爾林兔礦智能化綜采工作面建設(shè)現(xiàn)況

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摘要：煤礦智能化建設(shè)是實現(xiàn)煤炭資源安全高效綠色開發(fā)的必由之路，也是我國煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略任務(wù)。以爾林兔礦智能化綜采工作面建設(shè)為例，因地制宜，因礦施策，對標(biāo)內(nèi)蒙古智能化建設(shè)評分辦法，對采煤系統(tǒng)、支護系統(tǒng)、運輸系統(tǒng)和綜合保障系統(tǒng)進行了智能化建設(shè)設(shè)計，重點對采煤系統(tǒng)的建設(shè)方案進行闡述，最終實現(xiàn)了爾林兔礦工作面的安全、高效、綠色開采，該研究可為其他煤礦智能化綜采工作面建設(shè)提供一定借鑒。

關(guān)鍵詞：智能化；綜采工作面；液壓支架；采煤機

2020年2月，國家發(fā)展改革委、國家能源局等八部委共同印發(fā)了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，對于推進煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型升級、促進煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義。推進煤礦智能化建設(shè)，使煤炭傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)加快向數(shù)字化、智能化新產(chǎn)業(yè)和新業(yè)態(tài)轉(zhuǎn)型，走安全清潔低碳利用的綠色智能化發(fā)展之路。中國工程院院士王國法指出，加快煤礦智能化發(fā)展，建設(shè)“智能+綠色”煤炭工業(yè)新體系，實現(xiàn)煤炭資源的智能化安全高效綠色開發(fā)與清潔高效利用，是我國煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的戰(zhàn)略任務(wù)和必由之路。爾林兔煤礦屬于新建礦井，要實現(xiàn)高質(zhì)量發(fā)展，必須立足實際進行智能礦山建設(shè)，進一步減少采掘工作面作業(yè)人員，提升工作面安全和生產(chǎn)效率。

1爾林兔礦工作面現(xiàn)狀

內(nèi)蒙古匯能集團爾林兔煤炭有限公司位于東勝煤田新街礦區(qū)，開采方式為井工開采；礦井設(shè)計生產(chǎn)能力8.0Mt/a，礦井采用斜井開拓方式；全部冒落法管理頂板。根據(jù)礦井采掘規(guī)劃，擬在2-2中煤層建設(shè)一個智能化采煤工作面。2-2中煤層為爾林兔煤礦主要可采煤層，平均厚度3.6m，采用綜合機械化一次采全高工藝。工作面長度350m，傾角1°～5°，工作面循環(huán)進度0.865m，雙向割煤。工作面配備197架鄭煤機的ZY12000/22/45D型液壓支架，天地科技MG750/1760-WD型采煤機1臺，天地奔牛SGZ1000/3×1000型刮板輸送機1臺，無錫威順BRW500/31.5F型乳化液泵站1臺，通過天津華寧電子有限公司KTC101型工作面集控系統(tǒng)。

2智能化建設(shè)設(shè)計

2.1建設(shè)原則

堅持聚焦匯能煤電集團戰(zhàn)略方向，服務(wù)集團高質(zhì)量發(fā)展的原則；堅持立足實際，著眼長遠(yuǎn)，注重實效，適度超前的原則；堅持以系統(tǒng)優(yōu)化，減人提效，全面提升煤礦安全、生產(chǎn)管理水平為出發(fā)點的原則；堅持先進、經(jīng)濟、實用的原則。另外，智能化升級改造要充分利用現(xiàn)有系統(tǒng)和設(shè)備，同時，要與煤礦生產(chǎn)接續(xù)相協(xié)調(diào)，保證安全生產(chǎn)的平穩(wěn)過渡。

2.2建設(shè)目標(biāo)

通過對設(shè)備和系統(tǒng)的升級改造，最終實現(xiàn)以電液控制系統(tǒng)、采煤機控制系統(tǒng)、三機集控系統(tǒng)、泵站控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)；以工作面環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、人員識別系統(tǒng)、頂板壓力檢測系統(tǒng)、工作面視頻系統(tǒng)、安全監(jiān)測系統(tǒng)為保障；以工業(yè)總線網(wǎng)絡(luò)為通道；以工作面大數(shù)據(jù)分析和處理為依據(jù)；以高端集控設(shè)備為平臺；建設(shè)成以井下集控、地面遠(yuǎn)控、系統(tǒng)智能控制為目標(biāo)，具有自動感知、智能控制的安全高效、節(jié)能、少人化的智能化綜采工作面。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.3建設(shè)內(nèi)容

2.3.1割煤系統(tǒng)升級功能（1）采煤機可實現(xiàn)自主定位，同時具備遠(yuǎn)程控制、姿態(tài)控制功能。本方案采用慣性導(dǎo)航系統(tǒng)實現(xiàn)采煤機的精準(zhǔn)定位。設(shè)計通過在采煤機機身增加紅外線位置檢測裝置來實現(xiàn)采煤機自主定位功能。通過安裝在采煤機機身上的紅外線發(fā)射裝置發(fā)出紅外線，當(dāng)安裝在支架上的紅外線傳感器接收到紅外線時，通過電信號將此信息傳達(dá)給支架控制器，即可認(rèn)為此時采煤機的位置在本支架之前，同時通過運行程序和通信，指揮相應(yīng)支架執(zhí)行相應(yīng)的自動動作，視頻畫面也會跟隨采煤機進行切換。采煤機搖臂等部件需升井改造，在左右搖臂安裝高精度傾角傳感器，測量搖臂擺角，進而精確測量出滾筒的采高；牽引箱增加位置編碼器，進而精確測量出采煤機行走位置；通過順槽監(jiān)控中心、地面分控中心實現(xiàn)對采煤機姿態(tài)的實時監(jiān)測和遠(yuǎn)程控制。（2）采煤機應(yīng)有與瓦斯監(jiān)控系統(tǒng)聯(lián)動控制功能。目前，采煤機配有瓦斯傳感器，但未實現(xiàn)聯(lián)動控制。需增加數(shù)字量瓦斯?jié)舛葌鞲衅鳎瑢崿F(xiàn)與采煤機的聯(lián)動控制。（3）采煤機具備智能調(diào)速、自動調(diào)高、記憶截割功能。①采煤機智能調(diào)速功能需與刮板運輸機負(fù)荷關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)煤流負(fù)載平衡。當(dāng)監(jiān)測到運輸機載荷過大，系統(tǒng)自動報警，人員通過查看視頻，進行判斷，給予正確處理。當(dāng)監(jiān)測到煤流負(fù)荷達(dá)到停機值時，采煤機自動停機。由于該采煤機采用的是變頻調(diào)速驅(qū)動，因此，通過順槽監(jiān)控中心對煤流負(fù)荷的監(jiān)測，可以對采煤機進行智能調(diào)速。②在實現(xiàn)精確測量采煤機滾筒采高和采煤機行走位置的基礎(chǔ)上，通過升級或更換采煤機原控制系統(tǒng)、增加采煤機記憶截割軟件，實現(xiàn)自動調(diào)高和記憶截割功能。（4）采煤機具備與支架防碰撞功能。在采煤機實現(xiàn)實時監(jiān)測滾筒采高和采煤機行走位置及支架實時監(jiān)測姿態(tài)的基礎(chǔ)上，順槽監(jiān)控中心通過預(yù)警機制，防止采煤機和液壓支架產(chǎn)生干涉和碰撞。采煤機與支架防碰撞功能邏輯示意圖如圖2所示。（5）采煤機具備故障診斷與預(yù)警功能。采煤機已具有部分故障診斷功能，包括過載、過流、過壓、欠壓、漏電、短路保護，水壓、水量檢測和保護。通過增加采煤機順槽控制箱，實現(xiàn)采煤機與控制箱的雙向通信，以實現(xiàn)故障診斷與預(yù)警功能。2.3.2支護系統(tǒng)升級功能原工作面配套的03型電液控制系統(tǒng)版本較低，因此，需更換為滿足智能化建設(shè)要求的新電液控制系統(tǒng)。同時，每架需增配1套支架姿態(tài)傳感器、1套護幫板傳感器（壓力傳感器和傾角傳感器組成）、1套自動反沖洗過濾器。2.3.3運輸系統(tǒng)工作面原有的設(shè)備已不能滿足智能化建設(shè)要求，須通過配置工況監(jiān)測、鏈條自動張緊控制、智能調(diào)速等系統(tǒng)，形成具有全面感知、實時互聯(lián)、分析決策、自主學(xué)習(xí)、動態(tài)預(yù)測、協(xié)同控制功能的智能控制工作面輸送設(shè)備。2.3.4綜合保障系統(tǒng)通過對泵站供液系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、照明系統(tǒng)的升級改造，以及增加人員定位系統(tǒng)、礦壓監(jiān)測系統(tǒng)、噴霧降塵系統(tǒng)、順槽監(jiān)控中心和地面分控中心等，最終實現(xiàn)在順槽監(jiān)控中心和地面分控中心對工作面設(shè)備的集中控制與一鍵啟停功能。

3結(jié)語

綜采工作面智能化系統(tǒng)需集成及上傳數(shù)據(jù)到地面調(diào)度中心，實現(xiàn)設(shè)置在地面調(diào)度中心的綜采工作面分控中心對綜采工作面的遠(yuǎn)程監(jiān)控。通過工作面采煤機、液壓支架、刮板輸送機等綜采設(shè)備的集中智能控制，自動完成割煤、支架跟機和推溜拉架作業(yè)等整套采煤工藝流程，最大限度地減少人員參與，降低工人勞動強度，提高工作面安全作業(yè)水平。

作者：劉玉春 楊航 單位：內(nèi)蒙古匯能集團爾林兔煤炭有限公司 中國礦業(yè)大學(xué)