急倾斜复杂煤层智能化综采成套技术研究与应用

急倾斜复杂煤层智能化综采成套技术研究与应用

邓国军,李光荣

斌郎煤矿，四川 达州 635000

摘要：我国煤炭资源开采条件差异较大，既有赋存稳定的特厚煤层，也有地质条件差的薄煤层。尤其一些老矿区，地质条件复杂，五大灾害俱全，巷道系统复杂，自动化水平低，开采难度大。首先阐述了急倾斜复杂煤层智能综采技术的实施背景，分析了智能综采技术的实施特点。以斌郎煤矿N-1211综采工作面为例，对大倾角液压支架防倒、防滑、防飞矸及自动跟机技术；记忆截割技术与人工干预的有效结合；智能化系统元件的保护等关键技术。研究了集控功能、监测功能和支撑体系建立三方面的实现过程，总结了智能综采技术的经济和社会效益，具有复杂地质条件下煤炭安全高效开采的示范引领作用，对于矿井生产自动化水平的提升及智慧化矿山建设具有重要的实践意义。

关键词：急倾斜；复杂煤层；智能综采；工作面集控中心

1技术实施背景

斌郎煤矿自1989年建井投产至今面临的问题不断增多，其根本问题在于成本不断上升.利润持续下滑，经横纵向对比分析，矿井机械化程度仍处于相对较低的水平，自动化装备投入不足是主要原因之一。基于该实际情况，急倾斜复杂煤层智能综采技术的研究与应用项目于2021年初应运而生。为确保我矿N-1211急倾斜综采智能化工作面建设项目顺利实施，矿结合该工作面开采实际情况，并经多次研究论证，通过外出调研、实地考察、技术论证，集团公司机运部、技术中心、斌郎煤矿等相关人员参加，对广能龙滩煤矿智能化综采工作面、达竹中心铁山南煤矿电液控综采工作面、四川坤宇沃达智能科技有限公司、嘉华机械公司进行考察学习，并多次与设备配套厂家进行了技术交流。我集团公司从技术层面一致认为，智能化综采装备、工艺的适用条件和使用前景符合实际。

2特点分析

2. 1煤层特点

斌郎煤矿N-1211采煤工作面地质构造复杂，工作面处于中山背斜东翼，煤层大体向东倾斜（产状：煤层倾向120°～91°，倾角18°～68°）。采煤工作面呈“弓”型，煤层倾角变化大，属西南片区建设的首例急倾斜复杂煤层智能化综采工作面。N-1211综采工作面南北实际走向长约1100m，倾斜长呈南短北长趋势，平均倾斜长度105m；可采煤层面积58711m2。工作面煤层倾角18°～68°。所采煤层为内连煤层，煤种为1/3JM，煤层采高1.67m～2.2m，平均采高1.94m，煤层含有1～2层夹矸，夹矸岩性为深灰色泥岩，底层夹矸由北向南有增厚的趋势（0.2m～0.7m），煤层结构：0.30(0.05)0.42(0.40)0.70；煤层硬度系数f=2～3。

2. 2实施特点

该项目针对综采工作面采用自动控制和可视化远程干预控制技术代替传统手动操作，实现井下现场集中控制和地面远程监视工作面割煤、推溜、拉架等工艺智能化。可实现在工作面监控中心对综采设备进行自动化控制，确保各设备协调、连续、高效、安全运行。

3智能化功能实现过程分析

3. 1工作面集控中心的集中控制功能

3. 1. 1“一键”启停功能

实现了在顺槽监控中心对综采设备的“一键”启停功能。将集成控制系统设置为“全自动化”工作模式，通过“一键”启停按键启动工作面综采设备。

A启动顺序：乳化泵启动→皮带机启动→转载机启动→破碎机启动→刮板输送机启动→采煤机启动→液压支架与采煤机自动化控制程序启动→记忆割煤程序启动→牵引启动；反之顺序停机。

3. 1. 2液压支架的自动化控制

工作面液压支架跟机自动化＋远程人工干预的开采模式，满足了工作面中间架无需人工操作的要求。

3. 1. 3采煤机的自动化控制

采煤机自动记忆截割，液压支架自动跟机拉架、推溜，三机（采煤机、液压支架、刮板运输机）远程集中控制。通过采煤机记忆功能记录工作面截割一个循环的采煤工艺及煤层曲线的深工乙及煤层曲线实现在下个循环过程中采煤机自动按照记忆曲线和工艺割煤。

3. 1. 4远程手动控制

远程手动控制面皮带机、转载机、破碎机、刮板输送机及单组支架。

3. 2工作面集控中心的监测功能

（1）工作面每3组支架安装一台面向煤壁用于监测采煤机滚筒的摄像仪；每6组支架安装一台云台摄像仪用于动态跟踪采煤机。在工作面集控中心利用全覆盖视频，集控操作工作面设备，实现远程控制功能，工作面视频通过工业以太网传输到工作面集控中心和矿调度室进行远程监控。（2)具备在工作面集控中心对采煤机、液压支架、工作面运输设备、泵站系统设备工况监测功能；综采支架设备数据集成、处理、故障诊断工况监测功能；手机APP远程监控设备状态功能。

3. 3功能支撑体系的建立

矿井编制了净化水系统操作规程，完善了相关制度。保证泵站司机能够熟练掌握净化水装置操作技能，按期进行反冲洗，职工能够熟练操作或辅助操作电液控支架，专职员工能够掌握工作面集控中心操作技能。

4创新性分析

（1）通过自动化技术，实现调度集中控制以及在地面调度中心对综采工作面设备的监测功能。

（2）具备在地面调度中心对井下设备（采煤机、液压支架、运输机、转载机、破碎机、皮带机系统）的“一键”启停控制和远程干预操控功能。

（3）实现在顺槽控制中心对综采工作面设备的监测及集中控制功能。（4)可调度、协调、监测对采煤机、液压支架、工作面运输、转载设备工况．并实现远程控制功能。

（5)推进煤矿工业数据化建设，工作面综采设备集数据集成、处理、故障诊断、管理等功能于一体。

（6)建设互联网大数据系统，煤炭工业使用以太网、互联网、局域网，实现数据的高速传输、分析、处理及应用科学。

5推广应用情况

斌郎煤矿综采工作面以综采运输设备集中自动化控制为主，就地控制为辅，实现“支架跟机作业，远程监控干预”的工作面作业模式。N-1211工作面在预计在2022年12月推采结束，该设备已在N-1211工作面安装完毕进行推广应用，计划在-121采区、-421采区、401采区具备条件的工作面应用该设备技术。我集团公司其他权属矿井在总结应用经验的前提下，正陆续推广应用该系统。

6经济和社会效益

6. 1经济效益

斌郎煤矿自2020年10月开展“急倾斜复杂煤层智能化综采成套技术研究与应用”项目以来，经济技术指标都有较大提高，智能化综采比普通综采提高25％；生产班组人员精减10人。有效降低事故发生率，提高安全系数，降低安全成本，经济效益显著。

参考文献：

[1]孔五洲.煤矿通风安全隐患预防的措施探讨[J].科学技术创新，2019(28):194-195.