尔林兔矿智能化综采工作面建设现况

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摘要：煤矿智能化建设是实现煤炭资源安全高效绿色开发的必由之路，也是我国煤炭工业高质量发展的战略任务。以尔林兔矿智能化综采工作面建设为例，因地制宜，因矿施策，对标内蒙古智能化建设评分办法，对采煤系统、支护系统、运输系统和综合保障系统进行了智能化建设设计，重点对采煤系统的建设方案进行阐述，最终实现了尔林兔矿工作面的安全、高效、绿色开采，该研究可为其他煤矿智能化综采工作面建设提供一定借鉴。

关键词：智能化；综采工作面；液压支架；采煤机

2020年2月，国家发展改革委、国家能源局等八部委共同印发了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，对于推进煤炭行业转型升级、促进煤炭工业高质量发展具有重要意义。推进煤矿智能化建设，使煤炭传统产业加快向数字化、智能化新产业和新业态转型，走安全清洁低碳利用的绿色智能化发展之路。中国工程院院士王国法指出，加快煤矿智能化发展，建设“智能+绿色”煤炭工业新体系，实现煤炭资源的智能化安全高效绿色开发与清洁高效利用，是我国煤炭工业高质量发展的战略任务和必由之路。尔林兔煤矿属于新建矿井，要实现高质量发展，必须立足实际进行智能矿山建设，进一步减少采掘工作面作业人员，提升工作面安全和生产效率。

1尔林兔矿工作面现状

内蒙古汇能集团尔林兔煤炭有限公司位于东胜煤田新街矿区，开采方式为井工开采；矿井设计生产能力8.0Mt/a，矿井采用斜井开拓方式；全部冒落法管理顶板。根据矿井采掘规划，拟在2-2中煤层建设一个智能化采煤工作面。2-2中煤层为尔林兔煤矿主要可采煤层，平均厚度3.6m，采用综合机械化一次采全高工艺。工作面长度350m，倾角1°～5°，工作面循环进度0.865m，双向割煤。工作面配备197架郑煤机的ZY12000/22/45D型液压支架，天地科技MG750/1760-WD型采煤机1台，天地奔牛SGZ1000/3×1000型刮板输送机1台，无锡威顺BRW500/31.5F型乳化液泵站1台，通过天津华宁电子有限公司KTC101型工作面集控系统。

2智能化建设设计

2.1建设原则

坚持聚焦汇能煤电集团战略方向，服务集团高质量发展的原则；坚持立足实际，着眼长远，注重实效，适度超前的原则；坚持以系统优化，减人提效，全面提升煤矿安全、生产管理水平为出发点的原则；坚持先进、经济、实用的原则。另外，智能化升级改造要充分利用现有系统和设备，同时，要与煤矿生产接续相协调，保证安全生产的平稳过渡。

2.2建设目标

通过对设备和系统的升级改造，最终实现以电液控制系统、采煤机控制系统、三机集控系统、泵站控制系统为基础；以工作面环境监测系统、人员识别系统、顶板压力检测系统、工作面视频系统、安全监测系统为保障；以工业总线网络为通道；以工作面大数据分析和处理为依据；以高端集控设备为平台；建设成以井下集控、地面远控、系统智能控制为目标，具有自动感知、智能控制的安全高效、节能、少人化的智能化综采工作面。其结构如图1所示。

2.3建设内容

2.3.1割煤系统升级功能（1）采煤机可实现自主定位，同时具备远程控制、姿态控制功能。本方案采用惯性导航系统实现采煤机的精准定位。设计通过在采煤机机身增加红外线位置检测装置来实现采煤机自主定位功能。通过安装在采煤机机身上的红外线发射装置发出红外线，当安装在支架上的红外线传感器接收到红外线时，通过电信号将此信息传达给支架控制器，即可认为此时采煤机的位置在本支架之前，同时通过运行程序和通信，指挥相应支架执行相应的自动动作，视频画面也会跟随采煤机进行切换。采煤机摇臂等部件需升井改造，在左右摇臂安装高精度倾角传感器，测量摇臂摆角，进而精确测量出滚筒的采高；牵引箱增加位置编码器，进而精确测量出采煤机行走位置；通过顺槽监控中心、地面分控中心实现对采煤机姿态的实时监测和远程控制。（2）采煤机应有与瓦斯监控系统联动控制功能。目前，采煤机配有瓦斯传感器，但未实现联动控制。需增加数字量瓦斯浓度传感器，实现与采煤机的联动控制。（3）采煤机具备智能调速、自动调高、记忆截割功能。①采煤机智能调速功能需与刮板运输机负荷关联，实现煤流负载平衡。当监测到运输机载荷过大，系统自动报警，人员通过查看视频，进行判断，给予正确处理。当监测到煤流负荷达到停机值时，采煤机自动停机。由于该采煤机采用的是变频调速驱动，因此，通过顺槽监控中心对煤流负荷的监测，可以对采煤机进行智能调速。②在实现精确测量采煤机滚筒采高和采煤机行走位置的基础上，通过升级或更换采煤机原控制系统、增加采煤机记忆截割软件，实现自动调高和记忆截割功能。（4）采煤机具备与支架防碰撞功能。在采煤机实现实时监测滚筒采高和采煤机行走位置及支架实时监测姿态的基础上，顺槽监控中心通过预警机制，防止采煤机和液压支架产生干涉和碰撞。采煤机与支架防碰撞功能逻辑示意图如图2所示。（5）采煤机具备故障诊断与预警功能。采煤机已具有部分故障诊断功能，包括过载、过流、过压、欠压、漏电、短路保护，水压、水量检测和保护。通过增加采煤机顺槽控制箱，实现采煤机与控制箱的双向通信，以实现故障诊断与预警功能。2.3.2支护系统升级功能原工作面配套的03型电液控制系统版本较低，因此，需更换为满足智能化建设要求的新电液控制系统。同时，每架需增配1套支架姿态传感器、1套护帮板传感器（压力传感器和倾角传感器组成）、1套自动反冲洗过滤器。2.3.3运输系统工作面原有的设备已不能满足智能化建设要求，须通过配置工况监测、链条自动张紧控制、智能调速等系统，形成具有全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制功能的智能控制工作面输送设备。2.3.4综合保障系统通过对泵站供液系统、视频监视系统、照明系统的升级改造，以及增加人员定位系统、矿压监测系统、喷雾降尘系统、顺槽监控中心和地面分控中心等，最终实现在顺槽监控中心和地面分控中心对工作面设备的集中控制与一键启停功能。

3结语

综采工作面智能化系统需集成及上传数据到地面调度中心，实现设置在地面调度中心的综采工作面分控中心对综采工作面的远程监控。通过工作面采煤机、液压支架、刮板输送机等综采设备的集中智能控制，自动完成割煤、支架跟机和推溜拉架作业等整套采煤工艺流程，最大限度地减少人员参与，降低工人劳动强度，提高工作面安全作业水平。

作者：刘玉春 杨航 单位：内蒙古汇能集团尔林兔煤炭有限公司 中国矿业大学