智能化在回采工作面智能化建设中的应用(山西省)

智能制造技术在山西各煤炭矿井中的应用CONTENTS02 0301智能化综采发展现状

回采工作面智能化五大系统之割煤系统分析

智能化建设未来重点发展方向PARTONE智能化综采发展现状我国煤矿的智能化开采在最近十年取得了长足的进步，开启了我国智能化开采的新时代。以采煤机记忆截割、液压支架自动跟机及可视化远程监控为基础，以生产系统智能化控制软件为核心，实现了在地面（或巷道）综合监控中心对综采设备的智能监测与集中控制，确保当前国内智能化开采技术水平，在控制系统架构、控制方式、响应时间、智能功能、工作面人数、产能等主要技术指标方面处于国际领先，建立了以成套装备总控制网络信息综合决策为主、单机装备为执行机构的体系结构。将采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机、巷道胶带机、供液系统、供电系统等装备有机结合起来，构建成一个相互联系、相互依存、相互制约的采煤系统，依据系统控制决策模型分析结果，实现对综采成套装备的协调管理与集中控制。｝杖务;!.1

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1#支架PARTTWO回采工作面智能化五大系统分析本次对回采工作的智能化建设情况分析通过对阳泉煤业（集团）有限责任公司五矿，山西华阳集团新能股份有限公司二矿，中煤华晋集团韩咀煤业有限公司，山西寿阳段王集团友众煤业有限公司，山西华宁焦煤有限责任公司，山西三元煤业股份有限公司，山西煤炭进出口集团左云长春兴煤业有限公司这7大煤矿的智能化评定报告的得分情况，分别对以下五大方面来进行具体分析智能化内容实现情况，难易程度，以及指明相应的发展方向。一、必备指标

三、支护系统 五、综合保系统二、割煤系统 四、运输系统煤矿综采智能化工作面评定管理办法2023年3月23日，山西省能源局发布了《关于印发《煤矿智能化建设评定管理办法》的通知》。建设条件进行分类。根据煤矿智能化建设条件分类结果，分别采用对应的分级评价指标体系。2、等级分值调整：高级智能化（综合评分值≥90分）化（综合评分值75～90分，不含90分）、初级智能化（综合评分值60～75分，不含75分。3、省、市“分级分类”管理。4、评分项调整。5、增加必备指标，调整加分指标。6、增加常态化运行指标：记忆截割率、自动跟机率、自动跟机支护率、综合开机率。-8-山西省智能化评分与智能化系统对应关系采煤机智能化控制系统项目名称基本要求标准分值采煤机智能化控制系统项目名称基本要求标准分值割煤系统①采煤机具备自主定位，同时具备远程控制、机载遥控功能20②采煤机安装有位姿监测、摇臂角度感知、摇臂调高、油位、油温、油压、瓦斯监测等传感器，传感器数量、精度满足智能化要求③采煤机应具备瓦斯、粉尘浓度监测功能；具备与瓦斯监控系统联动控制；并具备智能调速、自动调高、记忆截割（自适应截割）率大于60）功能④采煤机具备与支架防碰撞功能⑤采煤机具备故障诊断与预警功能支护系统①液压支架配备电液控制系统，具备远程对液压支架降、移、升控制功能，具备支架全姿态监测功能，自动跟机率达到70%以上30②液压支架具备自动找直功能③应采用超前支架支护，实现远程遥控控制④综放支架具备自动放煤或人工辅助放煤功能⑤具备自动补液、自动喷雾，支护状态监测与预警功能⑥支护系统具有压力超前预警、自动跟机支护（自动跟机支护达到75）、伸缩梁（护帮板）防碰撞等功能运输系统①刮板输送机采用智能变频调速控制，具备煤量负荷检测功能和机尾链条自动张紧功能，断链智能识别，并与采煤机进行智能联动20②顺槽可伸缩带式输送机具备煤量、带速、温度等智能监测功能，采用智能张紧、可伸缩自移机尾③工作面运输实现远程控制和智能无人操控④顺槽可伸缩带式输送机具备跑偏、堆煤、撕裂、烟雾、异物检测等保护功能，实现基于煤量监测的智能调速控制自动调高智 防碰撞全工作面自动跟机远控状态监测支架电液控制系统全工作面自动跟机远控状态监测支架电液控制系统采 智能系 自动调直 能放顶煤工作面放煤系统化考统 超前支架电液控、远程控制 放顶煤工作面放煤系统化考支护状态监测预警核 自动补液 装支护状态监测预警防碰撞评 备防碰撞分 矿压分析--异物检测皮带机控制保护煤量远程控制与智能无人操控智能联动断链识别链条自动张紧煤量变频调速表--异物检测皮带机控制保护煤量远程控制与智能无人操控智能联动断链识别链条自动张紧煤量变频调速自移机尾电液控皮带智能张紧自移机尾电液控皮带智能张紧9山西省智能化评分与智能化系统对应关系项目名称基本要求标准分值综合保障系统采用工作面智能控制系统，在井下建立集控中心实现远程监控；在地面建立控制中心实现远程监控，实现协同控制、一键启停；综采工作面设备项目名称基本要求标准分值综合保障系统采用工作面智能控制系统，在井下建立集控中心实现远程监控；在地面建立控制中心实现远程监控，实现协同控制、一键启停；综采工作面设备综合开机率大于60%，设备运行记录数据完整30采煤机摇臂、刮板运输机、转载机、破碎机及带式输送机减速器工况监测系统；润滑油在线监测系统，具备润滑油故障诊断功能采用智能供液系统，具备智能配液功能具备人员、设备精准定位功能，工作面实现可视化视频监控并满足自动跟机；具备AI智能识别功能供电系统具有过流、短路、过压、欠压、漏电等故障监测和保护功能移变、组合开关等具有数据采集、上传功能，在权限范围内能够进行远程分合闸操作，具备远程参数整定功能具备设备智能故障诊断、预测与预警功能实现采煤作业规程、计划、任务、现场作业、分析优化等智能化管理；能够与生产经营管理系统数据的互联互通具备综采工作面三维地质模型构建功能，并根据回采过程中揭露的实际地质信息对模型进行实时动态修正应用数字孪生等技术对井下巷道与综采设备进行三维重现，实时反映综采设备的位姿、工况与环境信息，能够根据采集的设备数据实现综采工作面远程操控和仿真 智能供液系统 润滑油在线监测 智能供液系统 润滑油在线监测工况监测AI识别视频跟机定位系 智统 能考 供电监控 化核 装故障诊断评 备故障诊断智能化管理，与生产经营管理系统数据互通分表智能化管理，与生产经营管理系统数据互通三维地质建模三维地质建模数字孪生

-10-割煤系统采煤机具备自主定位，同时具备远程控制、机载遥控功能监测等传感器，传感器数量、精度满足智能化要求采煤机具备故障诊断与预警功能对于割煤系统这一方面的智能化建设中的这三项目，7大煤矿均已优秀实现，初步说明，该类型智能建设已经完成并能满足达标要求，在此方面现阶段已基本实现智能化。采煤机机身传感器

割煤系统-采煤机控制撞击声传感器

倾角传感器

Encoder煤机运行位置、方向

PT100摇臂、油箱油温牵引高速腔、

IRCamera红外成像仪振动传感器

流量传感器Methanemonitor瓦斯传感器

INS煤机运行轨迹测量，实现工作面自动调直

IRTransmitter红外线发射器

PressureSensor水路、制动器压力调高油缸压力

遥控器-12-智能调高技术是采煤机可以根据煤层赋存条件改变滚筒的切割高度，从而规避切割到顶底板岩石的风险，保证滚筒在煤层里割煤。包含两种方式，一是基于煤岩界面识别的直接调高方式，二是基于记忆截割的间接调高技术。截割高度的调整可以分为两个方向，一是截割高度的调整可以分为两个方向，一是工作面方向，二是 工作面推进方向前者通常使 用记忆截割方式进行调高，后者需方式进行调高，后者需要调整采煤机摇臂角度控制参数，适应工作面俯采仰采角度的变化。割煤系统-采煤机控制自动调高（智能调高）采煤机采高调节技术：程序化编程设定采高经典的记忆截割基于模型的自动截割基于煤岩界面实时自动识别的自动采高控制放射性测量技术煤岩分 电磁测量技术放射性测量技术煤岩分 电磁测量技术界识别所采用 热敏测量技术的技术图像识别技术光学测量技术振动测试技术声测量技术截割应力响应识别技术现阶段可实现的办法：在记忆截割的基修正曲线功能（况）-14-割煤系统备智能调速、自动调高、记忆截割（自适应截割）率大于60功能但是在割煤系统的智能化建设中以上提到的瓦斯和粉尘浓度监测功能，仅有个别煤矿实现该项功能的智能化，其中大部分煤矿只是能基本实现监测功能，甚至有的煤矿实现不了该功能，不具备智能化条件，离全面智能化还有很大一步需要跨越。采煤机具备与支架防碰撞功能对于该功能的智能化操作在对所评定的八大煤矿中也有近一半煤矿完全不具备此功能，而这种缺失的智能化容易造成重大安全隐患，所以说这种形势不容乐观，智能化建设需要加紧，刻不容缓。-16-割煤系统-采煤机控制-16-割煤系统-采煤机控制防碰撞机器视觉、图像处理技术激光测距技术虚拟现实技术毫米波雷达技术问题毫米波雷达一般安装在采煤机摇臂相应位置。存在的主设的位置、角度等通过视觉算法的输入，若检测的结要问题是毫米波雷达信号通的方式很难分辨；影响激光的测距降低了防碰撞功能的使用效率。果又较大误差、或者编码器输出数据有跳变。将导不匹配，影响碰撞检测结受煤壁片帮或者落煤砸撞，果。的防碰撞决策与控制。图示瓦斯联动采煤机集控系统依据工作面瓦斯浓度的大小进行采煤机速度策略开采工艺阶段数据反馈至瓦斯监测系统。瓦斯联动控制协同流程如图所示。当瓦斯浓度波动异常时可提前对未来危险进行预测，使报警时间前置，判断危险等级适当调整采煤机牵引速度，确保工作面安全监测系统保护功能不触发报警。在最高报警级别响应前，根据瓦斯浓度值进行不同级别的预警粉尘联动煤矿无尘化开采及粉尘精准防控技术主要通过自动定位喷雾降尘控制系统实现数进行降尘喷雾。统执行超限自动喷雾、定时循环喷雾等功能，协同控制流程如图所示。在采煤机牵引部安装位置传感器，通过控制器的数据处理模块，计算采煤机的位移信息，输入到建立的数学模型，精确的对采煤机实现位置定位。通过顺槽监控计算机控制采煤机各种动作;通过远程控制计算机进入记忆截割，采煤机在工作面按设定工艺程序自动运行、自动调高、卧底、加速、减速;通过远控控制计算机人工可以根据工作面情况随时干预采煤机运行。通过采煤机供电电缆监控芯线，实现数据的采集和传输,且可灵活地扩展数据采集数量，实现数据远距离传输，让职工在顺槽监控中心和地面监控室随时了解采煤机的整机实时运行状态。在采煤机上安装红外线发送器，发射数字信号，每台支架上安装1个红外线接收器接收红外线发射器发射的数字信号，来监测煤机的位置和方向信息，依据现场不同环境条件下对应采煤工艺，开发液压支架跟机自动化软件。系统通过对采煤机位置及运行方向的识别，实现工作面液压支架跟随采煤机作业的自动化控制功能。包括跟机自动移架、自动推溜、跟机喷雾等控制，从而达到液压支架动作与采煤机运行位置的动态耦合的目的。小结总体上来看，在回采工作面智能化建设上对于必备要求能很好的满足要求，实现必须功能，在割煤系统中的自主定位，记忆截割以及故障预警等方面都能做到相对较好，但在瓦斯、粉尘浓度监测功能，具备与瓦斯监控系统联动控制方以及采煤机与液压支架防碰撞方面做的有所欠缺，智能化程度较低，仍然需要进一步加强。智能化建设未来重点发展方向对于综采工作面实现无人（少人）至10人,大力发展使用AI技术下的煤矿机器人。实现5G或者实现基于5G+数字孪生/视频拼接技术实现远程常态化采煤。对于无人化，少人化，5G、F5G、WiFi6、万兆以太网等新一代网络技术，超融合服务器集群、分布式计算、数据仓库等新一代云平台技术这一方向的智能化技术发展，现阶段也仅仅只有个别煤矿能简单实现，还处于发展的初级研发阶段，这是今后大力发展的重点方向和关键，也是必须要追求的发展理