40201智能化工作面的建设实践_于文博.pdf

842023 年第 5 期40201 智能化工作面的建设实践于文博（陕西彬长大佛寺矿业有限公司，陕西 彬州 713500）摘 要 以 40201 工作面为案例，对智能化采煤工作面的构建应用进行分析研究。根据智能化工作面建设目标，从智能采煤、支护、集中控制运输、供液等方面对 40201 智能化工作面的构建进行剖析。结果表明：建成后能实现工作面生产一键启停、记忆截割、跟机拉架、无缝衔接等功能，减少 25 人，节约人力成本 300万元/年，减人增效效果显著。关键词 智能化工作面；构建；采煤中图分类号 TD67 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.05.028Construction Practice of the 40201 Intelligent Working FaceYu Wenbo(Shaanxi Binchang Dafosi Mining Industry Co.,Ltd.,Shaanxi Binzhou 713500)Abstract:Taking the 40201 working face as a case,analyze and study the construction and application of the intelligent coal mining working face.According to the construction goals of the intelligent working face,this paper analyzes the construction of the 40201 intelligent working face from aspects such as intelligent coal mining,support,centralized control transportation,and liquid supply.The results show that after completion,the production of the working face can be achieved with functions such as one click start stop,memory cutting,following machine pulling frame,seamless connection,etc,reducing 25 people,saving labor costs of 3 million yuan/year,the effect of reducing personnel and increasing efficiency is significant.Key words:intelligent working face;construction;coal mining收稿日期 2022-10-28作者简介 于文博（1984），男，陕西渭南人，2008 年毕业于渭南师范学院物理学专业，本科，工程师，研究方向：煤矿智能化。于文博：40201 智能化工作面的建设实践于文博：40201 智能化工作面的建设实践1 概况大佛寺煤矿 40201 工作面位于 402 采区北翼，工作面走向长 1621 m，倾向长 298 m，走向长壁后退式综合机械开采。主要装备：MG500/1330-WD 型电牵引采煤机，SGZ-1000/1400 型和 SGZ-1200/1400 刮 板 输 送 机 各 一 台，SZZ1350/700 型 转 载 机。过渡支护采用 ZFG10000/23/37 型掩护式液压支架 7 架，中间支架采用 ZFG10000/24/36型 掩 护 式 液 压 支 架 113 架，端 头 支 架 采 用ZTZ20000/25/38ZZ6000/18/38D 型掩护式液压支架 1架，运顺超前液压支架组为ZTC30000/25/38型1组，回顺超前液压支架组为 ZTC40000/25/38B 型 1 组。2019 年以来，根据集团公司“四化”建设步伐，遵循“无人则安，少人则安”的建设目标，持续推进智能化、智慧化矿山建设，已累计建成五个智能化采煤工作面。本文以 40201 工作面为案例，对智能化采煤工作面的构建应用进行分析研究。2 智能化工作面的建设目标及原则 2.1 智能化工作面的建设目标建设 40201 智能化工作面，既是加快新旧动能转换的重要举措，也是建设智慧矿山的要求，实现智能化工作面无人开采，将工人从艰苦的环境中解放出来，达到以智能化装备促安全，少人则安、无人则安的目的，实现矿井安全生产。40201 智能化工作面的建设目标：一键启停、记忆截割、跟机拉架、无缝衔接；无人则安、少人则安，“操作工”变身“巡检工”。在智能化综采工作面集控中心，通过操作操控台上的启动按钮，采煤机、胶带机、转载机、破碎机等依序启动运转，电液控支架、智能化采煤机组以及刮板运输机实现自动跟机移架，采煤记忆截割，人工干预很少，自852023 年第 5 期于文博：40201 智能化工作面的建设实践于文博：40201 智能化工作面的建设实践动化使用率达到95%左右。通过语音通信进行调度、联络、调控。2.2 智能化工作面的建设原则对 40201 智能化工作面建设的原则从安全性、经济性、先进性、可行性、兼顾性、渐进性、匹配性、实用性方面进行综合考虑。安全性：利用智能化提高采煤安全系数，减少风险和隐患。经济性：进择系统及设备时，要充分考虑其经济性，做好调研及预算，将系统及设备价格控制在预算范围以内，确保系统及设备性能达标的同时，节约成本。先进性：选择系统及设备时，要充分考虑其先进性，保证在符合煤矿基本特点的情况下，走在行业前列，从而达到提高工作效率的目的。可行性：充分研究、分析智能化装备是否适应矿基本条件，重点把智能化装备设计用在一分层工作面，有利于充分发挥智能化装备的效能。兼顾性：选择装备时，要考感矿井接续规划，提高智能化装备利用效率，不能只考虑当前。渐进性：创建智能化工作面是一个系统工程，要根据矿井的条件逐步选择安装的设备。匹配性：要充分考虑三机（采煤机、液压支架和刮板输送机）配套问题，确保采煤机、刮板输送机和液压支架之间在性能、结构、采面空间要求、强度和尺寸等方面相互适应和匹配。同时，要确保自动化控制系统与各种设备之间相互兼容，运行正常。实用性：选择系统及设备时，要充分考虑其实用性，确保整套系统、设备真正能实现减轻职工劳动强度、提高工作面安全系数的作用。3 40201 智能化工作面的构建3.1 总体构架40201 智能化工作面总体架构如图 1 所示。图 1 40201 智能化工作面总体架构示意图主要包括地面分控中心、顺槽监控中心和各智能化综采设备。建设了以采煤机为核心的智能采煤系统，以液压支架、电液控制器为核心的智能支护系统，以刮板输送机和带式输送机为核心的智能集中控制运输系统，以泵站、配液站、供水净化站为核心的智能供液系统，以及以智能摄像仪为核心的人员定位系统。3.2 智能化子系统的建设3.2.1 智能化采煤系统智能化采煤机具备智能化功能全、运行稳定可靠等优势，能够实现数据实时上传、远程控制、刮板机煤流监测、实时俯仰采控制、自动躲避支架功能，并通过预设工作面轮廓和程序截割，实现采煤机完全自动化运行。同时，采煤机机身姿态自感知、截割自适应、记忆割煤和机器人智能巡检等功能，形成了“自主割煤+无人跟机+智能决策”采煤的模式。采煤机智能化改造增加了红外线定位、采高监测、位置监测、俯仰角监测装置，使采煤机同时具备在自动化记忆截割和人工干预截割两种采煤模式之间随时切换功能。围绕减人、增量、保安、提效目标，先后进行了采煤机割煤工艺研究，将 40201 工作面截割工艺由 18 个工艺段优化到 12 个，确定了不同工艺段的煤机最佳运行速度。工作面中部平均割煤速度和全天最高割煤刀数较理想。3.2.2 智能化支护系统40201 工作面电液控液压支架技术改造，将原手动操纵阀更换为电液控主阀，手动反冲洗过滤器更换为自动反冲洗过滤器，增加推移千斤位移传感器、立柱压力传感器、支架倾角传感器、测高传感器，并增加照明、高清摄像等辅助元件，可实现工况监测与远程控制功能、成组程序自动控制、自动跟机移架、自动推溜控制和跟机喷雾控制功能相互作用，在地面调度中心实现“一键”启停控制、设备状态监控。对 61 个支架电液控关键参数进行优化，增加收伸缩降柱动作，调整抬底和降抬底延迟时间，实现支架动作“快、准、稳”，单架的移架时间控制在 10 s 以内。同时，开展了现场适用性写实，精确查找智能化系统设备问题，不断调整、优化参数，反复试验论证，形成了符合人工操作习惯的采煤机三角煤自动截割程序和端头自动化支架电液控控制程序，实现了全工作面支架自动跟机常态化运行，862023 年第 5 期顺槽支护参数经优化设计后，取得理想的支护效果。【参考文献】1 李朝.辛置煤矿 2-216 运输顺槽支护参数优化及应用研究 J.煤炭与化工，2020，43（01）：33-自动跟机移架到位率达到 99%，降低了工人劳动强度，工作面正常生产期间作业人员由 9 人减至 3 人。3.2.3 智能运输系统从 40201 工作面往外，原煤从转载机、刮板输送机、胶带输送机到大巷的整个运输系统，再经主井提升系统，最后至储煤场，整条线路全靠各机房的工作人员控制，整条线的现场做到了有人巡视、无人值守。仅采掘后路胶带输送机集中控制、无人值守，可节省人工 15 人。3.2.4 智能供液系统40201 工作面的液压支架使用高端智能乳化液泵站，可集中超远距离供液，可本地和远程控制、多台泵自由组合一键启停等，实现无人值守。同时，具有反浸透水处理、清水过滤等功能，提高供液质量，延长工作面液压支架的使用时间。3.2.5 5 万兆网络全覆盖的建设大佛寺煤矿之前的工业环网为千兆网络，已无法满足低时延、大数据的传输要求，且目前的万兆环网也不能承载 5G 网络的传输。为建设智能化工作面，对矿井工业环网进行升级改造，以便满足智能化工作面和智能化矿山建设的要求。系统升级改造后，切片分组网在组网和提供业务方面可以替代目前矿井所使用的光纤以太环网，井上为 10G 带宽的工业网络，是原地面工业网络带宽的 10 倍；井下为 50G 带宽的工业网络，是原井下工业网络带宽的 50 倍。承载网络能够直接与 5G 通信设备直连，提供高带宽接入与低时延传输，不再需要重复建设 5G 专网。改造后的工业环网具备自诊断、低延时、切片分组、切片传输、抗故障能力等功能，网络安全方面已安装入侵防御、防火墙、网络隔离等安全设备，满足等保二级要求。4 应用效果40201 智能化工作面建设后，应用效果理想。现在生产班进入工作面先设置学习模式简单调整，正常生产过程中都是采用记忆模式，人工干预很少，自动化使用率达到 95%左右。工作面正常生产期间只有一个液压支架巡检工、一个煤机巡检工，机头机尾各设一个看护工，远程控制一键启停，工作面跟机拉架完全不存在问题。40201 工作面建立起井上和井下两个全视频监控系统，把采集到的数据实时传输到调度控制系统，开启了井下“有人巡视、无人值守”全新工作模式。在工作面上，所有采煤设备都由传感器、扫描器、摄像仪、检测仪和数据线、无线基站等信息控制单元连接，靠着这些装置，指挥中心便能清晰观察、诊断井下的设备工作状况。40201 智能化工作面投产后，区队生产定员比原有减少 25 人，全年节省用工 7500 个，每年可节约人力成本约 300 万元，减人增效效果显著。（上接第 80 页）支护设计方案。现场矿压监测结果表明，留巷顶底板最大移近量为 138 mm，两帮移近量为 87 mm，有效控制围岩变形。【参考文献】1 华心祝.我国沿空留巷支护技术发展现状及改进建议 J.煤炭科学技术，2006（12）：78-81.2 贾民，柏建彪，田涛，等.墩柱式沿空留巷技术研究 J.煤炭科学技术，2014，42（01）：18-22.3 高登云，李瑞群.神东矿区无煤柱开采关键技术及应用研究 J.煤炭工程，2021，53（01）：7-11.4 杨军，付强，高玉兵，等.切顶卸压无煤柱自成巷全周期围岩受力及变形规律 J.煤炭学报，2020，45（S1）：87-98.5 周均民，申世豹，刘进晓，等.厚表土厚坚硬顶板无煤柱切顶留巷关键技术研究 J.煤炭工程，2022，54（04）：1-6.（上接第 83 页）36+41.2 张玮.43311 巷道支护设计应用研究及校核 J.山东煤炭科技，2021，39（04）：34-36.