陈刚，董海宁，杨峰
淮北矿业（集团）有限责任公司 临涣煤矿，安徽 淮北 235000
摘 要：综采工作面的智能化采煤技术对于提高采煤效率、减少人力使用、提高采煤安全性都有较好的效果，本文重点探讨了当前综采工作面智能化采煤的关键技术，并结合1065工作面实施现状展望了综采工作面智能化还需突破的关键技术和重点发展方向。
关键词：智能化；综采工作面；优势；实践应用
1 工作面概况
临涣煤矿1065工作面平均倾角11°，工作面倾向长度179m，走向长度1005.9m，面积218028.4m2，平均煤厚2.92m，工业储量901496.8t。工作面水文地质条件属中等类型，工作面为Ⅱ类自燃煤层，煤层原始瓦斯含量为2.5m3/t。工作面煤层赋存稳定，全区可采，煤层结构简单。
工作面选用一部MG650/1550-WD型采煤机、121架ZY6800-19/40D型液压支架和一部SGZ800/2×700型刮板运输机；机巷选用一部SZZ800/400型转载机、一部PLM3000/250型破碎机和一部DSJ100/100/2×200型胶带输送机运煤；两巷超前管理采用ZQL2×4000/18/35型超前支架；泵站采用3台 BRW400/31.5N型乳化泵（三泵两箱、双供双回）进行供液，集控中心采用ZE07型。
2 智能化工作面开采技术
1065工作面采用ZE07型综采自动化控制系统，该系统可以实现采煤机记忆截割采煤，实现工作面液压支架自动跟机移架，实现综采系统“一键”启停，实现地面调度和机巷的集控中心对工作面采煤机、液压支架、刮板运输机等设备的工作状态实行远程监测监控及操作，将工作面的相关信息及时传输到地面，并通过计算机网络实现共享，达到生产管理网络信息化。
2.1 综采自动化远程集中控制
将综采工作面主要设备，包括采煤机、液压支架、运输系统、供电系统、供液系统，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；
2.2 采煤机全工作面记忆截割
采用智能决策记忆割煤技术实现采煤机的自动化割煤过程。采煤机司机在煤层中人工操作先割1刀，通过读取采煤机机身传感器的高度、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，最终实现记忆截割。
2.3 液压支架全工作面跟机自动化与远程人工干预
在液压支架电液控制系统实现全工作面跟机自动化的基础上，将电液控制系统的数据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的自动化控制。
2.4 乳化液保障系统
通过自动控制技术，将远程配液、高压过滤系统集成起来，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。 其中泵箱液位自动检测，实现乳化液配比自动启停功能；反冲洗过滤站压力自动检测，自动反冲功能。
2.5 工作面视频监控
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。视频监控系统通过网络传输的方式完成对工作面采煤机、液压支架及采场状况的视频监控。实时为远程操作员建立身处现场实景的信息，确保远程操作的安全。通过视频监控系统传送工作面图像，操作人员根据煤层变化情况、滚筒截割情况、支架状态等信息，必要时对采煤机进行远程干预。
2.6 设备运行状态监控
顺槽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。
2.7 数据统计分析
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。
2.8 初撑力自动补偿。
支架控制器在自动补压功能允许的情况下，实时检测支架立柱的下腔压力，以获取支架对顶板的支撑情况。在支撑过程中如因某种原因发生立柱下腔压力降落，并当压力降至某一设定的阈值时，系统会自动执行升柱动作，从而将立柱下腔压力补充到规定安全压力值以上，自动补压过程能够执行多次，以保证支护质量。
3 智能化工作面优化、创新
3.1 控制器供电优化
工作面初始安装时控制器采用2.5m2电缆供电，因工作面供电距离长，压降较大，造成控制器电压低，导致控制器经常出现故障或自动重启。为解决这个问题，经讨论后，决定改用4m2电缆供电，有效的解决工作面电压降低的问题，使电液控系统更加稳定。同时经过试验，将电液控系统电源模块由4架一个缩减到6架一个后，电压依然稳定。工作面共节省了10个电源模块，减少了将近8万元材料费用支出。
3.2 控制器内部线路优化
工作面回采后，支架工反应部分控制器出现操作控制器时，先导电磁阀有信号，但无动作导致无法控制支架动作的情况，经过诊断后，发现出厂控制器内部线路板较为复杂，电压经过电路板后损耗较严重，到驱动器后电压值较低，无法驱动先导电磁阀进行动作。针对这种情况，单位电工采用了直接从电源插口处引出12V电源到驱动器的方法，避开了线路板内部损耗，大大增加了控制器的稳定性。
3.3 煤机耦合器优化
原煤机耦合器安装在顺槽接线盒内，顺槽接线盒体积较大，比较笨重，且每天需安人进行检修，经单位讨论后，决定将顺槽接线盒里的耦合器拆除直接安装在顺槽监控箱内，简化了设备个数，减少了机电工设备检修点。
3.4 照明视频系统优化
工作面起初是按照视频和照明灯每3架安装一个进行设计的，经实际使用，发现3架一个太过密集，不仅增加了管理难度，加大了机电工工作量，而且造成了较大的重叠浪费，后经现场试验后，将视频和照明灯均改为6架一个。在监控和照明效果不减弱的情况了，工作面节省了20个视频和20个日光灯，减少了近30万的设备费用投入。
3.5 控制器张贴文字说明（见图1）
工作面使用的控制器按钮采用图形符号进行操作功能说明，无中文文字标识。极大了增加了职工学习和在操作的困难程度，容易造成误操作，针对这种情况，除了加强职工培训外，单位专门将图形符号对应的中文说明打印成贴纸贴在控制器外壳盖子上，让职工一打开外壳盖子就能看到说明，知道如何操作，极大的减轻了职工的操作难度。
3.6 控制器加装保护罩（见图2）
工作面回采一段时间后，发现煤机显示位置和实际位置经常出现误差，经检查发现，红外接收器插在控制器上的插头受潮导致接收不良，同时发现工作面部分控制器按钮因进水气导致失灵、控制面板内进水汽导致显示模糊的现象，针对这种现象，单位制作了控制器保护罩，控制器保护罩采用PVC软塑料裁剪加工而成，起到了很好的防尘防水的功能，且加工简单，成本低廉。控制器保护罩投入使用后，大大降低了控制器的损耗率。
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4 智能化开采效果评价
4.1 减少职工作业天数，增加职工幸福感
工作面在使用智能化回采前，劳动组织基本采用“三八”制，职工每月出勤不少于25个班，休班天
数较少。自实现智能化开采后，单位劳动组织采用“二九一六”制，生产班工人上四个班就休息两个班，平均一个月只需出勤20个班，增加了职工的休息时间和幸福感。
4.2 减人提效明显
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。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。采煤机使用记忆割煤功能后，由原来的2名采煤机司机,1名跟机副队长缩减为只需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。由原来生产班作业的25人降到现在的16人，大大减少日常生产作业人数，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”。
4.3 降低劳动强度和提高工效
工作面支架是由计算机控制，支架移动过程各动作衔接紧凑，可以部分动作同时进行，减少循环时间，单支架“降柱一移架一升柱”工作循环时间降至l0s以下，可以适应大功率采煤机9m/min以上的牵引速度，满足快速割煤的需要，达到最大限度地提高生产效率的目的； 工作面移架、推溜等完全可以实现成组操作，大大降低了职工的劳动强度和提高了工作效率。
4.4 单产稳步提升
智能化系统的高效率为工作面实现“高产”创造了基础，自1065工作面采用智能化回采以来，月均产原煤达到12万t以上，且不断刷新矿井单产记录，最高日单产达到6016t,月单产记录超过15万t，与普通工作面月平均8万t单产相比，单产提高33％以上。
5 智能化工作面改进方向
5.1 煤岩识别系统未开发
智能化综采工作面目前未开发出煤岩识别系统，在工作面顶板出现变化时，不能及时调节采煤机滚筒高度，必须人工进行干预，方可杜绝采煤机滚筒割支架前梁与顶板。
5.2 找平系统未开发
智能化工作面目前未开发自动找平系统，日常生产作业过程中，在生产一个小班后，工作面如未在人员的干预下，就可能出现工作面运输机、煤壁不平等情况，达不到工程质量要求的“三直两平”。
5.3 系统软件还有待继续优化
智能化综采工作面系统在使用过程中视频会偶尔出现死机、卡屏等现象，需对系统断电重启后方可运转，系统稳定性需进一步优化。
5.4 智能化设备在生产使用过程中出现运输机上窜下滑的现象时，监控系统不能进行监测，必须现场作业人员根据工作面的实际情况，人工进行调整。
6 结语
综采工作面智能化采煤技术是当前采煤效率最高的技术，这种技术是需要多种高新技术的支持和共同作用。随着科技的不断发展，智能化开采技术面临的各种问题将会不断得到解决，最终实现智能化无人开采。将矿工从艰苦的环境中解放出来，将矿工从超强度的体力中解放出来，实现“无人则安”的安全目标。
参考文献：
[1] 王金华，黄乐亭，李首滨.综采工作面智能化技术与装备的发展 [J].煤炭学报，2014(8):1418-1423.
[2] 王虹.综采工作面智能化关键技术研究现状与发展方向 [J].煤炭科学技术，2014(1):60-64.
[3] 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）.
作者简介：陈刚（1973.12-），男，汉族，安徽淮北人，工程师，从事采煤管理工作，现任淮北矿业集团临涣煤矿采煤矿长。