综采工作面自动化技术在山寨煤矿的应用

文/马良慧

中国华能华亭煤业公司山寨煤矿大力开展“一优三减”和“四化”建设，在推进机械化建设的基础上，组织专业技术人员就自动化项目升级改造进行调研，并积极投入实践，在25012工作面中采用可视化远程干预技术和智能控制技术，通过液压支架电液控制系统、远程智能控制平台、图像视频远程跟踪系统、智能集成供液系统等综采工作面自动化成套装备，在工作面采煤机割煤、推移前溜、液压支架移架、煤流运输等全过程实现自动化作业，实现了减人提效，促进了矿井安全高效生产，为山寨煤矿及同等地质条件放顶煤矿井实施智能化综采提供了有益的理论依据和可靠的实践经验，具有广泛的推广应用前景。

一、自动化技术在25012工作面运用现状

山寨煤矿自动化综采的关键是在距离工作面1500m处的硐室设置了集控操作室、远距离供液和远距离供电设备，调度指挥中心与井下集控操作室具备同等条件的操作控制功能，以红外线感应、采煤机记忆割煤、液压支架跟随采煤机自动移架升降、前后部刮板输送机自移等设备智能感应为主，以高清晰视频监控、监控中心远程干预过程为辅。通过工作面高速以太环网和自动化控制软件，将采煤机、两柱式液压支架电液控、前后溜、转载机、远距离供液及供电各系统融合，通过监控系统，实现对各个设备的集中控制和协调推进，形成了工作面液压支架自动化跟机与人工干预操作相结合的工作模式。

二、关键技术

1.液压支架红外线跟机自动化与集中控制平台中远程人工干预技术

20512工作面液压支架采用北京天地玛珂电液控制系统有限公司SAC型电液控制系统。以SAC型电液控制系统实现自动化跟机为基础，通过电脑终端把电液控制系统中的数据与工作面液压支架监控视频结合起来，在集中控制平台对液压支架实施人工操作干预。

2.采煤机记忆截割与集中控制平台中远程人工干预技术

在采煤机实现全工作面记忆割煤的基础上，将采煤机实时数据与煤壁视频相结合，通过红外线感应，监控中心远程操作台对采煤机进行人工干预，以满足复杂环境下采煤机的自动化控制。

3.工作面视频监控技术

结合25012工作面实际，邀请专业技术人员设计了25012自动化工作面视频监控系统，每副ZFY12000/23/35D型中间支架和ZFG13000/25/38D型过渡支架安装电液控制装置1套，每6个支架配备1台本质安全型综合接入器，每6个支架配备1台矿用本质安全型摄像仪，安装于支架的顶梁上，安装于本架拍摄方向与工作面平行；每3个支架配备1台矿用本质安全型摄像仪，安装于本架拍摄方向垂直于工作面，照向煤壁；在刮板输送机机头和机尾、转载机机头配置云台摄像仪进行视频采集。

通过安装视频监控系统，实现了在井下监控中心和地面调度指挥中心对25012自动化工作面的实时监控，尤其是安装在液压支架上的红外线摄像仪采集到的视频，传输到集中控制平台和地面调度指挥中心，准确定位到了采煤机、液压支架位置，通过软件处理实现摄像仪画面跟随采煤机的无缝切换，实现对工作面的全方位监控，提高了煤壁可视化程度。

4.综采自动化远程集中控制技术

井下监控中心主要设备包括：3台矿用隔爆兼本安型主机、6台矿用本安型显示器、1台矿用本安型交换机、2台矿用本安型网络交换机、1台本安型综合接入器、1台矿用本安型光电转换器、1台矿用本安型3.0信号转载器、2台矿用本安型操作台。将综采工作面主要设备，包括采煤机、液压支架、运输系统、供液系统等通过自动化控制系统连接起来，实现在井下监控中心和地面指挥控制中心的远程集中控制，并实现“一键启停”。工作面综采自动化控制系统原理如图1所示。

三、自动化技术应用中的不足及改进方向

自动化技术在25021工作面应用当中暴露出了一些问题，主要有以下几方面。

1.缺乏统一标准

目前，大多数自动化工作面都在试验阶段，没有统一的理论标准，缺乏可靠的系统保障。25021工作面也是如此，需要规范的技术标准提供遵循。

2.工作面安装、回撤没有实现自动化

自动化、智能化技术在正常回采期间达到了减人提效的目的，但是工作面安装、回撤过程没有实现自动化，安装、回撤过程安全风险高，效率低，进度慢。

图1 综采自动化控制系统原理图

3.多项自动化技术需要突破

液压支架状态在自动化运行时还没有有效的监测和控制方法、手段；采煤机防撞自辨能力差；导航技术，机器人监护还未实现；工作面煤岩识别正在探索视频识别技术，但其使用效果还无法确定。

2020年3月份，国家出台了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，指出目前我国开展智能化建设存在基础理论研发滞后、技术标准与规范不健全、平台支撑作用不够、技术装备保障不足等问题，结合自动化技术在25021工作面应用当中暴露出的问题，明确了今后的技术攻关方向和路径。

四、效果及结论

25021工作面以远程操控技术为辅助，实现对综采工作面生产这一随机动态过程的自动化控制，达到了减人提效和安全生产的目的。

1.通过采用综采工作面智能控制技术和可视化远程干预控制技术，替代了液压支架手工操作阀、传统采煤机、刮板输送机泵站控制系统等手动操作平台，降低了综采作业人员劳动强度，提升了安全管理水平，提高了采煤效率，工作面可以减少50%以上的作业人员，每年可节约人工费约120万元。

2.配套的远距离供液系统、远距离供电系统安装在固定地点，能够用于多个工作面使用，减少搬移次数，降低设备故障率，减少了设备检修材料费和工时费。

3.SAC型电液控制系统能够完成两柱掩护式放顶煤液压支架的各种动作功能，支架电液控制系统本身信息及需要上传的其他综采设备（采煤机、刮板输送机、转载破碎机、乳化液泵站、语音通讯系统、组合开关等设备）信息能够通过井上下数据传输系统上传到地面，并在井下和井上计算机上显示，接入到矿井自动化系统，向其提供数据格式，采用标准OPC协议，满足综采工作面自动化的要求。

4.液压支架SAM自动化系统能够将工作面设备信息通过井上下数据传输系统上传到地面调度中心，实现井上下同步监控综采工作面设备运行，具有在离工作面1500m处的井下监控中心和在地面调度室对工作面设备集中监测与控制功能，可实现地面调度中心“一键启停”综放工作面设备，实现综采工作面的自动化控制。

5.工作面实现割煤、推溜、移架、运输、除尘等工艺过程自动化，达到了少人、无人的目的，提高了工效，保障了安全生产。