淮北矿业朱福——煤矿井下工作面智能化开采技术的研究

(淮北矿业（集团）有限责任公司袁店二井煤矿，安徽淮北 235000）

摘要：为实现煤矿井下工作面的智能化开采，根据智能化建设现状，结合井下工作面具体情况，对支架精确控制、顶煤探测、煤矸识别以及自动跟机控制技术等方面，研究分析煤矿井下工作面智能化开采技术，通过在采煤液压支架及其他设备上配备智能监控装置，实现煤矿井下工作面的智能化开采，确保减人增效的同时，提升矿井经济效益，推进矿井高质量发展。

关键词：智能化开采；支架精准位姿态；顶煤精准探测；煤矸探测

0.引言

近年来，智能化技术日益成熟，在煤矿开采中也逐渐得到广泛应用，使得煤矿开采实现自动化、智能化和数字化水平大幅度提高，同时生产效率也得到显著提升，还大幅度减少了人工成本，对井下开采工作面生产的安全稳定性也具有明显的提升作用。智能化技术在煤矿开采中的应用，首先体现并应用在综采和综放工作面中，不仅大幅度提高了我国煤炭行业的整体发展水平，还对我国社会经济的发展起到了非常重要的推动作用。

1.我国智能化开采研究现状

我国的智能化开采技术起步比较晚，但经过近20年的潜心研究，发展迅速。自2007年研制出首套液压支架电液控系统，到2017年开展的国家重点研发项目“煤矿智能化开采安全技术与装备”，主要对煤岩界面实时识别技术、智能开采控制技术及装备、无人工作面巡检机器人、工作面智能化超前支护设备及辅助作业平台等进行智能化研究；再到2020年，国家发改委等八部委出台的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，表示我国煤矿行业已经逐步进入智能化发展，截至目前，我国在煤矿智能化开采方面已经取得“液压支架电液控制系统、采煤机记忆切割和可视化远程干预控制”等成果，但综采工作面智能化技术与装备与国外的智能化开采相比还存在一定的差距。

2.智能化开采方案

综采工作面智能化开采系统主干模型如图1所示，其核心是井下控制中心，通过控制中心对各个系统进行控制，从而实现智能化、常态化开采。

井下智能工作面综合采用输送机负荷监测技术、液压支架精确控制放煤机构、智能化三机工况检测与控制技术、智能化工作面直线度控制技术、系统定位及防碰撞安全保障技术、成套装备大数据专家系统技术。工作面主要配备负荷监控(煤量扫描装置+负荷监测平台)、三机工况监测与控制、系统定位及防碰撞设备，工作面设备配置情况见表1。

表1 工作面设备及系统明细表

名称	数量	名称	数量	名称	数量
液压支架	＞100架	过渡液压支架	3架	自移机尾	1部
胶带超前支护	4架	回风超前支架	4组	乳化泵	1套
端头液压支架	1架	采煤机	1台	喷雾泵	1套
运输机	2部	电液控系统	1套	负荷中心	1套
转载机	1部	集中供液系统	1套	带式输送机	1部
破碎机	1台	自动化集中控制系统	1套	智能喷雾	1套

支架设计时，选用高精度、高可靠性的尾梁行程传感器和插板行程进一步保障放煤机构的精准控制，每台支架还配置了压力、推移行程、测高、红外、倾角等传感器。传感器在井下监测收集到的信息通过以太网传输至地面调度指挥中心，指挥中心能够对数据进行显示、处理和保存。探测传感器采用探地雷达技术，用无线电脉冲进行煤层厚度的探测，实现透地测量精度。使用煤矸放落自动识别传感器，该传感器采用先进的传感采样技术，对煤矸信号振幅、能力等振动信号处理，通过内部的加速度计模块，对采集的加速度信号进行滤波算法求得物体的振动频率。工作面形成智能化协调生产模式，工作面人员布置见图2。生产作业方式采用“四六”制生产组织方式，按照日推进10刀的正规循环组织生产。

工作面巡检、机头机尾超前支护、监控及远程监控技术措施如下：

1)工作面巡检：包括液压支架和采煤机巡检，主要是在开采时观察设备运行情况，发现问题紧急停机，并联系人员共同解决问题，工作面巡检主要监测过程，监测大块顶煤情况。2)远程监控：远程监测要注意观察监测支架动作，通过视频、数据等信息观察工作面运行状态，根据远程监测放煤机构动作情况预判运输机负荷，提前干预数量控制，进行工作面智能化开采，对综采设备进行启停、远程人工干预采煤机进行各项动作。3)超前支架：机头进风巷和机尾回风巷分别由超前支架工进行负责，及时对超前支架移架过程中对支架自移不到位等情况进行调整，同时负责对操作人员的安全情况进行监视和指挥，负责两巷的物料回收等。

3.智能化问题应对措施

转变发展思想，通过实施基于地理地质信息的透明工作面智能开采技术，根据已有的煤层数据、地质钻孔数据等建立初始透明工作面模型，如图3所示，通过雷达测高或激光测高技术对工作面煤层进行测高，描绘出采煤机的截割曲线，从而实现精准开采。