王晓磊， 魏 红

（1.晋能控股煤业集团机电管理部， 山西 大同 037003；2.晋能控股煤业集团马脊梁矿， 山西 大同 037027）

引言

目前，煤矿智能化开采是煤炭综合机械化发展的新阶段，是煤炭生产方式和生产力革命的新方向，是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。当前煤矿智能化发展尚处于初级阶段，采用一流的技术和装备实施科学开采，提高煤矿的智能化水平，降低职工劳动强度、改善工作条件、实现减人增效是当前煤炭开采的必然趋势[1-3]。

1 智能化开采技术

智能化开采以“物联网整合、互联网传输、数字化集成、可视化保障、程序化操作”为技术核心，融合了采煤机智能记忆割煤、工作面视频监控技术、远程集中控制技术、液压支架跟机自动化及电液控技术、地面及井下“一键”启停等多项新技术[4-5]，实现了正常连续生产过程中工作面少人操作、设备自动精准控制，达到安全可靠化、管理高效化、效益最大化的目的。

2 智能化开采技术的应用

2.1 8102 工作面概况

挖金湾矿8102 工作面走向长度为1 464.8 m，可采长度为1 400 m，倾向长度为230.2 m，煤层倾角1°～3°，硬度f=1.5，煤层厚度为2.90～4.05 m，平均为3.47 m，煤厚变化稳定，见顶见底开采，可采储量160 万t。该工作面于2020 年4 月30 日准入验收，并进行智能化升级改造，于6 月27 日首次完成支架跟机试验。

2.2 智能化开采技术在8102 大采高工作面的应用

8102 智能化工作面建设完成，实现以下功能：电液控支架具备本地、远程控制、自动跟机功能；采煤机与液压支架具备感知定位功能；三机、泵站实现集中控制；实现全工作面的视频监视；顺槽搭建集控中心，具备全工作面设备的远程集中控制、视频监控、数据采集等功能。

在经过近9 个月的实践应用，工作面支架跟机效果良好，各类控制系统稳定，大幅降低了职工劳动强度，支架工由传统的操作工转变为巡查工，工作面的生产能力不断提高。8 月份以来，日平均割煤7 刀，支架跟机率平均保持在70%以上，实现了单班生产3.5 刀最高纪录，并达到以下指标：智能化装备占比不低于90%，设备综合完好率不低于95%，工作面生产人数不超8 人，人工干预率小于20%。

2.3 智能化开采技术的优势

与传统综采工作面相比，智能化工作面在安全生产、降低劳动用工、提质增效等方面存在众多优势。

2.3.1 安全生产优势

1）由本架操作转变为邻架跟机操作，提高了员工的安全性，改善了员工的作业环境，降低了员工患尘肺病发生的概率。

2）设备集中控制，并进行实时监测，在运转前有语音报警，可以有效避免人员误操作。

3）工作面的视频监控系统，采煤机监控视频与液压支架视频会跟随采煤机前移不断切换画面，为监控中心工作人员提供视频画面，确保监控中心远程操作安全可靠。

4）液压支架具有补压功能，避免因人工操作不当而导致支架工作阻力不足的现象发生，有利于维护工作面顶板的完整性。

2.3.2 降低劳动用工优势

1）较普通综采工作面相比，单班人数由原来的13 人减少为7 人，支架操作工转变为巡查工，大幅降低了工人的劳动强度。

2）采用多重过滤装置、智能化供液系统，保障支架工况良好，有效降低了支架维修率与维修人员的劳动强度，定期跟换各类滤芯即可。

3）集控中心只需1 人即可实现对支架、三机、泵站的控制，减少了劳动用工。

2.3.3 提质增效优势

采用智能化工作面供液系统：井下静压管路—低压过滤站—软化水处理站—乳化液自动配比—泵站—智能化高压过滤站—工作面支架自动反冲洗，形成具有乳化液浓度智能配比、供液压力智能调定、利用压差反馈调节的智能反冲洗功能的智能化供液系统，确保供液介质的腐蚀性、杂质降低，极大地提高了液压支架的使用寿命，降低维修成本。

刮板输送机、皮带运输机的驱动电机采用变频调控，运行更加稳定可靠，设备故障率极低，设备开机率达90%以上。

7 月—11 月期间8102、8115 两综采工作面地质条件近乎相同，都没有地质构造影响，经过对比，8102 智能化大采高工作面平均月推进180 m，较8115 普通大采高工作面提高16.1%，详见图1，平均月产量由21.5 万t 提高到25 万t 左右，增产15.2%。

图1 7—11 月综采进尺对照图

3 智能化开采技术遇到的问题及解决方案

3.1 后半部支架电液控制器反复重启、频闪严重

80 号支架以后的电液控制器反复重启、频闪严重、操作页面多次无效，综合保护开关保护断电。在确认供电电缆完好，接线可靠，本架电液控制系统连接线缆正确的情况下，使用万用表直测供电电压，经统计有20%电液控制器127 V 供电电压不稳，且接线方式相同，此种接线方式占全部的60%，造成了主供电三相负载不平衡，综合保护开关监测断电，电压在100 V 以下的出现多次重启，经重新模拟计算采用新的接线方式平衡三相电源电压后此问题迎刃而解。

3.2 液压支架自动跟机动作慢

液压支架自动跟机动作缓慢，约为2 架/min，无法满足正常生产要求。该工作面使用RW400/31.5 MPa 液泵，高压进液口直径为Φ31.5 mm，回液口直径为Φ51 mm，受进回液管径制约，工作面配套泵站无法满足支架跟机时的所需流量要求。对此，采用“双回路”供液方式，即：同时开俩台泵，工作面液压管路分为两进液、两回液同时供给，有效解决了支架因流量不足而导致的动作缓慢问题。同时，对工作面全套支架滤芯进行更换，每个支架2 个粗过滤（40 μm）和一个精过滤（25 μm），更换后支架移架速度显著提升，支架动作速度约为3.5 架/min，可正常进行自动跟机。

3.3 支架跟机存在漏架现象

在设定采煤机速度为5 m/min 时，自动跟机存在漏架现象。通过调整支架跟机参数，采用交叉式移架方式，例如在10 号支架移架完成后，12 号支架进行动作，移架完成后，11 号与13 号支架同时动作进行移架，这样较单架跟机、人工手动操作效率提升至50%以上，如图2 所示。

图2 8102 智能化工作面支架跟机率

3.4 支架跟机后，架前煤堆积较多

通过对支架跟机作业情况进行观察，同时现场试验过松软底板时人工操作的移架工艺流程，记录关键动作时间，对支架跟机参数进行修正，直至达到最佳效果，过程中设置多次停顿、抬底座、降立柱操作程序，从而解决移架后支架底座前堆煤较多的问题。

3.5 电磁先导阀易堵塞无法反冲洗

8102 工作面使用型号为GL2000/37.5/25 的智能化高压过滤站，在使用过程中电磁先导阀易堵塞无法反冲洗，导致高压过滤站滤芯寿命缩短、影响水质，更换后的高压过滤站滤芯仅1 个月时间就全部堵塞，工作面支架的滤芯以及各类阀芯也出现不同程度的堵塞与损坏。在电磁先导回路中增设连接阀板、精过滤（25 μm），使得回路液体先经过滤芯再到电磁先导阀，保障反冲洗可靠动作，人工定期对先导回路的滤芯进行清洗和更换。改造后的高压过滤站反冲洗功能正常，使用效果良好，定期对高压过滤站的滤芯进行检测后未发现任何堵塞，不仅提高了高压过滤站滤芯的使用寿命，保障了支架供液系统的水质要求，而且工作面支架故障率降低了80%。

4 结语

智能化开采技术在挖金湾矿8102 大采高工作面的成功应用，不仅提高了开机率，解决了生产效率低的问题，提升了经济效益，而且大幅减少了工作面人员数量，降低了劳动强度，提升了安全效益。