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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)難點可以為煤礦企業(yè)在本礦實施智能化建設(shè)提供重要幫助。高河煤礦基于開采資料、信息分析和設(shè)備調(diào)試，對E2308工作面實施了智能化開采技術(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采技術(shù)的后期發(fā)展提供借鑒和參考價值。

關(guān)鍵詞：智能開采；綜采工作面；智能化礦山

我國煤礦智能化的建設(shè)經(jīng)歷了從機械化、自動化、智能化到無人化的發(fā)展歷程[1]。目前針對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)的重點環(huán)節(jié)，現(xiàn)代化礦井的建設(shè)必須要積極面對[3]。目前智能化工作面建設(shè)的主要技術(shù)難點包括工作面的調(diào)斜、調(diào)直與調(diào)平工作，還有設(shè)備的人值守、系統(tǒng)遠程控制中的抗干擾性和傳輸效率等問題。這些問題都嚴(yán)重地影響了智能化礦山建設(shè)的進步空間及推廣覆蓋。因此如何提高工作面智能化程度、降低企業(yè)勞動成本是實現(xiàn)智能化開采的重要基礎(chǔ)，筆者在此將對智能化工作面的建設(shè)進行詳細闡述[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

王金華對國外智能化開采技術(shù)進行細致的總結(jié)，并對國內(nèi)智能化開采理念進行了框架化的設(shè)計，并將智能探測、智能導(dǎo)航和智能控制視為礦山智能化的重點發(fā)展方向[4]；張良[5]等通過對比綜采工作面自動化、智能化、無人化的區(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]詳細分析了綜采工作面智能化的發(fā)展階段和未來趨勢，并給出了相關(guān)技術(shù)建議和策略。根據(jù)我國煤炭工業(yè)的發(fā)展進程，煤礦智能化建設(shè)大約可以分為四個階段：即機械化、自動化、數(shù)字化和智能化，如圖1所示：第1階段以機械化生產(chǎn)代替人工勞動為標(biāo)志，例如液壓支架實現(xiàn)自動跟機、采煤機可以記憶割煤；第2階段以礦井主要設(shè)備實現(xiàn)自動化運作、工作面實現(xiàn)遠程遙控為特征；第3階段以工作面引入數(shù)字化技術(shù)為特征，包括工作面自動化生產(chǎn)、礦井自動規(guī)劃等方面；第4階段為最終的智能礦山階段，綜采設(shè)備實現(xiàn)自適應(yīng)開采并可以深度學(xué)校，井下無人機等設(shè)備可以完全代替人工采煤，實現(xiàn)無人值守。

1.2綜采工作面智能化開采的關(guān)鍵技術(shù)

開采裝備的可靠性。開采裝備的可靠性作為智能化開采的首要問題，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初始設(shè)計、制造組裝、系統(tǒng)測試等多位一體的方法進行保障。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，需要不斷地對環(huán)境進行模擬測試，對數(shù)據(jù)進行的實時的記錄、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)、探測精度、激光雷達等先進技術(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。工作面的直線度對煤炭的正常開采有著重要的影響。就目前所掌握的技術(shù)而言，對支架在自動跟機過程中的精準(zhǔn)移動缺乏有效控制。在復(fù)雜條件下，如大傾角工作面、薄煤層開采等問題還需對其智能控制技術(shù)進一步的完善。除此之外，機械設(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)特性等都會影響工作面的自動調(diào)直。在進行系統(tǒng)研發(fā)時，不僅要提升工作面自動調(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采技術(shù)創(chuàng)新實踐

根據(jù)資料判斷，現(xiàn)高河煤礦E2308工作面具備智能化實施條件，通過大量新設(shè)備的投入使用（電液控制系統(tǒng)、變頻控制開關(guān)、集中控制系統(tǒng)、乳化液泵站自動遠距離配液、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)備的自動化程度，對安全生產(chǎn)有很強的促進了作用。

2.1工作面總體架構(gòu)設(shè)計思路

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個集團為中心，創(chuàng)建3個IT基礎(chǔ)設(shè)施平臺，即：1張網(wǎng)融合通信平臺，1個云數(shù)據(jù)分中心和1套智能管控平臺，并配有“N”個智能系統(tǒng)。通過一系列智能化的建設(shè)，最終達到安全經(jīng)濟、降本增效的目的。

2.2主運輸皮帶的無人值守

E2308工作面將依托高河煤礦的工業(yè)環(huán)網(wǎng)進行建設(shè)，并在主皮帶機頭安裝有網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控攝像頭，通過集控系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控。在主運輸機的無人值守方面，高河煤礦優(yōu)先對西膠皮帶、南膠皮帶、北膠皮帶、南膠二部皮帶、北膠二部皮帶、東膠皮帶、配倉皮帶共計七部皮帶完成了升級改造。

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)測監(jiān)控系統(tǒng)、移動目標(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、瓦斯抽采監(jiān)測、礦壓監(jiān)測、洗煤廠集控、裝車站集控、主井提升監(jiān)測、主通風(fēng)機監(jiān)測等23個建設(shè)方向。高河煤礦的MOS智能礦山管控平臺目前在實現(xiàn)礦井綜合自動化管理平臺升級改造的基礎(chǔ)上，提升了煤礦智能化水平。具體來看實現(xiàn)了安全監(jiān)測、人員定位、主井提升、主通風(fēng)機、瓦斯泵站等系統(tǒng)的綜合集成和系統(tǒng)融合，未來智能工作面建設(shè)無需再投入用于數(shù)據(jù)統(tǒng)一集成、數(shù)據(jù)融合展示等方面的成本，有效實現(xiàn)降本增效，并通過二三維可視化的方式展示進行統(tǒng)一集成與融合聯(lián)動，無需調(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，高河煤礦的智能礦山建設(shè)將基于統(tǒng)一的數(shù)據(jù)輸入與輸出進行規(guī)范的優(yōu)化，校對數(shù)據(jù)編碼和數(shù)據(jù)接口，實現(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)一的一個標(biāo)準(zhǔn)參與建設(shè)和相互對接，有效降低維護和管理成本。在此過程中，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維團隊

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

3.2機電設(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，無人值守自動系統(tǒng)每建成一個，相應(yīng)的崗位減少一個。只要具備無人值守的條件，礦井相應(yīng)地就應(yīng)該按照無人值守的要求調(diào)整崗位、配置人員，下達用工計劃，實現(xiàn)井下逐步優(yōu)化減員、地面有序轉(zhuǎn)崗分流。見表1。

4結(jié)束語

智能化工作面的建設(shè)是一項綜合性較強的跨學(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、無線、監(jiān)測、控制等多種技術(shù)，實現(xiàn)在順槽監(jiān)控中心對液壓支架、采煤機、刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機、順槽膠帶機、泵站、開關(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，機電事故率平均降低了25%，設(shè)備運行電費節(jié)約10%；人員數(shù)量減少50%，將原來生產(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