煤礦智能化開采體系研究

趙培范，車本方，王東亮

（山東能源棗莊礦業(yè)（集團(tuán)）有限責(zé)任公司七五生建煤礦，山東 濟(jì)寧 277606）

近年來，煤炭行業(yè)加速推進(jìn)信息化、智能化建設(shè)，智能化開采成為大勢(shì)所趨，由采煤工作面各系統(tǒng)、施工工藝、勞動(dòng)組織、保障措施構(gòu)成了煤礦智能化開采的新體系。

1 智能化采煤工作面各系統(tǒng)建設(shè)

1.1 采煤機(jī)智能控制系統(tǒng)

煤機(jī)智能控制系統(tǒng)由學(xué)習(xí)割煤和記憶割煤組成，通過人工操作、學(xué)習(xí)記憶一個(gè)割煤循環(huán)后，在地質(zhì)條件穩(wěn)定時(shí)，后續(xù)生產(chǎn)調(diào)用記憶截割功能，實(shí)現(xiàn)煤機(jī)自動(dòng)重復(fù)執(zhí)行上一循環(huán)割煤時(shí)的速度、采高等狀態(tài)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)智能割煤。在地質(zhì)條件變化時(shí)，可以實(shí)時(shí)對(duì)煤機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程干預(yù)，以彌補(bǔ)智能化割煤缺陷，達(dá)到智能采煤、遠(yuǎn)程干預(yù)的最佳狀態(tài)。

1.2 支架智能控制系統(tǒng)

支架智能控制系統(tǒng)以電液控制支架為基礎(chǔ)，具備對(duì)支架壓力、推移行程、姿態(tài)的遠(yuǎn)程監(jiān)控，生產(chǎn)期間按照采煤機(jī)工藝，依據(jù)采煤機(jī)位置實(shí)現(xiàn)智能跟機(jī)移架、自動(dòng)端頭斜切進(jìn)刀、自動(dòng)補(bǔ)壓，并實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)上傳及故障分析、統(tǒng)計(jì)和診斷等功能。支架自動(dòng)跟機(jī)示意圖如圖1。

1.3 遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控系統(tǒng)

圖1 支架自動(dòng)跟機(jī)示意圖

通過在工作面液壓支架安裝球機(jī)攝像頭，實(shí)現(xiàn)在生產(chǎn)期間對(duì)采煤機(jī)前后滾筒截割狀態(tài)、支架狀態(tài)、煤壁狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并分別在工作面運(yùn)輸沿線刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、皮帶機(jī)等需監(jiān)控位置安裝球機(jī)攝像頭，實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵位置的全方位視頻監(jiān)測(cè)。視頻監(jiān)控系統(tǒng)示意圖如圖2。

圖2 視頻監(jiān)控系統(tǒng)示意圖

1.4 工作面遠(yuǎn)程集中操控系統(tǒng)

通過各類傳感器、視頻和控制單元對(duì)工作面智能化設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)和控制，在井下工作面集控室和地面調(diào)度中心實(shí)現(xiàn)了對(duì)采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)及膠帶運(yùn)輸機(jī)“一鍵啟?！焙汀绊樞騿⑼！?，根據(jù)工作面情況遠(yuǎn)程操控，隨時(shí)干預(yù)采煤機(jī)、液壓支架運(yùn)行，將工作面環(huán)境、設(shè)備和人員有機(jī)地統(tǒng)一起來，將人從惡劣危險(xiǎn)的工作環(huán)境中解放出來。一鍵啟停示意圖如圖3。

圖3 一鍵啟停示意圖

1.5 工作面大數(shù)據(jù)系統(tǒng)（如圖4）

將支架壓力、煤機(jī)軌跡、乳化液自動(dòng)配比以及高低壓過濾站等生產(chǎn)數(shù)據(jù)上傳并建立數(shù)據(jù)庫，實(shí)現(xiàn)對(duì)生產(chǎn)狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)及歷史數(shù)據(jù)查詢，并運(yùn)用云平臺(tái)技術(shù)實(shí)現(xiàn)在礦局域網(wǎng)內(nèi)任何一臺(tái)計(jì)算機(jī)和手機(jī)APP 上對(duì)井下生產(chǎn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)訪問，從而更好地指導(dǎo)安全生產(chǎn)。

圖4 工作面大數(shù)據(jù)系統(tǒng)示意圖

2 智能化開采施工工藝

2.1 工作面無人遠(yuǎn)程操控生產(chǎn)工藝

通過視頻監(jiān)控系統(tǒng)將工作面狀況遠(yuǎn)距離傳輸至地面集控室，生產(chǎn)期間，工作面內(nèi)人員全部撤離，由地面調(diào)度室或井下工作面集控中心司機(jī)操縱遙控器實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控采煤機(jī)、液壓支架、刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、皮帶機(jī)一鍵啟停，并根據(jù)工作面情況對(duì)煤機(jī)割記憶截割、支架根機(jī)移架等進(jìn)行遠(yuǎn)程干預(yù)。

2.2 工作面巡檢生產(chǎn)工藝

當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)地質(zhì)條件發(fā)生變化如遇到斷層等情況，視頻監(jiān)控?zé)o法滿足生產(chǎn)操作的要求時(shí)，在工作面生產(chǎn)期間，由地面調(diào)度室或井下工作面集控中心司機(jī)操縱遙控器實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)、液壓支架、刮板運(yùn)輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、皮帶機(jī)一鍵啟停，保留采煤機(jī)巡檢、支架巡檢各1 人根據(jù)工作面情況對(duì)煤機(jī)割記憶截割、支架根機(jī)移架等進(jìn)行人工干預(yù)，保留刮板運(yùn)輸機(jī)巡檢、轉(zhuǎn)載機(jī)巡、皮帶機(jī)巡檢各1 人對(duì)運(yùn)輸系統(tǒng)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行巡視檢查。

3 智能化開采勞動(dòng)組織

工作面采用“二八制”或“三六制”生產(chǎn)模式，夜班不進(jìn)行采煤生產(chǎn)作業(yè)。生產(chǎn)班采用采煤機(jī)以記憶割煤為主，人工遠(yuǎn)程干預(yù)為輔，液壓支架以跟隨釆煤機(jī)自動(dòng)序列動(dòng)作為主、人工遠(yuǎn)程干預(yù)為輔的作業(yè)方式。每班有1 名工長負(fù)責(zé)組織生產(chǎn)，配有集控司機(jī)、采煤機(jī)巡檢、支架巡檢、刮板運(yùn)輸機(jī)巡檢、轉(zhuǎn)載機(jī)巡、皮帶機(jī)巡檢各1 人，合計(jì)7 人。

4 智能化開采保障措施

4.1 實(shí)施支護(hù)工藝革新，創(chuàng)造安全高效環(huán)境

推動(dòng)支護(hù)工藝技術(shù)不斷革新完善，使用注漿錨索加固采煤工作面超前段巷道，有效替代傳統(tǒng)支架、支柱支護(hù)，形成“注漿錨索式超前支護(hù)技術(shù)”，不僅保障了超前支護(hù)安全，而且大大減輕了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)減人提效。

4.2 實(shí)施倉儲(chǔ)擴(kuò)容工程，提高生產(chǎn)緩沖能力

通過對(duì)井下倉儲(chǔ)系統(tǒng)再摸排、再分析，以生產(chǎn)緩沖能力滿足周日集休為原則，使各礦井下倉儲(chǔ)能力超過全天的生產(chǎn)能力，井上下儲(chǔ)煤量能夠滿足至少3 天的銷售量，為工作面集中生產(chǎn)、效能發(fā)揮和“減班不減產(chǎn)、停產(chǎn)不停運(yùn)、集休不停銷”創(chuàng)造了條件，為進(jìn)一步推進(jìn)智能化礦井高效生產(chǎn)奠定了系統(tǒng)基礎(chǔ)。

4.3 實(shí)施乳化液集中供液，保證液壓系統(tǒng)清潔度

因井下水質(zhì)差，人工配比出來的乳化液精度低，影響液壓設(shè)備性能，通過在地面建設(shè)乳化液集中供液站，通過遠(yuǎn)程輸液管道將配比好的乳化液輸送到井下，并經(jīng)過高精度多級(jí)過濾設(shè)備將乳化液輸送到工作面，保證了液壓系統(tǒng)的清潔度。

5 智能化開采礦井建設(shè)成效

5.1 經(jīng)濟(jì)效益

采用厚煤層智能化開采技術(shù)后，通過發(fā)揮裝備效能，工作面每循環(huán)工效達(dá)到160 噸/工/小時(shí)，提升2 倍以上。生產(chǎn)班人員數(shù)量由原先的12 人操作縮減為6 人巡檢，節(jié)約人工成本近一半，提高了礦井經(jīng)濟(jì)效益。

5.2 安全效益

實(shí)現(xiàn)了礦井智能化遠(yuǎn)程操控采煤，保護(hù)從業(yè)人員的安全健康，體現(xiàn)了“以人為本、安全發(fā)展”的理念。通過“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人”，實(shí)現(xiàn)了“少人則安、無人則安”，保障了礦井安全高效生產(chǎn)，促進(jìn)了礦井安全健康及可持續(xù)發(fā)展。

5.3 社會(huì)效益

礦井取消了夜班生產(chǎn)，促進(jìn)了生產(chǎn)方式的變革，把礦工從艱苦危險(xiǎn)的環(huán)境中解放了出來，從高強(qiáng)度體力勞動(dòng)中解放了出來，改變了煤礦的生產(chǎn)方式，改善了工人的生產(chǎn)環(huán)境，提高了職工的幸福指數(shù)，是煤炭開采的一次革命。