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摘要：了解智能化礦山的建設(shè)歷程和現(xiàn)存在的技術(shù)難點(diǎn)可以為煤礦企業(yè)在本礦實(shí)施智能化建設(shè)提供重要幫助。高河煤礦基于開(kāi)采資料、信息分析和設(shè)備調(diào)試，對(duì)E2308工作面實(shí)施了智能化開(kāi)采技術(shù)，并取得了降本增效、安全生產(chǎn)的目的。該預(yù)期成果可為工作面智能化開(kāi)采技術(shù)的后期發(fā)展提供借鑒和參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：智能開(kāi)采；綜采工作面；智能化礦山

我國(guó)煤礦智能化的建設(shè)經(jīng)歷了從機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化到無(wú)人化的發(fā)展歷程[1]。目前針對(duì)于綜采工作面的智能化工作仍處于起步階段，但由于其是智慧礦山建設(shè)的重點(diǎn)環(huán)節(jié)，現(xiàn)代化礦井的建設(shè)必須要積極面對(duì)[3]。目前智能化工作面建設(shè)的主要技術(shù)難點(diǎn)包括工作面的調(diào)斜、調(diào)直與調(diào)平工作，還有設(shè)備的人值守、系統(tǒng)遠(yuǎn)程控制中的抗干擾性和傳輸效率等問(wèn)題。這些問(wèn)題都嚴(yán)重地影響了智能化礦山建設(shè)的進(jìn)步空間及推廣覆蓋。因此如何提高工作面智能化程度、降低企業(yè)勞動(dòng)成本是實(shí)現(xiàn)智能化開(kāi)采的重要基礎(chǔ)，筆者在此將對(duì)智能化工作面的建設(shè)進(jìn)行詳細(xì)闡述[3]。

1綜采工作面智能化發(fā)展現(xiàn)狀及關(guān)鍵技術(shù)

1.1綜采工作面智能化發(fā)展現(xiàn)狀

王金華對(duì)國(guó)外智能化開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行細(xì)致的總結(jié)，并對(duì)國(guó)內(nèi)智能化開(kāi)采理念進(jìn)行了框架化的設(shè)計(jì)，并將智能探測(cè)、智能導(dǎo)航和智能控制視為礦山智能化的重點(diǎn)發(fā)展方向[4]；張良[5]等通過(guò)對(duì)比綜采工作面自動(dòng)化、智能化、無(wú)人化的區(qū)別，闡明了工作面智能化得到重要性和關(guān)鍵技術(shù)。黃曾華[6]詳細(xì)分析了綜采工作面智能化的發(fā)展階段和未來(lái)趨勢(shì)，并給出了相關(guān)技術(shù)建議和策略。根據(jù)我國(guó)煤炭工業(yè)的發(fā)展進(jìn)程，煤礦智能化建設(shè)大約可以分為四個(gè)階段：即機(jī)械化、自動(dòng)化、數(shù)字化和智能化，如圖1所示：第1階段以機(jī)械化生產(chǎn)代替人工勞動(dòng)為標(biāo)志，例如液壓支架實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟機(jī)、采煤機(jī)可以記憶割煤；第2階段以礦井主要設(shè)備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)作、工作面實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控為特征；第3階段以工作面引入數(shù)字化技術(shù)為特征，包括工作面自動(dòng)化生產(chǎn)、礦井自動(dòng)規(guī)劃等方面；第4階段為最終的智能礦山階段，綜采設(shè)備實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)開(kāi)采并可以深度學(xué)校，井下無(wú)人機(jī)等設(shè)備可以完全代替人工采煤，實(shí)現(xiàn)無(wú)人值守。

1.2綜采工作面智能化開(kāi)采的關(guān)鍵技術(shù)

開(kāi)采裝備的可靠性。開(kāi)采裝備的可靠性作為智能化開(kāi)采的首要問(wèn)題，主要由兩方面系統(tǒng)組成，包括裝備的原生可靠性和系統(tǒng)傳感器零部件的可靠性。裝備的原生可靠性主要通過(guò)初始設(shè)計(jì)、制造組裝、系統(tǒng)測(cè)試等多位一體的方法進(jìn)行保障。但更重要的是如何保障智能化傳感器零部件的精準(zhǔn)運(yùn)作。由于井下工作環(huán)境復(fù)雜多變，為更快地適應(yīng)該環(huán)境，需要不斷地對(duì)環(huán)境進(jìn)行模擬測(cè)試，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行的實(shí)時(shí)的記錄、傳輸和反饋，最大程度上降低傳感器的故障率。設(shè)備自身狀態(tài)的檢查及對(duì)環(huán)境的適應(yīng)。井下工作面環(huán)境惡劣，設(shè)備之間的安置與連接錯(cuò)綜復(fù)雜。在目前的使用中,僅有推移、紅外、壓力、傾角、采高等通用傳感器可以保持較高的靈敏度，而新型的煤層物探技術(shù)、探測(cè)精度、激光雷達(dá)等先進(jìn)技術(shù)還難以滿足需求，智能化程度更深的工作面巡檢的機(jī)器人大范圍推廣還有待提升。工作面的直線度控制。工作面的直線度對(duì)煤炭的正常開(kāi)采有著重要的影響。就目前所掌握的技術(shù)而言，對(duì)支架在自動(dòng)跟機(jī)過(guò)程中的精準(zhǔn)移動(dòng)缺乏有效控制。在復(fù)雜條件下，如大傾角工作面、薄煤層開(kāi)采等問(wèn)題還需對(duì)其智能控制技術(shù)進(jìn)一步的完善。除此之外，機(jī)械設(shè)備間的連接情況、工作面圍巖穩(wěn)定性情況、執(zhí)行系統(tǒng)的響應(yīng)特性等都會(huì)影響工作面的自動(dòng)調(diào)直。在進(jìn)行系統(tǒng)研發(fā)時(shí)，不僅要提升工作面自動(dòng)調(diào)直的精確度，還要注意使用成本的控制。

2綜采工作面智能化開(kāi)采技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐

根據(jù)資料判斷，現(xiàn)高河煤礦E2308工作面具備智能化實(shí)施條件，通過(guò)大量新設(shè)備的投入使用（電液控制系統(tǒng)、變頻控制開(kāi)關(guān)、集中控制系統(tǒng)、乳化液泵站自動(dòng)遠(yuǎn)距離配液、反滲透水處理設(shè)備等，具有較高的科技含量），可以顯著提高井下設(shè)備的自動(dòng)化程度，對(duì)安全生產(chǎn)有很強(qiáng)的促進(jìn)了作用。

2.1工作面總體架構(gòu)設(shè)計(jì)思路

高河煤礦智能礦井建設(shè)是以“1+3+N”的建設(shè)理念為基礎(chǔ)，分別代表以1個(gè)集團(tuán)為中心，創(chuàng)建3個(gè)IT基礎(chǔ)設(shè)施平臺(tái)，即：1張網(wǎng)融合通信平臺(tái)，1個(gè)云數(shù)據(jù)分中心和1套智能管控平臺(tái)，并配有“N”個(gè)智能系統(tǒng)。通過(guò)一系列智能化的建設(shè)，最終達(dá)到安全經(jīng)濟(jì)、降本增效的目的。

2.2主運(yùn)輸皮帶的無(wú)人值守

E2308工作面將依托高河煤礦的工業(yè)環(huán)網(wǎng)進(jìn)行建設(shè)，并在主皮帶機(jī)頭安裝有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控?cái)z像頭，通過(guò)集控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)控。在主運(yùn)輸機(jī)的無(wú)人值守方面，高河煤礦優(yōu)先對(duì)西膠皮帶、南膠皮帶、北膠皮帶、南膠二部皮帶、北膠二部皮帶、東膠皮帶、配倉(cāng)皮帶共計(jì)七部皮帶完成了升級(jí)改造。

2.3專業(yè)信息化系統(tǒng)建設(shè)

智能化工作面所涉及的信息化系統(tǒng)主要包括安全監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)、移動(dòng)目標(biāo)精準(zhǔn)定位系統(tǒng)、工業(yè)電視、IP應(yīng)急廣播、調(diào)度通信、水文監(jiān)測(cè)、瓦斯抽采監(jiān)測(cè)、礦壓監(jiān)測(cè)、洗煤廠集控、裝車(chē)站集控、主井提升監(jiān)測(cè)、主通風(fēng)機(jī)監(jiān)測(cè)等23個(gè)建設(shè)方向。高河煤礦的MOS智能礦山管控平臺(tái)目前在實(shí)現(xiàn)礦井綜合自動(dòng)化管理平臺(tái)升級(jí)改造的基礎(chǔ)上，提升了煤礦智能化水平。具體來(lái)看實(shí)現(xiàn)了安全監(jiān)測(cè)、人員定位、主井提升、主通風(fēng)機(jī)、瓦斯泵站等系統(tǒng)的綜合集成和系統(tǒng)融合，未來(lái)智能工作面建設(shè)無(wú)需再投入用于數(shù)據(jù)統(tǒng)一集成、數(shù)據(jù)融合展示等方面的成本，有效實(shí)現(xiàn)降本增效，并通過(guò)二三維可視化的方式展示進(jìn)行統(tǒng)一集成與融合聯(lián)動(dòng)，無(wú)需調(diào)取和切換其它子系統(tǒng)即可獲取數(shù)據(jù)。

3預(yù)期效果

在未來(lái)，高河煤礦的智能礦山建設(shè)將基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)輸入與輸出進(jìn)行規(guī)范的優(yōu)化，校對(duì)數(shù)據(jù)編碼和數(shù)據(jù)接口，實(shí)現(xiàn)所有參與礦井智能化建設(shè)的子系統(tǒng)廠家、集成商等單位都必須按照統(tǒng)一的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參與建設(shè)和相互對(duì)接，有效降低維護(hù)和管理成本。在此過(guò)程中，預(yù)期將收獲以下三方面的成果。

3.1可以培養(yǎng)專業(yè)的智能化礦山的管理運(yùn)維團(tuán)隊(duì)

在E2308智能工作面的建設(shè)中，可以為企業(yè)培養(yǎng)一支包括運(yùn)維、研發(fā)、業(yè)務(wù)應(yīng)用推廣在內(nèi)的專業(yè)技術(shù)隊(duì)伍。以信息化帶動(dòng)工業(yè)化，工業(yè)化促進(jìn)信息化，全面提升高河煤礦工業(yè)結(jié)構(gòu)整體的優(yōu)化升級(jí)，對(duì)本行業(yè)起到示范引領(lǐng)作用。同時(shí)，也響應(yīng)了國(guó)家“兩化”融合的號(hào)召，使信息化成為能源企業(yè)經(jīng)營(yíng)管理的常規(guī)手段。

3.2機(jī)電設(shè)備的故障率大幅下降

隨著智能化工作面的建設(shè)，煤礦的設(shè)備故障率、停機(jī)率、網(wǎng)絡(luò)故障率、日常待辦任務(wù)處理延期率將大大降低，煤礦的生產(chǎn)效率也得到相應(yīng)提高。

3.3工作優(yōu)化程度加深，人員減少，安全生產(chǎn)提升

在礦山智能化建設(shè)中，無(wú)人值守自動(dòng)系統(tǒng)每建成一個(gè)，相應(yīng)的崗位減少一個(gè)。只要具備無(wú)人值守的條件，礦井相應(yīng)地就應(yīng)該按照無(wú)人值守的要求調(diào)整崗位、配置人員，下達(dá)用工計(jì)劃，實(shí)現(xiàn)井下逐步優(yōu)化減員、地面有序轉(zhuǎn)崗分流。見(jiàn)表1。

4結(jié)束語(yǔ)

智能化工作面的建設(shè)是一項(xiàng)綜合性較強(qiáng)的跨學(xué)科、跨專業(yè)的前沿采礦技術(shù),涉及精準(zhǔn)勘探、高效傳感、大數(shù)據(jù)融合、設(shè)備信息物聯(lián)等集成。高河煤礦依托工業(yè)環(huán)網(wǎng)，終端查詢系統(tǒng)高度集成以太網(wǎng)、視頻、音頻、通信、無(wú)線、監(jiān)測(cè)、控制等多種技術(shù)，實(shí)現(xiàn)在順槽監(jiān)控中心對(duì)液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、順槽膠帶機(jī)、泵站、開(kāi)關(guān)等綜采設(shè)備集中管理與控制。新設(shè)備新技術(shù)的應(yīng)用，有效提高了智能綜采工作面集約高效生產(chǎn)水平，機(jī)電事故率平均降低了25%，設(shè)備運(yùn)行電費(fèi)節(jié)約10%；人員數(shù)量減少50%，將原來(lái)生產(chǎn)班每班24人，減低至每班12人。

作者:郭勤勤 張浩 連政 單位:山西高河能源有限公司