智能采矿技术在胡家河矿综放工作面的应用实践

李森，闵孟岗(陕西彬长胡家河矿业有限公司，陕西 咸阳 713600)

0 引言

国家为提高煤矿开采效率和安全工作水平，在煤矿智能化发展方面给予了一系列优惠政策，使得全国各地不同类型、模式的煤矿纷纷引入或融入智能化、信息化技术，降低开采的危险性，保障工作人员的生命安全。本文以胡家河矿为例，分析了智能化开采技术的优势和运用原则，介绍了综放工作面智能开采技术在运输、放煤、监控工作面、控制采煤机等方面的运用优势，真正做到安全化高效生产，开采经济效益进一步提升。

1 智能化开采技术的优势及使用原则

1.1 优势

智能化开采技术包含人工远程控制技术，相关工作人员可通过远程操作，实现动态化了解实际开采情况以及现场问题，便于及时调整作业模式，保障整体作业效果。另外，井下作业时，可借助高清摄像头实时监控综采作业情况，全过程监测采煤机、输送机等设备的运行状态，并能通过红外线传感器，精准跟踪机械设备的作业位置，为开采工作创造良好条件，降低工作任务量。此外，利用直线度控制技术，综采装备工作面处于直线状态，避免后期作业阶段损坏输送机等设备[1]。

1.2 原则

为了进一步提升智能化开采技术的运用效果，实际运用阶段遵守相应的原则，保障各项工作有序推进，带来更高的经济效益。具体而言：其一，安全性。智能化开采技术运用阶段，应保障所有作业人员的安全性，技术人员掌握相关设备、技术使用要点，按照规定有序工作。其二，智能化。灵活运用各种智能化设备，包含智能喷雾装置、红外发射器等等，不断提高综放工作面的产量。

2 工程概况

胡家河矿井中401110 属于第十个综放工作面，是401 盘区的第七个综放工作面，属于4 号煤层。相关人员根据以往工作经验，参考灾害治理模式，并深度分析防治水、防灭火抽采的可行性，在保障安全化生产的基础上，将工作面设计切眼长度设置为220 m，使其成为胡家河矿设计切眼最长的工作面。此工作面采取两巷布置方法，包括回风巷、运输巷，充分利用周边地理环境，合理优化回风巷外围巷道设计，在401 盘区辅运开口施工，以此减少施工任务量。另外，综放工作面基础配套设备包括：采煤机、过渡液压支架、中部液压支架、前后部刮板输送机、转载机、胶带自移机等等。

3 智能化开采系统设计

3.1 系统配置

智能化开采系统包含三层结构，其中第一层为动力供应设备、采集运输设备、检测及动作控制系统；第二层为集中监控层，通过以太网、总线等方式传递和接收信息，便于集控中心灵活控制各个分系统；第三层为井上监控层，利用网络高效化传输数据信息，地面监控室通过分析数据信息了解井下作业情况。智能化开采系统包含工作面视频系统、顺槽监控中心、泵站集成控制系统、采煤机控制系统、电液控制系统等等。以采煤机控制系统为例，系统设计期间需要保障监测功能、控制功能等得以实现，其中监测功能包含：液压支架电机漏电闭锁自动化报警，智能化监测采煤机实际位置、作业速度、牵引方向、温度和电流等数据。而控制功能包含：修改智能化系统的运行参数，发挥自动跟机移架、记忆截割的功能，分析记录数据再运算。

此外，采煤机控制系统设计遵守全面化、可靠性、安全性的要求。实际设计阶段，此系统具备远程智能控制、就地操作互锁的功能，当采用远程控制模式时，也可就地控制，而就地控制期间不允许远程控制，以此实现安全化操作采煤机。在智能记忆截割状态下，人工能够干预每项操作，一旦工作面周边环境发生明显变化，将造成实际数据、记忆数据差别明显，此时需要借助人工干预的方法，合理化调整记忆截割轨迹。不仅如此，根据相关调查结果显示，智能化开采技术运用期间仍然存在较多的问题。如：传感器性能不稳定，由于具体生产期间采集数据需要借助传感器，要求传感器具有良好的稳定性和精度，但由于井下整体作业环境较差，极易出现传感器失真等不良情况，造成数据传输错误，影响实际开采效果。针对这一特点，智能化开采系统设计期间，需要融入多传感器融入技术，强化系统运行的冗余性能，保障传感器稳定运行，高效化采集和传输数据。

3.2 系统设计

智能化开采系统设计阶段，相关技术人员遵守相关设计原则，保障系统符合实际作业需求，得到有效落实。具体而言：

经济性，保障系统性能和运行效果的基础上，优先选择性价比高的配件和技术，合理化节约资金，严格落实节约理念，实现项目建设效益最大化，并注重全过程监督管理，避免产生额外的经济损失；

可靠性，建设期间工作人员选择高性能高质量的产品，遵守优中选优的原则，避免后期系统运行期间频繁出现各种各样的问题。同时，安装硬件阶段、网络连接、操作系统时，需要全面化展开故障检测，多角度分析诊断报告，采取有效的处理方法，进一步提高系统运行的稳定；

开放性，在遵守国家规定和行业标准的基础上，将通讯协议接口公开处理，提高各个系统之间的互操作能力，优化系统操作流程；

实用性，根据智能化开采系统设计目的，结合工作需求，积极借鉴国内外相关系统设计经验，取其精华去其糟粕，选择发展成熟的现代化技术，防止一味地追寻智能化、信息化，不考虑系统设计要求，选择一些新兴技术，导致系统设计未达到实际需求。另外，以综采工作面为核心，了解相关用户的实际需求，针对性设计系统功能，促使合理化运用每个功能，并具有方便维修、方便操作等特点；

整体性，智能化开采系统设计阶段，考虑子系统之间的关联性，引入一体化设计理念，不断提高整个系统的运用质量；

安全性，系统设计期间设置抵抗计算机病毒的模块，强化系统的抗干扰能力，降低网络因素带来的影响。并设置关闭电源后数据自动保存功能，根据用户等级赋予相对应的权利，以此降低人为因素的影响；

易维护性，采取模块化的结构设计理念，每个模块具备自动化检测、诊断的功能，可以根据诊断结果制定安全防护措施，有助于技术维护人员第一时间发现问题，短时间内完成维护工作；

可扩展性，系统设计阶段保障整个结构便于扩充，满足大型任务负载的运行要求，并且系统向下兼容，保护用户信息资料的完整性[2]。

4 综放工作面智能化开采技术应用

4.1 采煤机控制

采用综放工作面智能化开采技术时，优化采煤机系统，具备无线、有线两种通信方式，可以高效化向工作面集控中心传输数据，提高采煤机控制水平，使其处于安全稳定运行状态。实际作业期间，主要采用人工操作自动化平台，或者设置系统内部程序方式，远程发送控制指令，采煤机按照指令作业，控制指令包含摇臂升降、截割控制、牵引等等，而为了保障指令顺利实施，系统延时控制在200 ms 以内。同时，集中控制中心重点采集和分析采煤机的运行参数，便于及时发现异常运行数据，第一时间采取有效的保护措施。瓦斯浓度、温度、压力、冷却水温度、油箱位置、电流等等都属于主要采集内容，只有全面化采集数据，才能实现全面化管控采煤机[3]。

在集中控制中心的监测和管理下，采煤机、泵站设备等正常运行，当控制中心下达启动命令，采煤机展开记忆割煤作业模式，自动化采集煤矿资源。另外，自动化割煤技术融入中部进刀割煤作业流程，采煤机斜切进刀作业，刀段长度15 m、深度0.8 m。整个割煤作业包含16 个环节，并借助实时煤量监控系统，一旦发现煤量超过标准值，系统自动关闭放煤程序。移架方式为：在集中控制中心设置初始跟机命令，采煤机自动化割煤，技术人员根据采煤机惯导数据，调整运输机，使其移动至进刀位置，当刮板输送机处于直线状态，推溜动作停止。

通过发挥综放工作面智能化开采技术的优势，实现采煤机自动化管控，降低人工成本，并构建安全化的作业环境，降低工作人员的任务量，加快生产效率。此外，设置液压支架电液系统，采煤机自动化运行，按照设计程序移架、回采作业。

4.2 工作面监控

运用综放工作面智能化开采技术过程中，工作面设置负荷监测平台、煤量扫描装置、防碰撞等设备，能够实现全面化监控，并采取记忆截割、智能放煤、远程集中控制的模式，有助于生产效率大幅度提升。具体操作期间，选择四六制生产组织模式，根据具体作业地点的实际情况，灵活安排各个岗位的人员，做到人力资源合理化配置。工作面区域设置监控员、巡检工等职位，分别负责不同的工作任务，实现多角度监控开采情况，保障作业质量。

其中远程放煤监控员负责：通过观看视频、分析信息数据，掌握工作面的运行情况，全过程监测支架动作，并精准判断当前运输机的负荷大小，及时采取相对应的措施管控放煤口的数量。还负责启动或关闭综采设备，实行远程干预采煤机的运行状态。工作面监控人员负责：定期巡检采煤机、液压支架，了解设备真实运行状况，针对性制定维护方案，延长设备的使用时间。并能在开采阶段仔细观察设备，一旦发现异常情况或潜在安全隐患，立刻切断电源停止运行，之后与技术人员取得联系，共同探讨问题的解决方法。超前支架工作业区域为回风巷、进风巷，两个位置分别委派一名工作人员，一个负责调整支架移动不到位，另一个负责监督和指挥操作人员[4]。

4.3 运输与放煤

运用智能化放煤控制技术时，根据综放工作面的实际情况，建设完整的作业方案。具体而言：

其一，精准管控支架放煤机构，包含监测位姿、防碰撞控制。在设计放煤支架时，选择可靠性良好、精度高的尾梁行程传感器，做到高精度管控放煤机构，并设置倾角、红外、压力等不同类型的传感器，实时监测井下信息，高效化传输至调度指挥中心，同步保存、处理、显示数据。为了提高支护高度监测效果，精细化控制液压支架的姿态，需要调整放煤工作面生产作业流程，安装新型测高传感器，局部检测支架的整体姿态，避免支架高度不符合要求。

其二，探测顶煤、识别煤矸技术，有助于实现智能化开采煤炭资源，保障整个开采流程的安全性，工作人员能够掌握煤层的厚度。正常情况下，无法利用传统方法观察到综放工作面的煤岩分界线，应借助雷达技术观察，精准掌握岩层与煤层的交界位置，灵活管控采放比。根据相关调查结果显示，岩石和煤的介电常数差异化明显，当脉冲雷达发射特定信号后，在交界位置产生强烈的反射信号，从而精准计算煤层的厚度。雷达技术的合理化运用，相关人员根据煤层计算结果，预测放煤量，再根据放煤时间、数量等，不断优化放煤方案。目前，探地雷达技术运用较为广泛，搭配无线电脉冲技术，可满足煤层厚度在3 m 左右的测量需求。此外，智能化开采系统设置运输控制系统，包含组合开关、皮带通讯控制器、胶带运输系统等，促使运输过程具有自动化、智能化的特点。通过运用智能化采集技术，由传统手动放煤转变成自动化放煤，只需要委派巡视人员监控即可，降低放煤阶段对人工的需求量，并避免放煤不均衡问题的出现，提高运输效率，保障整个放煤流程稳定化开展，为相关企业带来更大的经济效益。

5 结语

总而言之，在时代快速发展的背景下，智能化技术高效化发展，并广泛运用于各个领域，取得良好的使用效果，其中运用于煤矿开采行业，可以推动综放工作面开采技术趋于智能化方向发展，降低人工需求量，加快开采效率，为相关企业带来更高的经济效益。以胡家河煤矿为例，在了解开采地点实际情况的基础上，设计智能化开采系统，优化系统资源配置，主要运用于放煤、工作面监控、控制采煤机等工作，改善具体作业环境，达到减员增效的目的，在保障工人生命安全的基础上，大幅度提高生产效率。