胡安昌

（内蒙古福城矿业有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 016200）

目前我国智能化无人开采技术发展处于起步阶段，尤其是大采智能化开采技术处于不断探索和研究阶段。许多矿产也进行了试验，但是面对智能化工作面建设过程中遇到的“矿岩识别”的世界性难题的技术瓶颈，均未取得实质性突破，福城某矿在建设智能化工作面的过程中采取以“网络通讯为基础、采矿机记忆截割、液压支架自动跟机、远程集中控制、视频监控为手段”加以解决，达到智能综采的常态化应用[1]。

1 煤矿综采工作面自动化技术的分析

1.1 支撑技术自动化

传统的煤矿开采中，大部分情况下都是利用四连杆液压支架完成矿产的采矿工作，这种方式可以达到预期的支撑效果，但是美中不足，四连杆液压支架的自重非常大，并不适用薄矿层的开采。薄矿层的开采需要调整四连杆液压支架的结构，促使其可以支撑住油缸，还能对油缸两端铰接顶梁和底座进行有效的支撑，改良后的支撑技术，不仅能够控制油缸的位置，还能够控制顶梁的状态，经过以上的调整和改良，这种架构不仅增加了支撑的承重量，与此同时还保证支撑结构总体的平稳、安全，达到了提升加固的目标。这种支撑架构需要实现对支架的自动化控制，要运用红外线的发射和接受设备辅助实现。如此一来，支架能够满足自动化控制的要求，并且符合采矿设备对位置的要求。另外，采矿机械装备要依靠线缆连接传输信息，线缆长期处在复杂恶劣的环境中。为了确保线缆传输的安全和稳定性，在支撑结构上安装摄像头，不仅对线缆系统提供了实时监控，也实现了支撑结构的可视化操作。

1.2 采矿机自动化

在薄矿层的开采过程中，受到采矿设备的限制，导致薄矿层的开采量占比很小，采矿机需要利用机身和自重都相对较小的设备进入巷道，尽可能的避免采矿机器斜切进刀进行开采工作。传统旧式的采矿机通信系统不发达，自动化的水平低，薄矿层开采技术落后导致薄矿层的产量很低。综采工作面自动化技术的应用，全面优化了采矿机的机械设备和软件系统，并且构建了双向通信系统，实现了采矿过程中的数据收集、处理，精确的转子转速的计算，从而有效掌控了采矿装备的牵引速度，提升了矿产的开采效率。然而采矿机自动化技术的全面实现要将监控中心、载波信号和采矿装备的传送机信号有效的联系在一起，形成集中化把控管理，降低运行成本的同时，实现高质量的管理。

2 智能化联动综采作业技术

针对传统综采技术方案中综采作业面空间狭小，生产过程中极易出现阻塞现象及采矿机、刮板输送机、液压支架之间的配合采用人工跟机调整方式，精度低、可靠性差，无法满足无人化综采作业需求的现状，提出了智能化联动综采作业技术方案。通过制定无人化综采作业技术路线，提升了三机联动控制的精度，优化了综采作业工艺，实现了井下综采作业设备的联动控制和综采作业的连续性[2]。

设定无人化综采作业技术路线，目的在于根据井下综采作业流程及各机械设备之间的联动配合关系，针对性地制订无人综采作业技术流程。由于矿产井下地质条件复杂、能见度低下，本文提出了以惯性导航技术为核心的无人综采作业方案，有效地解决了井下机械设备定位精度差、协同作业困难的问题，形成了以矿产井下智能联动控制为主，地面控制中心远程辅助控制为辅的无人化综采智能控制模式。在实际应用中，先通过惯性导航系统判断采矿机、刮板输送机、液压支架的相对位置，根据采矿机的位置和综采作业状态，实现对刮板输送机和液压支架运行状态的自动调整。同时为了确保联动控制的精确性和有效性，设置在“三机”上的传感器设备能够及时将“三机”的运行姿态传递到地面上的监控中心，实现对井下联动运行的实时监控和调整。

针对传统综采作业过程中出现的综采作业面空间狭小，生产过程中极易出现阻塞的情况，本文提出了单向截割综采技术方案。在综采作业过程中，截割方向能够始终与矿流方向保持一致，因此，能够有效解决综采作业过程中大块煤炭引发的卡阻现象。另外，由于顺煤流切割，能够使井下的视频监控系统获得一个相对较好的监控环境，确保了地面监控中心对井下无人化综采作业监控的准确性。

3 煤矿井下无人化综采作业的安全保障体系

为了确保煤矿井下无人化综采作业过程的安全性，同步建立了综采面的安全保障体系，实现了对综采作业过程中防火、防瓦斯、防塌方的控制，具体包括以下3点：①建立煤矿井下通风安全监测与控制系统，实现对井下通风状态的实时监测和动态调控，确保井下通风安全。②建立煤矿井下瓦斯预警体系，对不同区域的瓦斯含量进行全覆盖监测，根据监测结果及时调整通风系统的通风状态，确保井下瓦斯含量始终处于安全水平。另外，建立煤矿自燃防火监测体系，对井下的重点自燃区域进行监测，形成以阻化剂防火为主、以注凝胶防火为辅的井下防自燃控制系统。③建立以超前支护、临时支护、顶板安全监测为主的巷道顶板稳定性控制系统，实现对顶板工作稳定性的连续监测和预警，确保了综采作业的安全。采用无人化综采作业技术方案极大地提升了综采面的自动化和无人化程度，能够将综采作业面的人员数量减少90%以上，工作时安全性将得到极大的提升。

4 关键系统组成

智能化工作面系统由顺槽控制中心，地面调度室，支架电液控制系统，采煤机控制系统，三机/ 顺槽皮带控制系统，泵站控制系统，视频系统，工作面矿压监测系统，工作面智能照明系统，工作面人员定位系统，工作面智能喷雾和工作面环境监测等子系统组成。

5 系统建设调试方案

（1）泵站列车入井后，施工泵站列车动力线接线、泵站RS485通讯线的铺设、泵站交换机接线，铺设井下环网交换机至井下集控室的光缆、井下集控室至泵站列车的光缆、井下集控室至泵站语音通讯线。以上工作在设备列车入井前完成，为调试地面调度室至井下集控室、井下集控室至泵站列车的数据通讯及语音通讯做好准备。

（2）设备列车入井，集控室到位后，对井下环网交换机、泵站列车、设备列车的光缆进行熔接。安排人员对设备列车的动力线及RS485 通讯线进行铺设。光缆熔接完毕，设备列车送电后，组织技术人员对井下集控室至泵站及地面调度的数据通讯，语音通讯、集控室至泵站的语音通讯、泵站及设备列开关的数据通讯、三机设备的单启单停，一键启停、泵站的单控及集控进行调试。调试应在支架安装三分之一之前完成。调试期间可以组织人员对集控室至采面的通讯光缆、集控室至采面的语音通讯线进行铺设。

（3）采面转载机、破碎机、输送机机头安装完毕后动力线、状态监测通讯线及时对接，为采面三机联合试车提前做好准备。

（4）支架安装10架左右时，安排专人对支架电液控、视频监控、语音通讯、采面数据交换机、采矿机通讯载波、架间照明线路进行安装。由技术科协调信息化科对采面通讯光缆进行熔接。以上工作根据支架安装进度及时跟进，为调试采面支架数据通讯、视频通讯，采矿机载波通讯做好准备。

（5）支架安装近三分之一时，支电液控及时送电，由玛珂人员对支架程序、视频监控、及相关姿态参数进行初调。并根据采面支架安装进度，跟进调试进度，为采面设备安装完毕后的联调做好准备。

（6）采矿机安装完毕后，对采煤机惯性导航、采矿机红外发射、射频发射装置进行安装。为调试采矿机通讯做好准备。

（7）采面三机联合试运转时，应实现地面调试室、井下集控室对采面的语音通讯、三机设备的一键启停，单起单控、采面视频监控、三机状态监测、开关状态显示、采矿机数据显示、支架状态显示、支架远控等功能的正常控制及显示。

6 智能化综采工作面应用成效

（1）通过由以太网液压支架控制器组成的工作面以太网数据传输平台，将液压支架电液控制系统，三机控制子系统，采煤机控制子系统，工作面视频系统，泵站控制子系统，顺槽皮带控制子系统，智能刮板系统，供电系统，环境数据，以及基于特高频射频技术的工作面人员定位系统，集成到采用 vistwo 技术的工控自动化平台上。工控自动化平台采用同一数据库，同一显示控制平台，通过数据分析，采用预警和报警机制，实现系统远程控制，自动化控制和智能控制，实现综采工作面人员设备和环境一体化。

（2）在工控自动化平台上，综采工作面智能化系统和安全监测系统，人员定位系统，无线通讯系统，井下广播系统，顶板压力监测系统，大型设备故障诊断系统和降尘系统联动，将综采工作面智能化系统融入到智能矿山系统平台上，达到智能矿山的设计要求，实现预防式服务，建设成安全、高效、少人化、节能的自动化综采工作面。

（3）智能化工作面开采移架速度要与矿流系统、采矿机割矿产速度匹配，与支护质量监测效果进行数据通信和反馈，同时受到泵站流量和移架方式的限制和制约，实际生产过程中，采煤机速度并不稳定，割煤方向与煤流方向不停在转换，因此同一工作面需要在不同的时间段采用不同的移架方式，最大限度保证工作面的生产效率。

（4）工作面液压支架的姿态智能调整是实现工作面智能化的关键因素，其主要要求包括初撑力保证、支架顶梁接顶、工作面直线度保证等，通过支架液压系统改进，保证顶梁侧护板前后两个千斤顶能够实现一伸一缩的功能，即优化液压支架调架功能。其次，通过在立柱安设压力传感器，顶梁、掩护梁安设倾角传感器，采集立柱压力、顶梁掩护梁角度，判断立柱受力情况、顶梁低头上翘情况、支架受偏载情况，最后通过姿态算法分析支架姿态，并通过电液控制系统对支架姿态进行调整

（5）综合经济效益得到极大提高，现场生产作业人员8人（巡检工5人，集控中心操作工1人，机电检修工1人，泵站司机1人）组成，工作面所有设备的操控任务由监控中心操作员利用远程操作台来完成，主要负责综采设备的启停、远程人工干预采煤机进行各项动作并进行自动跟机过程中的补架等工作。工作面所有设备的安全监护工作交给5个巡检工来完成，两人主要负责巡检液压支架，两人负责巡检采煤机，一人负责巡检运输机。巡检工主要在开采过程中观察设备运行情况，发现问题时紧急停机，并联系人员来共同解决问题，人员数量的降低、开采工效的提高，必然要求工人素质的提高、管理的科学化。在标准化管理、安全管理、职工素质提升方面进行实践，为智能化工作面的实现提供了可靠的管理保证。

7 结束语

矿产自动化开采是矿产业转型升级和工业技术改革的核心，矿产企业务必紧跟信息时代的发展步伐，应用信息技术的成果，将数字化、人工智能、大数据等技术应用于矿产开采过程中，攻关智能化开采核心技术难题，逐步实现煤矿开采全过程的智能化监控，通过远程监控实现井下少人甚至无人作业，彻底改变传统的矿产生产方式，使矿产行业适应信息时代的发展，走可持续发展的道路。