谢国良

库车县科兴煤炭实业有限责任公司 新疆 库车 842000

引言

国内煤矿的智能化开采得到了飞速，进入了智能化采煤的新时代。以液压支架自动跟机、采煤机记忆割煤、视频监控及远程监控为基础，智能化控制软件为核心，实现了在地面（或顺槽）集控中心对采煤设备的监测与集中控制，采煤工作面实现了割煤、移架、推溜、运输等智能化运行[1]。

因此，积极结合生产实际，开展针对性的深入研究，探索高效的综采无人化作业技术已成为必然的发展趋势，本文结合榆树泉煤矿1012综采工作面，系统阐述了智能化的探索与应用。

1 工作面概况

榆树泉煤矿剩余可采储量3706万吨,剩余服务年限32年。为低瓦斯矿井，煤尘有爆炸性，自燃倾向性为Ⅱ类自燃[2]。水文地质类型为复杂类型。1012工作面走向长度2900m，倾斜长为200m，煤层倾角8°-15°,煤层厚度平均4.5m，工作面运输方式为下运，煤质硬度f＞2.5。

2 主要设备选型

2.1 液压支架选型设计

2.1.1 按顶板分类估算工作面支护强度：

式中，H为工作面煤层采高，最高4.5m，最低3.6m；k为顶板破碎常数，取1.3，γ为顶板岩石容重，取γ=2.5t/m3；B为附加阻力系数B=1.6；α为煤层倾角，取α=10°，g为顶板周期来压不动载系数，与顶板岩石性质有关，取g=1.3。

2.1.2 按岩重法估算工作面支护强度

2.1.3 按经验公式确定顶板荷载。

式中：q为支架支护强度，kN/m2；k为安全系数，取k＝1.4；n为折算系数；9.768；M为煤层全厚，最高4.5m，最低3.6m；γ为岩石容重，取25kN/m3。

以顶板来压时支架的载荷作为设计支架工作阻力的基础，则：

按实测统计法，以顶板来压时支架的载荷作为设计支架工作阻力的基础，将参数代入上式后，支架支护强度按下式计算：

式中：q为支架支护强度，kN／m2；M为煤层全厚，最高4.5m，最低3.6m。

根据以上计算，综采支架支护强度不低于0.9MPa，通过以上计算，结合煤层赋存条件，选ZY8000/23/45D型综采液压支架。

2.2 采煤机选型

2.2.1 采煤机生产能力计算：

采煤机最大割煤能力为平均生产能力的1.5倍，即313t/h。

2.2.2 采煤机截割牵引速度。

2.2.3 采煤机装机功率。

装机功率包括牵引电机、截割电机、液压泵电机等电动机功率总和。

装机功率由下式估算：

经计算，综采装机功率应不小于928kW。

2.2.4 滚筒直径。

双滚筒采煤机滚筒直径一般按下式计算：

式中：D为滚筒直径，m；H采高，最高4.5m，最低3.6m。

经计算，采煤机滚筒直径为1.35～2.46m，设计取2.24m。

2.2.5 采煤机选型。

根据目前国产采煤机情况，结合矿井煤层条件及开采要求，并考虑到其他煤层的开采，综采工作面初选MG550/1380-WD型无链电牵引双滚筒采煤机。

3 智能化应用

3.1 全方位数据监测控制功能

3.1.1 采煤机。实现对电流、温度等数据监测，具有提示预警、断电保护、记忆截割、姿态感知实现机身倾角、俯仰角、采高等数据采集功能；能够实现地面与井下集控中心远程控制，采煤机动作、速度、方向、精确位置、电机电流和温度等工况数据可靠传输功能；可采用位置编码器实现精确定位功能[3]。

3.1.2 液压支架。实现工作面液压支架参数数据整合，压力、位移、支架动作实时查看等功能，使得支架压力及工作面支架动作实际状况清晰直观[4]。通过压力、位移、倾角和红外传感器实现姿态感知与控制功能；实现地面、井下集控中心远程控制和工作面遥控器控制；通过云台摄像仪实现了视频监控图像采集功能。

3.1.3 三机、智能化泵站与集控。多数据传输监测功能，具有提示预警和断电保护、故障闭锁功能，有效保障人员及设备安全。乳化泵站工况实现实时监测，具有自动配比、温度、浓度监测历史数据的查询和分析。在线实时监测三机运转参数，设备连接集控中心进行数据汇总存储、查询和分析，上传至地面集控中心。乳化液自动配比装置和高压自动反冲洗过滤装置全过程自动控制，实现实时监测，从而实现全自动无人值守，大大降低劳动强度，提高配液效率和质量，确保液压系统运行稳定可靠。

3.1.4 实时跟机视频监控。通过云台摄像仪实时监控工作面及固定点设备运行状况、监测人员活动轨迹，实现了视频音频实时查看、实时对讲等功能。

3.2 采煤机记忆割煤

通过人工操作采煤机完成试教刀，包含端头斜切进刀及割三角煤的进刀方式，采煤机控制系统根据试教刀形成记忆轨迹，并按工艺段进行记忆，当采煤机进行下一刀割煤时，将依据记忆轨迹和工艺段信息进行自动割煤。割煤过程采用记忆截割为主，人工干预为辅，只需采煤机司机对特殊工况进行适当干预，有效实现了减少人员保证安全，减轻劳动强度，提高生产效率的目的[4]。

3.3 液压支架自动跟机移架

根据液压支架红外传感器接收器确定采煤机位置，传输至井下和地面集控中心进行分析，再反馈到支架控制器进行执行操作，液压支架阀组动作，自动跟机移架、推溜、护帮和喷雾。同时还具备初撑力自动保持，能够实现自动补压功能。根据地质条件变化，支架初撑力达到补压区，自动开始补压，彻底解放支架工操作，实现了减人提效、无人则安的目的。

3.4 一键启停与集中控制

该自动化集控系统整合采煤机记忆割煤、液压支架自动跟机、乳化泵站自动配比、视频自动跟机联动监控等功能，实现工作面一键启停，且集控启停所有操作均可在地面集控中心和井下集控中心分别实现[5]。

3.5 视频跟机定位

根据红外传感器探测到的采煤机位置，视频跟机系统将显示其采煤机附近4台云台摄像仪视频，并随着采煤机运动实现自动跟机旋转、切换，从而对采煤机左右滚筒区域的实时跟机监视，当采煤机超出监视范围，能够自动切换合适位置的摄像仪，确保持续监视确保采煤过程全程可视化监管。

3.6 即时语音通讯

语音通信系统包含摄像仪语音通讯和沿线语音广播通讯，地面和井下集控中心、综采工作面可以直接相互通话，交流更加高效便捷。

4 结束语

智能化矿井建设是煤炭行业发展的一个重要方向，将先进的控制技术、机械化设备应用到采煤工作面可显著提高矿井的安全生产效益，提高矿井的综合竞争力，减少投入。为此本文结合榆树泉煤矿1012工作面的基本情况，对1012工作面个控制系统的智能化应用进行了阐述，并对应用情况进行了分析。

结果表明，1012工作面进行智能化采后，工作面综合生产效率以及安全生产保障能力得到明显的提升，不仅带来了显著的经济效益，还减少了井下操作人员的数量。