孙 江(中国国电集团工程建设部综合产业处，北京 100032)

综采工作面远程控制采煤技术探讨

孙 江
(中国国电集团工程建设部综合产业处，北京 100032)

介绍了国内外综采工作面远程控制技术的发展现状，对比国内外技术水平；分析了国内各项目技术特点和效果。根据目前综采工作面远程控制采煤技术水平，指明提高与改进方向。多个项目应用该技术表明综采工作面远程控制采煤技术经济合理、安全高效。

综采工作面； 远程控制； 采煤技术

1 前言

近年来煤炭开采工艺不断进步，从普采、综合机械化采煤方式逐步发展到综采单机自动化采煤方式，安全技术水平、煤炭回采率不断提高。随着煤矿装备技术水平发展，煤炭开采工艺不断向无人智能化方向发展，有利于提高系统设备的整体性和设备利用率，从根本上遏制人员伤亡事故。单机自动化水平的持续提高为综采工作面智能化开采奠定了坚实的基础，根据我国国情，为实现智能化开采，采取了两步走战略，目前阶段先实现远程控制采煤技术，然后再过渡到智能无人采煤作业。本文针对目前国内综采远程控制采煤技术，探讨其发展和使用情况。

2 发展综采远程控制技术的意义

综采工作面环境恶劣，大部分综采工作面空间狭窄、温度高、湿度大、煤尘多、噪音高、大功率设备多且工况复杂。工人在工作面近距离操作各种设备, 遇瓦斯煤尘爆炸、冒顶、透水等紧急情况时，极易引发人身伤亡事故。

综采工作面设备系统庞大、复杂，传统综采工艺条件下多种设备均独立系统运行，人为控制多种设备配合完成生产，由于人为操作，难免出现误操作，不利于安全生产、提高设备利用率，同时，各台设备使用及监测数据互相独立，不能及时融合，无法形成对数据的集中处理，对工作面生产环境的反映不够全面。

综上所述，如能实现综采工作面远程控制采煤技术，不但能将人员从相对危险的综采工作面解放出来，还有利于对设备的集中控制和监测数据处理，生产安全高效，经济效果好。

3 国内外远程控制技术发展现状

实现无人化综采工作面开采技术是当前采矿界研究的热点问题，我国综采工作面远程控制采煤技术研究起步相对较晚，经过10余年的技术发展已基本达到国际先进水平。

3.1 澳大利亚LASC公司远程控制技术

目前，国外最先进的综采工作面远程控制采煤技术以澳大利亚LASC公司为代表，见图1，于2001年起开始研发，截至目前，澳大利亚70%的长壁工作面已经采用该技术。该公司技术的性能特点如下。

(1)采煤机自动定位及上下摇臂调高、记忆割煤。

(2)实现综采工作面“三直自动调整”功能，长时间无人干预。

(3)控制中心可以根据多设备感知和监测相关数据对采煤生产进行自动干预，特殊情况可人工介入。

(4)液压支架自动追机移架、推移，可设置移架方式，不同拉架方式。

(5)刮板输送机、转载机、破碎机电机温度及油脂自动监控，电机以降压方式启动，“三机”启动和软启动集成控制，“三机”链条可实现自动张紧，带式输送机机尾自动伸缩，转载及破碎机可实现自移。

(6)实现有人跟机巡视作业。

(7)实现局部视频监控工程。

澳大利亚LASC技术起点高，技术领先，并且制订了完整的标准体系，与其它知名煤机公司签订了许可协议，这些公司使用LASC技术时必须遵循LASC标准，同时LASC已经制定了未来5～10年的发展计划，重点攻克煤岩识别技术和综采工作面高清摄像技术。

图1 LASC远程控制采煤技术示意图

3.2 我国综采工作面远程控制采煤技术发展现状

截至目前，国内综采工作面各单机设备自动化控制技术取得了一定的成果，支撑了综采工作面远程控制技术的发展，其中采煤机已经具备了人为短暂干预自动截割功能，液压支架的电液控制系统，乳化液泵站智能控制系统、刮板输送机、转载机、破碎机控制系统已经完全实现了国产化，基本上达到了国外同类产品的技术水平，见图2，具体表现在以下几个方面。

(1)采煤机自动定位，摇臂高度检测，记忆割煤。

(2)综采工作面“三直”需要人工介入，但软件系统已经可融合LASC“三直”技术，实现综采工作面自动调直。

图2 我国采煤远程控制技术示意图

(3)控制中心可以根据多设备感知和监测相关数据对采煤生产进行自动干预，特殊情况可人工介入。

(4)液压支架自动追机移架、推移，可设置移架方式，不同拉架方式。

(5)刮板输送机、转载机、破碎机电机温度及油脂自动监控，电机以降压方式启动，“三机”启动和软启动集成控制，“三机”链条可实现自动张紧，带式输送机机尾自动伸缩，转载及破碎机可实现自移。

(6)实现全工作面视频拼接，实现无人远控作业。

(7)依据视频拼接技术实现工作面全视频覆盖。

和国外先进技术相比，我国具有自主知识产权的综采工作面远程控制采煤技术已经取得了很大的进步，见表1。

表1 国内外自动化控制技术对比

4 综采工作面远程控制采煤技术在我国的应用

目前国内煤矿装备企业也在积极探索综采自动化工作面的技术研究，国内相关科研机构利用自身优势进行了各方面的尝试，取得了有效的成果，大致分以下几个阶段，见表2。

表2 我国综采工作面远程控制采煤技术发展阶段表

(1)神华集团神东公司榆家梁煤矿的44305综采工作面、兖矿集团杨村煤矿的4602自动化工作面引进国外设备。2个工作面的典型特征是都以液压支架电液控制系统为基础，在顶底板条件好的情况下，实现支架跟随采煤机的自动化移架、推移刮板输送机等作业，而采煤机的各种调整尚需人工干预，其中4602工作面实现了分段遥控，最终减少1名拉架工。

(2)陕煤集团黄陵一矿1001工作面煤层赋存条件较好，通过应用“以工作面自动控制为主，监控中心远程干预为辅”的综采自动化生产控制系统，实现采场“有人巡视、无人操作”的开采模式，突破性的提出地面远程操控采煤模式，最终实现减员5人。

(3)阳煤集团新元煤矿煤层赋存条件较差，针对工作面矿压大、瓦斯浓度高、地质构造多、底板松软等煤层特点，引入了支架双柱压力检测，瓦斯浓度检测与采煤机割煤速度联动，采煤机与支架协调配合、数据共享等技术，实现了高瓦斯、复杂地质条件与采煤工艺下全工作面自动化开采最终实现减员5人。

以上两项目均实现了设备国产化，成套自动化设备布置到了地质条件更为复杂的综采工作面，在自动化追机移架的前提下，大部分时间采煤机无需人工干预，最终实现工作面内“1人巡视，2人远程操作”的常态化生产。

(4)兖矿集团转龙湾煤矿煤层赋存条件较差，在“以工作面自动控制为主，监控中心远程干预为辅”的综采自动化生产控制系统的基础上，以视频拼接技术为切入点实现了全工作面视频覆盖和设备动态全景画面展示，同时引进澳大利亚LASC综采工作面自动校直技术，实现综采工作面自动校直常态化生产，实现减员5人。

实现综采工作面远程控制采煤技术后与传统采煤工艺减员效果对比见图3和图4。

5 我国综采工作面远程控制采煤技术的发展方向

我国自主研发的综采工作面远程控制采煤成套设备已经实现综采工作面远程控制开采，以此作为基础，进一步向自动智能化采煤技术发展，提高设备的可靠性、智能性，即实现“无人”，又实现“智能”，笔者认为应从以下方面突破。

图3 传统采煤工作面人员分布图

图4 远程控制采煤工作面人员分布图

(1)采煤机。目前我国自主研制的采煤机已实现自动记忆割煤，按照人工预先割好的示范刀，自动重复割煤，工作面顶底板出现变化时，人工按照跟机人员的判断及视频反映内容及时介入调整，下一步应该根据掘进巷道所揭露的巷道地质情况及钻孔数据对回采工作面预计推进范围进行预判，根据预判结果建立割煤模型，提前将采煤机割煤程序编写进采煤机，采煤机按照预先编入的程序自动割煤，自行调高。

(2)多设备数据融通及数据处理。目前技术条件下，人工在顺槽操作间可以观测到相关设备反映的数据及变量，需要依靠人为调整工作面支护方式及割煤方式，设备本身只有数据监测和反馈工程，并不具备数据处理能力，下一步应向智能化采煤发展，系统各设备反映出的数据汇总到监控主机，按照事先预定好的模型，对设备反馈的数据进行处理，参照处理结果对当前工作面的综合状态进行归类选择，进而完成对采煤类型、支护方式的选择，规避地质条件频繁变化对自动化采煤技术的影响。

(3)建立采煤设备通讯协议国家统一标准。综采设备多个制造商的接口方式与通讯协议各不相同，阻碍自动化技术的发展，造成多设备难以形成统一通用的工作面通信协议标准，亟待制定相关统一标准。

(4)自动化设备系统维护。自动化系统不仅仅需要维护设备，还需要维护以太网络、红外摄像头、通信系统等，增加了维护难度，现有维护人员无法满足维护需求，急需培养大批高素质专业维护人员。远程技术发展方向如图5所示。

6 综采工作面远程控制采煤技术应用效果

大力发展综采工作面自动化采煤技术，实现少人化生产符合国家产业政策和煤炭行业发展的需要。

图5 我国综采工作面远程控制采煤技术发展方向

(1)人员参与生产方式改变。综采工作面远程控制采煤技术将综采工作面设备操作人员从最危险生产场所解放出来，操作设备的场所由切眼转换到轨道顺槽相对较安全的地点或者地面监控中心，传统工作面操作人员的职能由操作设备、观察环境转变为在工作面巡视，降低了劳动强度，改善了作业环境，提高了采煤工作的安全系数。

(2)设备操控方式改变。改变传统的工艺操作方式，多设备集中操控，监测数据相融合，便于系统、人工分析作业环境改善及设备使用寿命延长。

(3)经济效果明显。实现生产工作面减员提效，节约企业大量人工成本，针对现有设备远控技术改造总计投资约2 000万元，目前煤矿采用三八制生产，4个生产班轮换，总计减员24人，年节约人力成本360万元，年节约成本占一次性投资成本的18%。

(4)安全系数提高。将一线工人从相对最危险的综采工作面解放出来，从根本上解决了综采工作面人员伤亡事故的发生，安全意义重大。

[1] 符大利.国产综采装备无人化开采技术在黄陵矿业的创新应用[J].工业工程与技术，2014，(9):19-20.

[2] 张 良.煤矿综采工作面无人化开采的内涵与实现[J].煤炭技术，2014，42(9)：26-29.

Discussion on long-range control coal mining on fully mechanized working face

The development situation of long-range control technology of fully mechanized working face was introduced, and this technique at home and abroad was compared. The project features and effects were analyzed. According to the technology level of long-range control of fully mechanized working face, the improvement direction of this technology was pointed out. Numbers of projects application shows that this technology is economical and rational, safety and efficiency.

fully mechanized working face; long-range control technology; coal mining

TD822

A

孙 江(1987-)，男，内蒙古赤峰人，工程师，从事煤矿开采和基建类工作。