智能开采控制系统20190423

智能开采控制系统

一、技术背景

十三五以来，综采工作开采在自动化的基础上逐步形成了以工作面“无人操作、有人巡视”的智能化开采模式，积极推动了综采成套装备研发和智慧矿山建设的规划，在主要开展的厚煤层/特厚煤层工作面智能开采、薄及中厚煤层无人化开采、巨厚煤层/薄煤层/大倾角等难采煤层安全高效开采等方面的理论、技术和装备研发实现了关键核心技术的突破。

国家能源技术革命创新行动计划明确了2030年重点煤矿区基本实现工作面无人化的目标，国家安全监管总局提出“机械化换人、自动化减人” 科技强安专项行动也智能化开采技术提供了良好的政策支撑。 二、技术原理

智能开采系统涵盖4方面的技术内容：工作面液压支架跟机自动化+采煤机记忆截割，工作面网络及视频监控技术，远程集中控制技术，工作面直线度控制。

1、液压支架跟机自动化、采煤机记忆截割技术

SAC型液压支架电液控制系统是集工作面控制系统、过滤系统及工作面数据集成及上传系统为一体的对液压支架实施多功能、高效率、自动化控制的成套设备，可结合开采工艺，依据工作面顶板压力、倾角、液压支架姿态、采煤机运行状态等信息，将整个生产过程划分为不同的阶段，自动决策并控制液压支架伸收护帮板、伸收伸缩梁、降移升、推溜、斜切进刀、端头清浮煤、转载机自动推进等动作，实现了工作面自动连续生产。

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图1：液压支架跟机自动化技术

采煤机记忆截割技术是计算机发展的产物，其工作原理是在示范模式下，根

据工作面煤层起伏高低条件由采煤机司机先割一刀，按照示范刀所记录的工作参数、姿态参数、滚筒高度轨迹，进行智能化运算，形成记忆截割模板，进入记忆截割模式，采煤机根据记忆截割模版完成割煤，在自动截割过程中，如煤层条件发生较大变化，则由采煤机司机手动干预割煤，并自动记忆调整过的割煤参数，不断修正误差，从而实现自动调高、卧底、加速和减速等功能。

图2：采煤机记忆截割技术

2、工作面网络及视频监控技术

SAM 型综采自动化控制系统，是在综采工作面单机设备自动化基础上、建立一套以监控中心为核心，工作面视频、以太网、音频、远控为基础的集中自动化控制系统。采用拟人手法，把人的视频、听觉延伸到工作面，通过在工作面安装摄像仪，实时跟踪采煤机，自动完成视频跟机推送、视频拼接等功能，为工作面可视化远程监控提供“身临其境”的视觉感受，指导远程生产。

图3：工作面网络及视频监控技术

3、远程集中控制技术

在顺槽列车上或地面打造一个“井下中控室”。按下“一键启停”按钮，工

作面的设备依次顺序自动启动。当发现生产过程出现偏离，如工作面顶板发生变化或液压支架未能移架到位，影响工作面连续推进时，可及时进行人工远程干预。

图4：远程集中控制技术

4、工作面直线度控制技术

引进澳大利亚联邦科学院LASC技术的基础上，利用惯导算法描绘采煤机行走轨迹，获得工作面轮廓形状；同步开发了工作面直线度控制系统，然后通过对每个液压支架推移行程单独闭环控制来达成直线度控制目标。

图5：工作面直线度控制技术

三、技术指标

（1）跟机自动化+记忆截割模式下，大采高工作面煤机最高速度达到8米/分钟、中厚煤层工作面煤机最高速度达到10米/分钟、薄煤层工作面煤机最高速度达到12米/分钟以上。

（2）工作面网络搭建千兆环网，全双工TCP/IP光或电传输方式，传输速率1000Mbps，具备802.1Q VLAN、QoS功能、端口汇聚、端口镜像等网络管理功能，网络故障自愈时间小于20ms，视频延迟小于50ms。

（3）设备数据高速上传和控制信号实时下达，控制延时不超过300ms。 （4）工作面直线度检测精度小于±5cm，工作面直线度控制精度小于50mm。 四、创新点

（1）系统采用拟人的手法，将人的“视觉”（视频）、“听觉”（语音）延伸

到工作面，并通过“神经元网络”（工业以太网、Ethernet/IP技术）将信息反馈到“大脑”（顺槽监控中心），依据“执行机构”（操作台）实现对工作面自动化运行设备的适时干预，实现了成套综采装备的高度集成。

（2）系统采用传感器、视频、通信等多种监测手段对工作面信息进行采集，通过分析、评价等手段，充分结合工作生产工艺，实现生产情况判断的同时进行智能调整、协调调度，实现系统良好运转、工作面高产高效。 五、应用实例

神华、中煤、兖矿、陕煤、同煤、阳煤、晋煤、平煤、冀中、淮南、山能等我国主要矿区的一百多个综采工作面应用了本智能开采控制系统。

首个智能开采控制系统于2014年在黄陵一号煤矿开始应用，首次实现了地面一键启停井下自动化采煤及“顺槽监控中心2人可视化远程干预控制，工作面内1人巡视”常态化连续运行，目前黄陵地区共推广应用8套。

滨湖煤矿作为薄煤层自动化开采的标杆企业，已选用了3套智能开采控制系统及相关装备，生产效率的提升满足了矿井取消了夜班开采的生产，大大改善了工人的作业环境，减轻了工人的作业强度。

阳煤集团新元煤矿作为高瓦斯矿井代表，采用本系统实现了基于瓦斯浓度与采煤机速度关联的全工作面跟机自动化，作业人员从12人降为5人，减员达58%。新景、一矿、二矿、开元、登茂通等矿相继积推广智能开采控制系统，实现在较复杂地质条件下智能化开采成功应用。

兖矿集团转龙湾煤矿基于本智能开采控制系统进行了工作面直线度控制技术的首次应用，解决了长期困扰煤炭行业的工作面直线度问题。目前宁煤矿区正在推进此技术的集群式应用，红柳I 040301工作面直线度控制常态化运行使用率达到79.6%，自动生产模式下工作面月生产能力35万吨以上，生产作业人员由11人递减至3人，同区域金凤矿、麦跺山、金家渠、双马、羊场湾等矿也在推进本系统的常态化应用，效果显著。

同煤矿区将本系统成功引入到综放工作面，同忻矿 8202 工作面作开创放顶煤工作面智能化开采新局面。麻家梁矿、塔山矿、马脊梁矿等多个矿井也紧跟其后，目前已实现7套系统的成功应用。