赵家寨煤矿综放工作面智能化改造研究

程宝军，张天山，陈跃朋

（郑煤集团新郑煤电有限责任公司，河南 新郑 451100）

目前，随着采煤技术的不断创新发展，煤矿综采智能化技术已基本成熟并在我国推广应用。综采工作面实现自动化开采不仅能够减少井下作业人员数量，提高工作效率，而且极大的提高煤矿井下安全生产系数[1-4]。基于此，赵家寨煤矿对14205综放工作面进行智能化改造建设，对工作面割煤机、液压支架、刮板机、转载机和供液系统等采煤设备进行升级，实现工作面无人操作，采煤过程自动化，提高工作面安全生产水平。

1 工作面概况

新郑煤电公司赵家寨煤矿14025 工作面位于井下14 采区中部，工作面走向可采长度为660 m，倾向长度为187 m。该工作面煤层结构简单，属贫煤煤种，煤层平均厚度为6.2 m，煤层平均倾角为5°。该工作面煤层局部含夹矸，过SF63-2正断层及薄煤区时煤层顶板较破碎，回采时可能会增加外在灰分；受顶、底板水影响，回采时会增加外在水分，因此回采过程中要加强煤质管理。

2 工作面设备配备情况

14025 工作面配备111 架ZF6400/19/32 型大采高液压支架，8 架ZFG6400/22/32D 型过渡液压支架，1 架ZFT26000/25/50D 型端头支架，1 台MG400/930-QWD 型滚筒式割煤机，SGZ800/1400型前后刮板运输机各1 部，SZZ800/400 型转载机1 部，BRW-400/31.5NB 型乳化液泵站2 台，PLM-2000 型轮式破碎机1 台，KBSGZY-1600/10/3300V型移动变电站3 台，DSJ100/80/2×160 型胶带运输机1 部，ZQL2×4000/18/35 型巷道超前支架3 组。

3 工作面智能化改造方案

3.1 工作面智能集控系统

集控系统采用地面调度集控中心和顺槽集控中心两种集中控制方式。在顺槽集控中心装备2台操控系统主机，建立主控系统，融合支架电液控、三机通信控制（KTC118）、泵站控制和视频监控等子系统。通过主控系统对自动化子系统下发指令，完成综采工作面一键式启停。通过万兆工业环网与地面集控中心同步显示运行工况，实现开停、监控与操作，具备井上下可视化通讯，视频自动跟机，工作面端头自动斜切进刀，矿压数据采集、分析、预警，支持移动终端接入，人员精确定位，并对采煤机、液压支架和刮板输送机联动闭锁控制，三机联动闭锁控制等功能。

3.2 视频监控系统

煤岩识别是影响智能化提高回采效率的主要问题，本次智能化改造采用远程视频监控系统。工作面视频监控系统见图1。

图1 视频监控系统

工作面视频系统为综放自动化系统提供对工作面开采现场、关键设备运行状况的视频辅助监测，工作面每6 架支架安装一台云台摄像仪用于动态跟踪采煤机割煤；运输机机头机尾、转载点、皮带机机头等关键区域配置10 台云台摄像仪，实现对运输供液系统的全面监测，视频系统传输延迟要求500 ms 以内，具备低照度、宽动态、强光抑制、水雾及煤尘穿透功能。工作面每6 架支架配置1 台矿用交换机，形成千兆级工业以太网络传输，以太网通信速率为1 000 Mbps，通信协议为TCP/IP，具备同时传输最多64 路视频的带宽；工作面采用LED 照明，为视频系统与工作面提供良好的光照条件，每台LED 灯照度不小于4 000 Lux，每3 架支架安装两台LED 照明灯（煤壁1 台、后部运输机1 台）。为保证工作面高清视频图像地面存储不低于1 个月时间，存储服务器自带磁盘冗余功能（4T，不少于8 块），保障视频数据的可靠保存。

3.3 支架电液控系统

14025 工作面采用ZE07-04 型支架电液控系统，该系统电液控制系统显示菜单语言为中文，控制器外壳材质必须采用不锈钢，具有较好的防尘、防水、防腐蚀及抗砸能力，同时控制器外加装全不锈钢控制器防护罩，防止冲洗支架时强压水冲刷及飞溅。可实现本架、邻架与隔架电控的手动、自动操作，以及单台支架一键“降、移、升”动作。具备无线遥控采煤及放煤功能，包括单架动作和成组动作，成组移架、成组推溜、成组伸收伸缩梁、成组伸收护帮、成组喷雾等，配置30 台无线遥控装置（具备放煤遥控功能），控制器还配备红外线发射、接收装置，可与工作面采煤机实现联合自动动作。同时具有接收采煤机数字信号实现联动功能，能够满足采煤机、刮板机记忆割煤、一键放煤、自动放煤的需求。支架电液控制系统采用隔爆兼本安型电源，供电电压为AC127 V 50 Hz，宽幅输入（AC 85 V～265 V），宽温工作(-20℃～60℃)，双路输出，输出电压为12 V，输出电流2 A；供电能力为1 台/6 架，具备短路、双重过流、双重过压、自动恢复等保护功能。

为精确控制液压支架推移动作，在支架推移千斤顶活塞内安装了行程传感器，行程传感器安装见图2。根据工作面液压支架的推移步距，行程传感器长度不低于800 mm，传感器精度可控制在±3 mm 范围内。

图2 行程传感器安装

3.4 工作面智能供液系统

工作面供液系统配备4 台BRW-400/31.5 NB型乳化液泵，2 台8000 L 乳化液箱及其配套供液站，2 台BPW516/16 型喷雾泵及其配套水箱。采用集中分布式控制方式，具有就地、集中、远控等多种控制模式，实现单泵或多台泵（4 台）的手动与自动运行，满足工作面供液要求。控制系统对外须提供以太网接口，采用EtherNet/IP、TCP/IP 或OPC协议与第三方进行数据通信，实现泵站远程监测、控制与数据上传功能。控制系统具有数据管理信息化平台，通过监控主机将泵站系统的相关数据直观显示，为操作工人提供简便的操作界面，方便操作，信息平台能够集中显示泵站运行状态、故障报警、历史记录等信息。

3.5 工作面系统集成及数据上传

将综放工作面液压支架、采煤机、刮板运输机、转载机、破碎机、胶带输送机、乳化液泵站、喷雾泵站、供电系统等系统集成起来，建立工作面万兆工业环网和井下双数据交换主机实现工作面自动化控制，利用矿井综合自动化系统向地面传输，在地面主机上进行显示，实现远程监测以及各种数据的实时显示、监控等。

工作面每6 架支架安设一个本安型交换机以建立千兆以太网，可接入视频信号，通过井下双数据交换主机，在顺槽监控中心对综放设备进行远程监测、显示、控制，实现综放设备数据上传，通过矿井环网将综放设备的数据上传至地面，通过地面分控中心对井下设备的一键启停控制，以及对采煤机、支架、三机、泵站系统的远程控制。

4 结语

采煤工作面智能化、自动化是现代煤矿企业的发展方向，赵家寨煤矿通过对14025 综放工作面的智能化改造升级，基本实现采煤面自动化开采。但由于煤岩识别技术不够成熟，无法有效解决煤岩识别问题，在工作面视频监控系统的替代下，工作面进行放顶煤作业时，需要通过时序控制以及键盘控制，无法做到采煤过程全自动，并且割煤机的记忆截割功能在煤层变化较为复杂的情况下需要人工进行调节。