关键词：智能化 综采工作面 研究 实践应用
1工作面概况
该工作面回采的煤层为山西组3上煤层，作面总体呈向斜构造，其煤层产状为：走向NW～NE,倾向：NE～NW；倾角0°～14°，平均8°。煤层厚度在2.2～5.9m之间，平均煤厚4.1m，为厚煤层。煤层结构简单，煤体结构属于原生结构煤。
工作面走向长度773.9～740.7m，倾斜长度33.8～152m，工业储量47万t。采用走向长壁后退式采煤法，综采工艺，液压支架支护顶板，刮板运输机运煤，全部垮落法处理采空区顶板。
2工作面综机设备配套情况
该工作面装备了上海创立有限公司MG400/930-GWD采煤机（机采高度2.8m至5m，装机功率930kW）、郑州煤矿机械集团股份有限公司ZY6800/24/50D型电液控支架（支护高度为2.4m至5m）、阳煤忻州机械有限公司SGZ830/800刮板输送机（运输能力1200t/h，功率800kW）、SZZ830/250桥式转载机（运输能力1500t/h，功率250kW）、我矿弘大公司自己研发的STYB55-200型永磁直驱电滚筒胶带运输机（运输能力700t/h，功率250kW，功率250kW）、胶带机配置了拐弯装置2套（巷道夹角分别为19°、21°）。
3工作面智能化情况
通过工作面高速以太环网将采煤机电控系统、支架电液控制系统、运输集控系统、泵站控制系统等有机融合，辅以工作面视频监控系统、煤机定位系统，实现了以采煤机记忆割煤、支架自动跟机移架、跟机开停喷雾为主，人工干预为辅，运输设备一键启动及工作面全过程视频监控自动化生产，开启了“一键启动、鼠标割煤”的智能化开采生产模式，确保了智能化工作面各设备协调、接续、高效、安全运行。
3.1综采自动化远程集中控制功能
将综采工作面主要设备，包括采煤机、液压支架、运输系统、供液系统等，通过自动化控制系统连接起来，实现在井下集控中心和地面调度中心的远程集中控制，并实现“一键启停”和“顺序启停”功能。
在远程操作台上能够实现对采煤机的运行方向、速度、滚筒转速和摇臂高度的控制功能；实现对单个支架或成组支架实现锁定、解锁、执行动作等功能；实现对破碎机、转载机、刮板运输机单独启停功能。
3.2工作面视频监控功能及采煤机定位系统
工作面支架每6架安装一台云台摄像机，实现工作面360°视频监控。支架立柱前方的红外线接收器，通过接收来自采煤机身的红外线发射器发出的位置信号，精准定位采煤机的位置。视频监控系统让操作人员通过传送的图像，观察到采煤机、支架及采场状况。并根据煤层变化情况、滚筒截割情况、支架状态等信息，完成操作或进行远程干预。而采煤机定位系统不仅能够实现采煤机的精准定位，还能通过分析采煤机的位置信号来实现支架的自动跟机移架功能。
3.3设备运行状态监控功能
工作面集控中心和地面调度中心的上位机界面上，能够实时显示出系统连接状态、采煤机运行状态、支架状态、三机和乳化液保障系统工作状态。
3.4采煤机工作面记忆截割功能
采煤机机身倾角传感器和左右截割倾角传感器以及记忆截割系统，采煤机配有机身倾角传感器和左右截割倾角传感器以及记忆截割系统，在割煤过程中通过对读取各个传感器数据，对采煤机的高度、速度、当前位置等数据在控制程序数据库进行记忆，实现对“示范刀”和历史割煤数据的学习，最终实现采煤机记忆截割。
3.5电液控支架跟机移架功能
根据工作面现场情况对支架电液控系统的控制器进行编程，实现支架自动跟机移架、推溜、自动喷雾等功能。在实现跟机自动化的基础上，将电液控制系统与液压支架视频相结合，通过集控操作中心和地面调度中心的操作台对液压支架进行人工干预，以满足复杂环境下液压支架自动化控制。
初撑力自动补偿功能：系统根据液压支架预先设定的初撑力值，设置工作面液压支架的自动补压功能，当检测到支架立柱压力值低于设定值时，自动进行补液，补压次数3-5次。
3.6乳化液保障系统
在设备列车配备井下在线自清洗综合供水净化站、乳化液自动配比装置和高低压自动反冲洗过滤装置，使用无缝钢管实现工作面远程供液。通过自动控制技术，将井下水处理、高低压过滤、远程供液、自动反冲洗集成起来，形成智能化集成供液控制系统，提高了供液系统自动化水平及运行效率。
3.7数据统计分析功能
数据统计分析功能包括采煤机轨迹分析、工作面压力分布分析和支架单架压力分析功能。分析采煤机轨迹可以对比分析采煤机的工作状态和工作效率，工作面压力分布图可以给煤矿安全生产提供准确的数据参考，支架单架压力分析可以统计单个支架在不同时间段的压力分布，帮助设备维护人员了解支架工作状态。
4工作面智能化作业流程
通过工作面设备列车配备的监控平台，对综采设备进行集中自动化控制，监控视频显示的工作面网络摄像头分布在顺槽、支架和采煤机等处，实现工作面可视系统的视频图像“现场直播”，仅1人即可完成整个工作面的生产操控和监控。
4.1智能化设备操作步骤：运输系统顺序开启→采煤机自动割煤→跟机移架
4.2运输设备顺序开启：胶带机启动→破碎机启动→转载机启动→运输机启动
4.3采煤机记忆截割：根据工作面煤层条件由采煤机司机先割一刀，采煤机记录电控系统割煤时的左右摇臂倾角、牵引力、机身位置、采煤机纵向倾角等参数存储并录入控制器中，形成轨迹运行曲线，学习结束后，采煤机按照运行轨迹曲线进行自动割煤。
4.4自动跟机移架：开启自动跟机移架功能后，通过采煤机机身安装的红外发射装置配合支架立柱上安装的红外接收装置，实时监测采煤机位置，实现采煤机滚筒前、后三架喷雾自动开启，采煤机滚筒前3架护帮板、伸缩梁自动收回，采煤机身后开始自动跟机移架，滞后采煤机8架集中推溜。
4.5移架流程：收护帮板→收伸缩梁→降立柱→抬架脚→支架前移→升立柱（收抬底联动）→伸出伸缩梁→打出护帮板
5智能化工作面与普通回采工作面工艺工效对比情况
该工作面在使用智能化开采后，在原煤产量不减的情况下，人员配备与原来相比缩小了4倍，由原来的85人缩减到现在的21人（每班仅7人：包括工长1人、集控设备操作工1人、煤机巡检工1人、支架巡检1人、运输系统巡检1人、支护工2人）；回采工效提升了4倍，由原来的55.1t/工提升到223t/工。
5.1工作面支架使用跟机移架功能后，由原来的3名支架工，减少为1名支架巡检工负责观察支架自移情况，仅对拉移不到位的支架进行人工干预。人工干预时，支架电液控系统中邻架、隔架和成组操作，减轻劳动强度的同时，还增加了安全保障。
5.2运输设备使用集中控制功能后，由原来的3人操作，减少为1名运输系统巡检工负责观察运输系统运转情况、处理应急事件，通过各转载点摄像头和集中保护系统对各部运输设备进行观察、监控，发现问题可第一时间通过集控主机对各运输设备进行远程控制，并及时赶赴现场去处理。
5.3采煤机使用记忆割煤功能后，由原来的3名采煤机司机缩减为只需1名采煤机巡检工负责观察采煤机割煤情况并根据工作面煤层变化情况实时对采煤机割煤情况进行人工干预。
5.4智能化总控台控制员将原支架操作工、采煤机司机、井下电钳工、乳化液泵站司机等相关生产人员整合至控制台操作、监护，实现了将科技转变成效益的目的。
5.5两巷超前采用注浆锚索进行支护后，取消了单体液压支柱，极大的减轻了端头支护的工作量及工作强度，由原来的6名端头支护工减为现在的2名端头巡检工，主要进行不规则工作面加减支架。
工艺工效对比表
结语：综采工作面智能化生产技术是实现煤矿安全高效开采的关键，加快其关键技术的攻关是实现综采工作面智能化的必然选择。蒋庄煤矿瞄准科技前沿，持续推动“一提双优”建设，在装备升级、优化劳动组织、智能化开采方面寻求突破，实现了向装备智能化、组织集约型、施工高效率、生产高效益、劳动低强度、安全保障有力的转变。
在3上605工作面智能化开采，达到了“机械化换人、智能化减人”的目的，做到了“少人则安，无人则安”，实现了安全高效、减人提效、降低劳动强度、改善职工工作环境的目标，让职工“体面劳动、尊严生活”。同时也为智能化开采积累了宝贵的经验，为以后的安全、高效、智能化生产提供了依据。
参考文献 [1]王金龙.优化智能化工作面设计的研究与应用[J].煤矿现代化，2017（4）.
论文作者:张子强、苏庆华、刘青、张承冉、张洪库
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第14期
论文发表时间:2019/12/17
标签：工作面论文; 支架论文; 采煤机论文; 煤层论文; 功能论文; 系统论文; 倾角论文; 《科学与技术》2019年第14期论文;