1、第 14 卷 第 4 期2023 年 2 月黑龙江科学HEILONGJIANG SCIENCEVol.14Feb.2023薄煤层智能化无人开采控制系统的设计与应用胡俊霞，辜志强(四川省煤炭设计研究院，成都 610000)摘要:结合某煤矿地质条件和开采工作面的实际情况，对薄煤层开采工作面采煤机、运输系统设备、液压支架、供电系统等智能综采设备的选择进行优化，提出了智能化综采技术方案，并在 3124S 工作面开展了工业化试验，实现了减人增效和安全“零事故”、瓦斯“零超限”的目标，有效提升了工作效率，取得了较好的经济效益，对类似复杂地质条件下煤炭生产方式的变革具有重要的指导意义。关键词:薄煤层;智能开
2、采;控制系统;工效提升中图分类号:TD67文献标志码:A文章编号:1674 8646(2023)04 0127 03Design and Application of Intelligent Unmanned MiningControl System for Thin Coal SeamHu Junxia，Gu Zhiqiang(Sichuan Coal Design and Research Institute，Chengdu 610000，China)Abstract:Through combining with the geological condition and the actua
3、l situation of the mining face of a coal mine，the selection of intelligent comprehensive mining equipment，such as shearer，transportation system equipment，hydraulic support and power supply system in the thin seam mining face of the mine is optimized，and the comprehensiveintelligent mining technology
4、 scheme is proposed.The industrial test is carried out in the 3124S working face，whichincreases efficiency and achieves the objective of safety“zero accident”and gas“zero overrun”，effectively improveswork efficiency and achieves good economic benefits.This has important guiding significance for the
5、change of coalproduction mode under similar complicated geological condition.Key words:Thin coal bed;Intelligent mining;Control system;Work efficiency improvement收稿日期:2022 12 03作者简介:胡俊霞(1979 )，女，工程师。以 5G、大数据、人工智能、物联网、云计算等为代表的信息技术在煤炭行业中广泛应用，促进了矿山 5G运营1、无人矿卡2、智能调度3 等创新应用系统的发展，有力推动了煤矿的智能化。而成功实施智能综采工作面的
6、矿井，地质和资源赋存条件都比较好，可是复杂地质条件下的智能工作面却报道得较少。以薄煤层为例，普遍存在厚度变化大、赋存不稳定、工作面工作空间狭窄、设备规模与产能矛盾突出等问题4 5，故合理设计开发薄煤层智能化无人开采控制系统对于改善井下作业环境、提高煤炭资源开采率有着重要的作用6。某煤矿的煤炭资源丰富，地质储量8 700万吨，煤层稳定，赋存条件好，具有建设高产高效、综合机械化矿井的独特条件。综合考虑综采工作面设备老旧、亟需更新换代等问题，决定选取 3124S 工作面作为智能化开采示范工作面进行改造，而薄煤层智能化无人开采控制系统却是面临的一项技术难题。13124S 工作面的基本情况3124S 回
7、采工作面具有独立可靠的通风系统，北边相邻的巷道主要有 3124N 机，风巷主要用作 3124N工作面的运输、通风、行人，走向长约1 480 m，倾斜长约 197.5 m，面 积 29.26 万 m2。纯 煤 总 厚 1.0 2.27 m，平均厚度 1.5 m，煤层倾角一般 3 7，倾角变化较稳定。软煤层实测厚约 0.3 m，主要分布于3124S 机巷 K0+685 m K1+145 m 段，内含少量砂质泥岩夹矸。煤体正常结构表现为煤层(0.3 m)矸石(0.1 m)煤层(0.3 m)矸石(0.1 m)煤层(0.8 m)，无软分层，煤层硬度系数 f=0.38 0.51，平均埋深 450 470
8、m。2智能化综采技术方案智能综采工作面利用可视化远程介入控制技术和自动控制技术，逐渐取代了井下人工操作7。工作面装备主要由采煤机、运输系统设备、液压支架、集中供液系统、供电系统等组成。煤层地质条件复杂，存在断层、薄煤层，且厚度不一致，开采过程中如遇到断层时截割的岩量通常大于开采煤量，造成含矸量较高，因此根据生产能力、煤层721赋存条件，按理论计算和智能化控制要求，选用MG320/710 WD3 型采煤机和销轨式无链牵引，多电机横向布置结构，可左、右截割，用于左、右工作面，配置1 250 800 mm 滚筒，采高 1.2 2.5 m，顶、底板三角煤均可割透，机头卧底量约 132 mm，机尾卧底量
9、约 83 mm，中部最大卧底量约 250 mm。根据顶板岩性条件和管理要求，选用 ZY4000/12/25D 两柱掩护式液压支架。工作面中部配置 110 架支架及时支护，机头、机尾过渡段用 2 架配置伸缩梁的过渡支架滞后支护。支架中心距1 750 mm，顶梁和掩护梁设单侧活动侧护板(面向煤壁左侧活动)，双伸缩立柱带保护套，采用电液控制，供液压力 31.5 MPa。通过远程操作台完成对液压支架推溜、升降、除尘等动作的集中控制，远程控制液压支架自动跟机作业。考虑智能化综采工作面运量大的要求，选用 SGZ764/2 315 型刮板输送机端卸方式，机头链轮中心高为550 mm，机尾链轮中心高为 660
10、 mm，中双链结构，运输能力800 t/h。复杂地质条件工作面煤厚1.3 2.5 m，机巷高度 2.5 m，三机配套后，刮板机机头超出机巷煤壁约 1.2 1.4 m，机头和机尾容易产生悬空现象，为使其超出煤壁控制在 0.8 m，向工作面回缩，将机头机尾布置于平行底板的大牵引架上，将机头设计为整体刚性结构，利用辅助推移装置进行移设8。桥式转载机和破碎机型号分别为 SZZ764/200、PLM1000。转载机内槽宽 722 mm，长 55 m，运输能力900 t/h，破碎机入料口粒度700 700 mm，出料口粒度300 mm，破碎能力1 000 t/h，转载机悬空段长度满足工作面推进要求，配置
11、MY800 转载机自移机尾，推移行程 950 mm。供电设备均由天玛公司牵头，厂家配合进行配套制造，其中包含隔爆高压开关、低压智能化馈电开关、电压互感器、移动配电点及远程电力监控等成套设备，技术参数满足对综采工作面供电及远程监控的要求。智能化综采自动化控制系统组成结构如图 2 所示。图 1机巷侧配套局部示意图Fig.1Partial diagram of the machine lane side图 2智能化综采自动化控制系统组成结构Fig.2Structure of intelligent fully mechanized mining automatic control system821
12、3工效对比与经济社会效益3.1工效对比3124S 智能化综采工作面工业试验回采期间，采煤二队组织“一采一准”回采作业，回采工效为 33.9 t/工。组织“两采一准”回采作业，工效为46.1 t/工。相邻工作面为同队伍已完成回采的 3124N 综采工作面，采煤二队组织“一采一准”回采作业，工效为21.6 t/工。组织“两采一准”回采作业，工效为27.8 t/工。按照同一队伍同一生产组织方式、不同工艺回采相邻工作面进行对比，3124S 智能化综采工作面“一采一准”回采工效比 传 统 综 采 工 作 面 增 加 了 12.3 t/工，提 高 了56.9%。“两采一准”回采工效比传统的综采工作面增加了
13、 18.3 t/工，提高了 65.8%，如表 1 所示。表 1智能化综采工作面与传统工作面生产用工及回采工效Tab.1Production labor and mining efficiency of intelligent fully mechanized mining face and traditional working face工作面在册人数(人)生产人数(人)工日(个)工作制产量(t)工效(t/工)3124S63631 634一采一准64 38033.93124S85852 040两采一准73 88946.1传统 3124N69691 489一采一准36 88826.1传统 312
14、4N94941 319两采一准40 54227.83.2经济效益3124S 智能化综采工作面自工业性试验以来，3 个半月累计推进323.5 m，割煤433.8 刀，产量212 025 t，平均单产 6.06 万 t。“一采一准”实现单班最高割煤 7刀，月平均产量 5.45 万 t，月最高产量 6.39 万 t。“两采一准”实现日平均割煤 6.7 刀，产量 4.86 万 t，达到了年产 100 万 t 的生产能力。经过近 6 个月的试验性生产，智能化生产设备运行可靠，不仅能够全工作面跟机作业，还能实现机头、机尾的三角煤自动记忆截割，实现了全工作面自动化跟机作业的常态化。其间，工作区域单班生产作业
15、人数由以往的 18 人减少至 10人，单班减少 8 人。3.3社会效益智能综合机械化开采技术是煤炭开采技术的关键，不仅转变了以往的生产模式，还进一步优化了生产工作条件，提高了开采效率，提供了更加安全的生产作业环境，人员安全得到了保障，体现了“以人为本“的安全发展理念。同时推进了煤矿设备升级，提升了煤矿智能产能，实现了井下煤矿工人劳动密集型向技术输出型的转变。4结束语根据某煤矿复杂的地质条件，设计研发了 1.2 2.5 m 薄及中厚煤层智能化综采工作面电液自动控制系统，并在 3124S 工作面开展工业化试验，从正式投入试生产至今，正常条件下实现了“以工作面自动控制为主、远程干预为辅”的自动化生产
16、模式，跟机率达到90%，作业人数减少 45%，达到单班日平均进 8 刀以上的生产能力，是过去传统综采工作面的 2 倍，回采工效提高了 18.3 t/工，实现了减人增效和安全“零事故”、瓦斯“零超限”的目标，有效提升了工作效率，取得了较好的经济效益，对类似复杂地质条件下煤炭生产方式的变革具有重要的指导意义。参考文献:1 冀杰.5G 通信网络技术在煤矿智能化的应用J 机械研究与应用，2022，35(03):203 205.2 孟峰，徐煦，薛国庆，等.5G+无人驾驶技术在国能宝日希勒露天煤矿智能化建设中的应用研究J 中国煤炭，2021，47(S1):172182.3 高强.掘进工作面智能化建设分析与设计J 煤炭科学技术，2021，49(S2):292 297.4 李健.薄煤层综采工作面智能化技术研究 J 能源与节能，2021，(09):125 126.5 杨龙杰，王培强，石彦磊.薄煤层工作面智能化开采设备选型及控制系统的研究 J 山东煤炭科技，2022，40(05):15 17.6 张健.煤矿井下采煤机智能综采控制系统的分析J 矿业装备，2021，(05):252 253.7 郭勤勤，张浩，
