煤矿综采工作面智能化开采技术应用

煤矿综采工作面智能化开采技术应用

李旭东

徐矿集团新疆赛尔能源责任有限公司    834406    

摘要：为了提高综采综采智能化程度，达到智能化、智能化的生产目的，着重探讨单机智能化、功能堆积木式重叠的“装备+智能”采矿模式。针对这种采矿方式所具有的协同、互联、互感等智能功能的不足进行了讨论。

关键词：装备+智能；智能化+装备；开采模式；智能控制；综采工作面

引言

综放工作面的智能化，是推进煤炭供给侧改革，贯彻能源安全新发展的新策略，是提高矿井智能化水平的关键技术支持。在国外对综采工作面的智能技术进行了深入的探索，利用了采煤机的内存截割技术、液压支架自动跟踪技术、刮板输送机的变频软起动技术和电液协调控制技术，使其能够在一次生产中完成3~5人的自动操作，并初步达到远程控制、远程状态监测、远程设备作业可视化的目的[1]。

例如：澳大利亚科技和工业部推出“Landmark”技术，用于综合开采、智能截割、智能碰撞等先进的综合采掘设备。卡特彼勒在综合应用PMCEvo-S技术的基础上，研制了一套综合综合信息化综合通讯平台，并将其与综采工作面的各个通信子网络进行了互联和数据交换。自2010年左右，中国煤科、中国煤炭大学等企业开始对综放作业智能化技术进行了深入的探索，先后在神东、平朔、冀中能源、黄陵等矿井进行了工业化实验，并对其进行了可视化的、远程介入的智能化作业。

目前全国已建成近1000个自动综采自动控制，液压支架电液控制，“三机”控制，近400个可远程可视、自动校直的自动化作业。

在国家“智慧矿井”和“智慧矿井”建设进程中，煤矿“智能化”、“少人化”、“无人化”等方面的深入探索，力求在矿区内达到“无人化”的目标。本文从“设备+智能化”开采模式和智能化开采模式两个角度论述了矿井智能化开采模式，在探讨今后综采工作面智能化机械化开采技术的同时进一步提升煤矿智能化应用水平。

1综采工作面“装备+智能”开采模式

“装备+智慧”采掘工作面采煤机、液压支架、刮板输送机等单机智能化控制系统，采用单机联动和闭锁控制技术相结合的控制方式[2]。

我国矿井“设备+智能化”采矿方式经过了“机械化-自动化-智能化”三个发展时期，从引进外国设备为主，发展了国产采煤装备的机械化，实现由炮采到普采的转变，初步实现了综采机械化。随着我国液压支架电气液压控制装置的工业性实验获得了应用，我国煤矿综采已步入了机械化采矿生产的发展，例如在采煤机机身安装倾斜传感器实现机身倾斜检测、安装红外传感器实现采煤机机身实时定位，在液压支架机身安装压力传感器实现立柱压力可实时监测、在刮板输送机机身安装速度/撕裂/烟气/跑偏等传感器实现运行状况可实时监测，进入了综采自动化阶段，但仍以采煤机司机、液压支架工、刮板输送机司机现场控制为主。综放工作面智能化分为智能化1.0,2.0,3.0,4.0四个智能化水平。

智能化1.0是将采煤机的记忆式切割与刮板输送机的皮带速度协同控制技术、采煤机液压支架精确定位技术、液压支架自动跟踪控制技术、刮板输送机的变频调速技术、“三机”遥控控制技术[3]。利用黄陵煤矿2014年实施远程可视介入技术，实现了综采机械化机械化生产，使我国煤矿生产步入了信息化1.0的时代，“有人巡视、中部跟机”。通过在顺沟监视系统，井下作业人员可以遥控、实时监视综放综放作业，并可随时跟踪作业。智能化2.0是指基于智能化1.0开发的煤矿机械三维定位技术、液压支架位姿协调监控技术、基于铲式运输机的惯性导航技术。通过2016年度，在兖矿利用惯性导航技术，实现了煤矿井筒液压支撑的自动化校正，我国煤矿综合开采已步入了2.0智能化的新时期。

智能化3.0是以智能化2.0为核心，构建了煤矿开采的三维三维模型，并将其与综放智能监控相结合，从而达到了数字开采；通过对地质模型变化的监测，对“三机”的参数进行调整，将其应用于地质模型及智能监控，从而实现了“边采边修”的智能化综采方式，实现了无人巡视、远程干预。神东煤矿2017年勘探了煤矿综采工作面的三维地质模式，开启了我国煤矿智能化综合开发3.0的新时期。智能化4.0是指将5 G通信技术、云计算技术和大数据技术相结合，以智能3.0为核心，使综采工作面无人化、透明化。

2综采工作面“智能化+装备”开采模式

“智能+设备”采掘作业方式是以智能协同控制技术为基础，使采煤机、液压支架、刮板输送机的功能互联、智能协同、融合控制、系统协调的创新控制方式，解决了传统的“设备+智能”采矿方式的单一“三机”协同控制方式，无法充分利用系统间的协同、互联、互感等智能功能[4]。

智能化感知：指综合利用各种监测资料，通过压力、倾角、高度、行程、速度等传感器，利用惯性导航技术和三维激光扫描技术，构建大数据综合综放工作面综合监控平台，并将透明地质规划、三维空间感知、自适应截割技术等技术改造。

智能化辨识：是指利用新型云台、巡检机器人、多目视式立体摄影机，建立高清低延时的智能化辨识体系。智能控制系统：利用地面空间舱、新型监控中心、数字孪生系统、 SLMA机器人、透明工作面等技术，对工作面的各个子系统进行远程、智能、协同和集中控制。

智能诊断：指利用智能故障诊断技术和智能移动管理技术，对煤矿井下综采装置的生命周期进行监测、诊断和智能管理。

智能判别：是指利用智能姿态调整、智能安全闭锁等手段，对井下作业进行自动调整与安全闭合。

智能化语音控制：是指利用三机智能语音技术，在矿井生产中，实现了矿井的语音和语音信息的智能化通信。

智能化预警：是指利用电子围栏技术、人员定位技术、声光语音等技术，对矿井周边进行智能化判定和智能预警。

“智能+设备”的综合开发方式，使综采工作面实现了智能协同与智能融合，并形成智能割煤系统、智能支护系统、智能运输系统、智能集成供液和电力系统以及乳化液供求匹配五个控制实体。

在智能分选和智能分选中，需要进行煤流负荷平衡、智能刮板输送机调速、智能采煤机的智能调速[5]。

3运用剖析

采用“设备+智能化”的综合开发方式，在张家峁矿16211综采工作面进行了6个多月的工业化生产，采用了自动截割、记忆截割、液压支架自动跟踪、刮板输送机智能化调速、远程控制等技术，使生产人员从18~22名降到8~12名；从11-13刀/天提高到13-15刀/天；在此基础上，完成了对地—井的“一键启停”；采用集中控制+人为介入协同协同的方式，使采煤机、刮板输送机和液压支架协同工作，使综采工作面的综合利用率增加27%。

结论

“智能化+装备”采矿方式有利于将智能化、大数据、信息化技术应用到煤矿综采工作面的智能化，从而使综采流程能够自主采掘。具有良好的地质环境适应能力，确保安全稳定采煤，提高了综采工作的效率。

参考文献

[1]黄曾华.综采装备单机智能化向智能协同模式转型的探索研究[J].煤炭科学技术,2021,49(4):169-175.

[2]邢旭东,张永杰,刁宗宪,等.王家塔煤矿智能化综采工作面建设研究[J].工矿自动化,2020,46(11):100-105.

[3]田诚,王恒.张家峁煤矿15211综采工作面智能化改造实践[J].中国煤炭,2021,47(11):44-50.

[4]张勇.综采工作面智能化技术与设备分析[J].能源与节能,2022(1):90-91.

[5]石文朋,陈兆生,魏宝贞,等.综采工作面智能化开采技术现状及研究[J].能源技术与管理,2021,46(3):22-23.