智能開采控制系統(tǒng)20190423

1、智能開采控制系統(tǒng)一、技術(shù)背景十三五以來，綜采工作開采在自動(dòng)化的基礎(chǔ)上逐步形成了以工作面“無人操作、有人巡視”的智能化開采模式，積極推動(dòng)了綜采成套裝備研發(fā)和智慧礦山建設(shè)的規(guī)劃，在主要開展的厚煤層/特厚煤層工作面智能開采、薄及中厚煤層無人化開采、巨厚煤層/薄煤層/大傾角等難采煤層安全高效開采等方面的理論、技術(shù)和裝備研發(fā)實(shí)現(xiàn)了關(guān)鍵核心技術(shù)的突破。國家能源技術(shù)革命創(chuàng)新行動(dòng)計(jì)劃明確了2030年重點(diǎn)煤礦區(qū)基本實(shí)現(xiàn)工作面無人化的目標(biāo)，國家安全監(jiān)管總局提出“機(jī)械化換人、自動(dòng)化減人” 科技強(qiáng)安專項(xiàng)行動(dòng)也智能化開采技術(shù)提供了良好的政策支撐。二、技術(shù)原理智能開采系統(tǒng)涵蓋4方面的技術(shù)內(nèi)容：工作面液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化+采

2、煤機(jī)記憶截割，工作面網(wǎng)絡(luò)及視頻監(jiān)控技術(shù)，遠(yuǎn)程集中控制技術(shù)，工作面直線度控制。1、液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化、采煤機(jī)記憶截割技術(shù)SAC型液壓支架電液控制系統(tǒng)是集工作面控制系統(tǒng)、過濾系統(tǒng)及工作面數(shù)據(jù)集成及上傳系統(tǒng)為一體的對液壓支架實(shí)施多功能、高效率、自動(dòng)化控制的成套設(shè)備，可結(jié)合開采工藝，依據(jù)工作面頂板壓力、傾角、液壓支架姿態(tài)、采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等信息，將整個(gè)生產(chǎn)過程劃分為不同的階段，自動(dòng)決策并控制液壓支架伸收護(hù)幫板、伸收伸縮梁、降移升、推溜、斜切進(jìn)刀、端頭清浮煤、轉(zhuǎn)載機(jī)自動(dòng)推進(jìn)等動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)了工作面自動(dòng)連續(xù)生產(chǎn)。圖1：液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化技術(shù)采煤機(jī)記憶截割技術(shù)是計(jì)算機(jī)發(fā)展的產(chǎn)物，其工作原理是在示范模式下，根據(jù)工作

3、面煤層起伏高低條件由采煤機(jī)司機(jī)先割一刀，按照示范刀所記錄的工作參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)、滾筒高度軌跡，進(jìn)行智能化運(yùn)算，形成記憶截割模板，進(jìn)入記憶截割模式，采煤機(jī)根據(jù)記憶截割模版完成割煤，在自動(dòng)截割過程中，如煤層條件發(fā)生較大變化，則由采煤機(jī)司機(jī)手動(dòng)干預(yù)割煤，并自動(dòng)記憶調(diào)整過的割煤參數(shù)，不斷修正誤差，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)高、臥底、加速和減速等功能。圖2：采煤機(jī)記憶截割技術(shù)2、工作面網(wǎng)絡(luò)及視頻監(jiān)控技術(shù)SAM 型綜采自動(dòng)化控制系統(tǒng)，是在綜采工作面單機(jī)設(shè)備自動(dòng)化基礎(chǔ)上、建立一套以監(jiān)控中心為核心，工作面視頻、以太網(wǎng)、音頻、遠(yuǎn)控為基礎(chǔ)的集中自動(dòng)化控制系統(tǒng)。采用擬人手法，把人的視頻、聽覺延伸到工作面，通過在工作面安裝攝像儀，

4、實(shí)時(shí)跟蹤采煤機(jī)，自動(dòng)完成視頻跟機(jī)推送、視頻拼接等功能，為工作面可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控提供“身臨其境”的視覺感受，指導(dǎo)遠(yuǎn)程生產(chǎn)。圖3：工作面網(wǎng)絡(luò)及視頻監(jiān)控技術(shù)3、遠(yuǎn)程集中控制技術(shù)在順槽列車上或地面打造一個(gè)“井下中控室”。按下“一鍵啟?！卑粹o，工作面的設(shè)備依次順序自動(dòng)啟動(dòng)。當(dāng)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)過程出現(xiàn)偏離，如工作面頂板發(fā)生變化或液壓支架未能移架到位，影響工作面連續(xù)推進(jìn)時(shí)，可及時(shí)進(jìn)行人工遠(yuǎn)程干預(yù)。圖4：遠(yuǎn)程集中控制技術(shù)4、工作面直線度控制技術(shù)引進(jìn)澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)院LASC技術(shù)的基礎(chǔ)上，利用慣導(dǎo)算法描繪采煤機(jī)行走軌跡，獲得工作面輪廓形狀；同步開發(fā)了工作面直線度控制系統(tǒng)，然后通過對每個(gè)液壓支架推移行程單獨(dú)閉環(huán)控制來達(dá)成直

5、線度控制目標(biāo)。圖5：工作面直線度控制技術(shù)三、技術(shù)指標(biāo)（1）跟機(jī)自動(dòng)化+記憶截割模式下，大采高工作面煤機(jī)最高速度達(dá)到8米/分鐘、中厚煤層工作面煤機(jī)最高速度達(dá)到10米/分鐘、薄煤層工作面煤機(jī)最高速度達(dá)到12米/分鐘以上。（2）工作面網(wǎng)絡(luò)搭建千兆環(huán)網(wǎng)，全雙工TCP/IP光或電傳輸方式，傳輸速率1000Mbps，具備802.1Q VLAN、QoS功能、端口匯聚、端口鏡像等網(wǎng)絡(luò)管理功能，網(wǎng)絡(luò)故障自愈時(shí)間小于20ms，視頻延遲小于50ms。（3）設(shè)備數(shù)據(jù)高速上傳和控制信號實(shí)時(shí)下達(dá)，控制延時(shí)不超過300ms。（4）工作面直線度檢測精度小于±5cm，工作面直線度控制精度小于50mm。四、創(chuàng)

6、新點(diǎn)（1）系統(tǒng)采用擬人的手法，將人的“視覺”（視頻）、“聽覺”（語音）延伸到工作面，并通過“神經(jīng)元網(wǎng)絡(luò)”（工業(yè)以太網(wǎng)、Ethernet/IP技術(shù)）將信息反饋到“大腦”（順槽監(jiān)控中心），依據(jù)“執(zhí)行機(jī)構(gòu)”（操作臺(tái)）實(shí)現(xiàn)對工作面自動(dòng)化運(yùn)行設(shè)備的適時(shí)干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了成套綜采裝備的高度集成。（2）系統(tǒng)采用傳感器、視頻、通信等多種監(jiān)測手段對工作面信息進(jìn)行采集，通過分析、評價(jià)等手段，充分結(jié)合工作生產(chǎn)工藝，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)情況判斷的同時(shí)進(jìn)行智能調(diào)整、協(xié)調(diào)調(diào)度，實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)良好運(yùn)轉(zhuǎn)、工作面高產(chǎn)高效。五、應(yīng)用實(shí)例神華、中煤、兗礦、陜煤、同煤、陽煤、晉煤、平煤、冀中、淮南、山能等我國主要礦區(qū)的一百多個(gè)綜采工作面應(yīng)用了本智能開采控制

7、系統(tǒng)。首個(gè)智能開采控制系統(tǒng)于2014年在黃陵一號煤礦開始應(yīng)用，首次實(shí)現(xiàn)了地面一鍵啟停井下自動(dòng)化采煤及“順槽監(jiān)控中心2人可視化遠(yuǎn)程干預(yù)控制，工作面內(nèi)1人巡視”常態(tài)化連續(xù)運(yùn)行，目前黃陵地區(qū)共推廣應(yīng)用8套。濱湖煤礦作為薄煤層自動(dòng)化開采的標(biāo)桿企業(yè)，已選用了3套智能開采控制系統(tǒng)及相關(guān)裝備，生產(chǎn)效率的提升滿足了礦井取消了夜班開采的生產(chǎn)，大大改善了工人的作業(yè)環(huán)境，減輕了工人的作業(yè)強(qiáng)度。陽煤集團(tuán)新元煤礦作為高瓦斯礦井代表，采用本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了基于瓦斯?jié)舛扰c采煤機(jī)速度關(guān)聯(lián)的全工作面跟機(jī)自動(dòng)化，作業(yè)人員從12人降為5人，減員達(dá)58%。新景、一礦、二礦、開元、登茂通等礦相繼積推廣智能開采控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)在較復(fù)雜地質(zhì)條件下智能化開采成功應(yīng)用。兗礦集團(tuán)轉(zhuǎn)龍灣煤礦基于本智能開采控制系統(tǒng)進(jìn)行了工作面直線度控制技術(shù)的首次應(yīng)用，解決了長期困擾煤炭行業(yè)的工作面直線度問題。目前寧煤礦區(qū)正在推進(jìn)此技術(shù)的集群式應(yīng)用，紅柳I 040301工作面直線度控制常態(tài)化運(yùn)行使用率達(dá)到79.6%，自動(dòng)生產(chǎn)模式下工作面月生產(chǎn)能力35萬噸以上，生產(chǎn)作業(yè)人員由11人遞減至3人，同區(qū)域金鳳礦、麥跺山、