黄陵矿业公司智能化开采核心技术及其应用实践(下)

黄陵矿业公司智能化开采核心技术及其应用实践（下）

2019年08月15日

表1　黄陵矿业公司智能化工作面减员对比

较薄及中厚煤层智能化工作面大采高智能化工作面

传统工作面人员人数智能化工作面人员人数传统工作面人员人数智能化工作面人员人数

采煤机司机3

工作面巡视工1采煤机司机3采煤机巡视工1

支架工5支架工5支架巡视工1

运输机、转载机、破碎机司机1地面（或井下）转载机司机1

电工兼职泵站司机1监控中心2运输机司机1

胶带机司机1操作人员胶带机司机2井下监控中心操作人员1

超前支护工8超前支护操作人员4电工1

泵站司机1

超前支护工6超前支护操作人员4

地面分控中心2

合计19合计7合计20合计9

2.3.2　生产效率提升

智能化综采的生产过程主要以设备自主感知运行和智能控制为主，减少了人工作业和多工种之间的交叉作业，降低了职工劳动强度，提高了生产效率。其中，1.4～2.2 m煤层智能化工作面生产能力达到17万t/月，回采工效由79 t/工提升至133

t/工；1.5～2.8 m煤层智能化工作面生产能力达到23万t/月，回采工效由117 t/工提升至149 t/工；大采高智能化工作面生产能力达到50万t/月，回采工效由136 t/工提升至216 t/工，生产效率提升平均达到15%以上。

2.3.3　安全生产保障能力提高

在地面或井下巷道远程操控作业可以将矿工从艰苦危险的环境中解放出来，从高强度体力劳动中解放出来，保护了从业人员的安全健康，提高了煤矿工人的素质，体现了“以人为本、安全发展”理念。工作面实现了无人跟机作业，现场1人巡检，实现了“少人则安、无人则安”。同时，随着装备技术和监测监控系统的升级以及管理水平和员工素质的提升，矿井安全可靠性进一步增强。

3　智能化开采技术发展的思考

据了解，目前全国已经建成145个智能化采煤工作面，但实现智能化无人综采技术常态化应用的矿井并不多，其根本原因是目前智能化开采技术尚处于起步阶段，在技术、工艺和管理上还存在许多未解的难题，制约了智能化无人开采技术的发展和应用。因此，应亟需开展装备可靠性、系统稳定性和先进实用技术等研究，不断推动煤炭智能化开采技术向高级阶段迈进。

3.1　智能化开采技术适应性条件分析

3.1.1　地质条件

智能化开采技术对地质、煤层条件有一定要求。以成功应用的黄陵矿业公司一号煤矿1001工作面为例，该工作面煤层较为平缓，煤层倾角为0～5°，煤层厚度为1.4～2.2 m，硬度系数为3左右，顶、底板为泥质砂岩且较稳定平整，采面长度为235 m，走向长度为2271 m，这些条件为实施智能化无人开采提供了地质保障。

3.1.2　系统配套

智能化开采技术离不开机械化、自动化、信息化等高新技术和装备的支撑。2009年以来，黄陵矿业公司始终坚持科技创新驱动发展，加强数字化矿井建设，先后完成了矿井万兆环网改造和主系统自动化升级改造，实现了井下供电、供排水、主通风等生产系统地面集中控制和井下无人值守，为智能化开采技术实践奠定了基础。

3.1.3　灾害治理

安全生产是智能化开采技术应用的前提。黄陵矿业公司针对矿井水、火、瓦斯、煤尘、顶板等诸多灾害，树立了“安全至高无上”的理念，狠抓灾害超前治理，实施科技兴安战略，扎实推进了灾害防治技术研究，夯实了安全生产基础。

3.2　智能化开采技术未来研究重点和发展趋势

3.2.1　装备免维护研究

目前，国产煤炭智能化开采装备在使用过程中仍存在诸多问题。首先，国产装备在材质和制造工艺等方面与进口装备相比存在较大差距，机械可靠性较差、设备故障较多、日常维护量较大、检修人员较多；其次，配套使用的高精度传感器时常会出现采煤机采高数据监测不稳、液压支架立柱压力及推移行程不准等现象。这些问题直接影响智能化综采设备智能运行和远程干预控制的精准性。因此，需加大智能化装备免维护研究，为智能化控制系统可靠运行提供装备保障。

3.2.2　系统稳定性研究

智能化综采控制系统是多个系统的耦合，各系统内大量运行数据交互使用率较高，一个潜在的不确定因素即可导致智能控制系统决策进程执行不到位。目前开发应用的智能化综采控制系统偶尔仍会出现通讯状态不稳、控制命令发送丢失、视频卡顿及瞬间黑屏等现象，因此必须不断采用新技术、新算法，以逐步提高系统的动态响应能力和稳定性。

3.2.3　先进实用技术研究

“可视化远程干预型”智能化开采技术尚处于智能化初级阶段，虽然有效解决了井下采煤工作面用人较多和劳动强度较大等问题，但也存在着智能感知和决策水平较低、远程干预控制频繁、记忆截割应用率低等问题。因此，必须加大制约智能化开采技术发展的关键难题科研攻关，才能实现煤炭开采技术向高级的人工智能阶段迈进。

（1）基于地理地质信息系统的智能化开采技术研究。避开“煤岩识别”和机器人采煤作业等技术难题的束缚，实施基于地理地质信息的“透明工作面”智能化开采技术，应该是实现煤炭智能精准开采的另一有效途径。通过地测、物探和其他地理信息的手段，可提前建立待采工作面三维模型，再利用惯性导航精准定位技术，将采煤设备精准定位至三维模型中具体的每一个点，这样就能实现当前煤层条件下的智能精准采煤。该技术将有效适用于煤层赋存变化相对较大及地质条件相对复杂的矿井。

（2）大数据分析决策技术和高效监控平台研究。智能化开采控制系统中各单机系统数据分散，相互融合应用率较低，精度也不高，且并未对采集到的数据进行分析判断，易出现数据误差较大，无法有效指导精准操控，因此需要开展大数据分析决策技术研究。该技术能够实现各单机系统海量数据的深度融合应用，实现数据的实时纠偏和修正，并对历史数据进行分析，提前给出采煤机割煤曲线和决策控制信息，指导采煤机和液压支架进行精准控制。同时还需加强智能开采高效监控平台研究。目前在用的智能化监控计算机经过防爆处理后，性能大大降低，严重影响智能化开采技术的应用效果，亟需建立高效快速的智能化监控平台，全面提升智能化监控平台软硬件水平，实现数据高速分析处理，保障智能控制的实时性和准确性。

（3）系统自适应和故障自诊断技术研究。目前，智能化开采技术在智能感知和自主决策等核心系统技术水平较低，无法在采煤过程中根据工作面地质变化情况完成装备自适应调整，需在智能探测、智能分析和智能控制技术研究等方面进一步探索，提升设备的智能感知、自主适应和智能控制的能力。尤其在煤岩识别技术探索方面要发散思维和开拓创新，通过多种技术的融合和分析比对来实现煤岩界面的快速精准分辨。同时还需加强对智能化开采装备的故障自诊断技术研究，通过分析故障类别、故障点、故障时间以及运行周期等因素，不断完善设备和系统的故障自诊断功能，达到自动分析、自动判断与指导处理的目的。

（4）工作面复杂环境条件与智能化采煤的耦合应用研究。采煤工作面环境复杂且多变，时刻影响着采煤作业的安全。因此，为了全过程保障智能化开采的安全，就必须将工作面复杂的环境条件与智能化采煤技术进行深度耦合，从而实现人机的安全协调运行。重点研究内容包括：一是研究瓦斯和油型气浓度与采煤机截割速度联动控制技术，清除智能开采过程中的瓦斯爆炸隐患；二是研究涌水量与采煤机联动控制技术，清除智能开采过程中的水害隐患；三是研究CO浓度与采煤机联动控制技术，清除智能开采过程中的火灾隐患；四是研究煤尘浓度与采煤机联动控制技术研究，清除智能开采过程中的煤尘爆炸隐患。

4结语

智能化无人开采是煤炭工业发展的重要方向。我国目前的智能化开采技术仅仅是一个起步，距真正的智能化无人开采还有较大的距离。因此，还需要产、学、研、用相结合，共同努力，攻克各种难关，才能更好地推动井下智能化无人采煤技术的发展。下一步黄陵矿业公司将对现有智能化开采技术和装备进行全面升级，不断提升矿井智能化水平；同时，加快智能化快速掘进技术研究与探索。目的是进一步实现矿井生产由“少人化”向“无人化”转型，主供电、主排水、主通风等生产辅助系统由“无人值守、有人巡视”向“既无人值守又无人巡视”转变，建成“两智三无”（智能化采煤、智能化掘进，无巷道、无煤柱和工作面无人开采）联合开采的智慧矿区。

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