型中双链刮板输送机。采用变频方式控制，可实现变频启动、定频运行。设备健康管理系统，实现刮板输送机常见故障诊断及健康状态分析，提供故障解决方案及设备维护保养建议。

液压支架：郑州煤矿机械集团股份有限公司生产的ZY18000/30/65D 型液压支架。具备邻架控制、成组控制、急停闭锁、工作面压力检测、自动补压、跟机自动移架、跟机喷雾、数据上传等功能。

3 智能化综采工作面设备通讯控制系统

3.1 采煤机电控系统。MG900/2320-GWD 型采煤机使用上顺槽设备列车集控中心配套的远程控制箱控制，通过CAN 总线将远程控制箱与工作面采煤机相连接，通过控制箱对采煤机进行远程控制操作，包括对煤机牵引方向、牵引速度、摇臂高度进行控制，对截割电机电流、牵引电机电流、油泵电机电流、摇臂高度等数据进行实时监测；同时采煤机远程控制箱与郑煤机集控中心通过CAN 通讯线进行连接，集控中心通过各类传感器对工作面采煤机相关数据进行监测和收集。

3.2 液压支架控制器。大采高工作面支架配套郑州煤机液压电控有限公司生产的ZE0704 型电液控系统，每架支架安装有立柱压力传感器、推移行程传感器、4 个倾角传感器、红外接收器、电控先导阀；支架与支架之间使用控制线串联，每隔4架安装一个隔离耦合器和电源箱，每隔6 架安装一交换机和云台摄像头。通过工作面端头架处的交换机，将工作面每架支架的动作与状态数据信息及实时视频信息传输到上顺槽设备列车集控中心，实现实时监测和控制。

3.3 采煤机自动跟机视频监视装置。智能化工作面安装南京北路自动化系统有限责任公司生产的视频监控系统，每6架安装1 个云台摄像仪、胶带运输机机头、转载机、设备列车集控中心及乳化液保障系统等固定地点，共安装26 个云台摄像仪，能够实时监测采煤机等设备运行状态和生产情况。

3.4 顺槽带式输送机与工作面通讯网络。顺槽带式输送机和工作面设备集控均使用天津华宁KTC101 通讯控制系统，工作面每6 架安装1 部KTC101-1 型扩播电话，转载机和刮板运输机机头各安装1 部KTC101-1-IC 型启停电话，共21 部；带式输送机每 100 m 安装1 部KTC101-2 型扩播电话，共16部。每部电话之间通过七芯通讯拉力相互串联，可实现工作面通话、预警、打点、急停功能。

4 智能化综采工作面实现的主要功能

4.1 液压支架自动跟机[2]。液压支架全部配套ZE0704 型电液控制系统，数据通过CAN 总线通讯，以ZE0704 型电液控制系统为核心，根据采煤机红外线位置监测、自动根据视频监测、各类传感器等，工作面液压支架跟随采煤机割煤自动执行收护帮板、推溜、降移声、补压和喷雾等环节，实现液压支架自动跟机作业。以14030 工作面为例，自动跟机参数设置如下：以14030 工作面为例，自动跟机参数设置如下：跟机移架距离7架，跟机收护帮距离5 架，移架区域3 架，间隔1 架，推溜距离13 架，收/伸缩梁6 架，推溜范围10 架，伸缩梁1 架，跟机伸护帮在自动移架过程中联动。

4.2 采煤机自动记忆截割。采煤机自动记忆截割技术是人工就地操作自动化采煤机进行示范刀的学习、记忆,实现在下个循环自动割煤。采煤机控制系统通过位移型调高油缸,实现对工作面采高自主定位，通过轴编码器实现工作面位置自主定位[1]。根据采煤机自动跟机视频监控系统，监控人员能够实时掌握煤层变化情况、滚筒截割情况、支架状态等，若出现工作面顶板破碎、片帮严重时，可对采煤机进行远程干预，及时调整工作面工程质量，保证工作面正常生产。

4.3 集控中心控制功能。实现综采设备（液压支架、采煤机、刮板输送机、转载机、破碎机、电气开关、泵站）数据的集成及远程监测、显示;具备对综采工作面设备按照煤流顺序“一键”启停功能,具备单设备远程启停功能和工作面设备的集中控制功能;实现集控中心操作台对采煤机、液压支架、泵站系统进行远程控制功能;实现对综采设备数据集成、处理、故障诊断等功能。

4.4 视频监测和语音通讯功能。在工作面及重要固定地点加装360 度云台摄像仪，实现了对整个综采作业区设备的全程实时视频监控、视频信息共享。顺槽带式输送机和工作面安装KTC101 型通讯系统，实现了全线通讯畅通，方便人员实时对讲联系。

4.5 采场矿压大数据实时监测与来压预报预警系统。通过对矿压大数据的监测、过滤、诊断，挖掘出数据背后隐藏的信息，为工作面安全生产保驾护航。实时监测分析岩层赋存、支架压力、推进速度等信息，判断当前顶板是否来压，预测顶板何时来压，并及时发布预警信息。根据预警信息，矿井超前制定支护方案并及时优化生产组织，保证顶板来压期间的安全生产。实时监测初撑力达标率、安全阀开启率、支架阻力富余量、顶板破碎度等指标，为班组考核、精准干预等提供辅助决策。对支架各种压力指标的大数据统计，为支架在阻力合理性、架型合理性以及可靠性方面提供定量化分析，为我们后续设备选型提供更加科学、客观的决策依据。

5 智能化综采工作面运行存在问题与解决方案

5.1 工作面自动跟机移架过程中，顶板、煤壁条件较好时，可收回伸缩梁，条件不好时，伸缩梁收回可能造成冒顶。目前程序固定，只能选择开启或关闭，不能智能化调整。与郑煤机结合，可以通过在伸缩梁油缸加位移和压力传感器方法来判断是否需要伸缩梁动作。

5.2 工作面自动跟机移架过程中，顶板破碎时自动升架（按时间控制）可能造成支架错差超标，甚至导致支架倒架。考虑合理利用每台支架的倾角传感器数据，合理调整支架姿态防止邻架错差。目前正在进行系统软件研发升级，升级完成后持续跟进使用效果。

5.3 工作面集控中心集成采煤机、液压支架电控、工作面视频监控、工作面语音通信与设备控制数据，不是同一厂家，采用通讯协议与数据存储结构不同，系统比较复杂，前期调试工作量大，后期不便于维护。建立专业化维保队伍，服务矿井智能化建设。

6 结论

通过对河南能源焦煤公司首个大采高智能化综采工作面建设情况、系统装备及实现的主要功能的介绍，说明了整个智能化工作面各系统的相互配合关系，同时对智能化工作面实际运行中存在的问题提出了解决方案。通过智能化综采工作面建设，实现了生产期间作业区域由原来28 人减至9 人，达到了“智能化减人”的效果，提高了矿井智能化管理水平，确保了矿井安全生产，同时降低了职工劳动强度、改善了作业环境。