山能新矿集团周忠广高工：伊犁一矿智能综放工作面关键技术研究与实践

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文章来源：《智能矿山》2022年第9期“智能示范矿井”专栏

第一作者：周忠广，高级工程师，硕士

引用格式：周忠广，周建，黄其文，等.伊犁一矿智能综放工作面关键技术研究与实践[J].智能矿山，2022，3（9）:35-39.

新汶矿业集团（伊犁）能源开发有限责任公司一矿（以下简称伊犁一矿）被定位为山东能源集团Ⅰ类引领型矿井，根据国家八部委发布的《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》中Ⅰ类矿井建设要求，按照集团公司“高起点、高装备、高智能、高效率、高收益”的建矿要求，伊犁一矿坚持走矿井“重装大型、智能高端”之路，秉承“集聚高端装备、集成先进技术、集汇颠覆创新、集结前沿管理”的理念，紧紧围绕“安全、高效、绿色、少人的智能矿山”建设思想，弘扬“建百人工程、创百年矿井”的“双百工程”奋斗目标，努力打造煤炭行业安全开采、高产高效、绿色和谐、智能管理的无人化生产新模式，全力建成“一井、一面、一百人、一年、一千万”的“五一”示范矿井，走出一条煤炭行业“极简矿井”的发展之路。

伊犁一矿1504W工作面以综采工作面智能控制系统为核心，集成采煤机控制系统、支架电液控制系统、“三机”通信控制系统、运输控制系统、泵站控制系统和供电系统，成功实现工作面自动化作业，经过多次调试完善，智能化综放工作面已实现“超前”自动跟机移架、刮板输送机煤量预警、时间 空间双重自动化放顶煤、三角煤快速截割等工艺。伊犁一矿智能采煤工作面如图1所示。

图1 伊犁一矿智能采煤工作面

1504W工作面位于东一采区西翼，工作面南邻为正在开采的1503W工作面，北邻1505W备用工作面，东至井筒保护煤柱，西至5煤开采上限防水煤柱，上覆3煤层（该区为防水煤柱未开拓）。工作面走向长度1 720 m（至终采线），倾斜宽度260 m，面积447 200 m2 ，工作面标高 1 059.2— 1 130.1 m，平均倾角6°，煤厚18.5～22.5 m，平均厚度20.5 m，可采储量670万t。根据《新疆伊南煤田察布查尔县脱维勒克井田勘探报告》，5煤煤层气（CH4）含量和成分分别为0～0.009 mL/g和0～2.01%，二氧化碳最高含量为0.172 mL/g，最高成分为 50.31%。根据钻孔测得的瓦斯含量分析，5煤煤层气含量低，属瓦斯-二氧化碳-氮气带。

1504W工作面采用采煤机组割、装煤，并通过前部刮板输送机前移配合装运煤，后部刮板输送机负责运输放顶煤，运出的煤通过桥式转载机、破碎机到巷道带式输送机。选用ZFY13000/24/42D、ZFYG13000/24/42D、ZFG1500 0/27/42D型液压支架，MG500/1255-WD型电牵引采煤机，SGZ1000/2×1200、SGZ1200/2×1200型前/后部刮板输送机，SZZ1200/700型转载机，PLM4500型破碎机，DSJ140/350/4×50型带式输送机及BRW500/31.5乳化泵站（三泵两箱），BPW400/16型喷雾泵站（两泵两箱）等，于2020年10月10日正式投产。

01 率先研发并投用 超前自动跟机移架技术

伊犁一矿煤质为“三软”煤层，煤质硬度为0.8，生产期间顶板破碎严重，片帮现象普遍。根据以往生产模式，液压支架是在采煤机下滚筒割完煤以后才进行移架。伊犁一矿执行这种操作工艺后，采煤机附近的顶板及煤壁会大面积垮落，甚至埋住采煤机。为确保顶板有效支护，伊犁一矿率先研制出超前自动跟机移架技术，当采煤机上滚筒割过去以后，立即执行自动移架动作，最大可能地控制住顶板及煤壁，防止大面积垮落。执行“超前”自动跟机移架的过程中，采煤机在运动过程中将触发自动执行收护帮板、降柱、抬底，以及移架和推移刮板输送机的动作，期间不需要人工参与。超前自动跟机移架技术经过多次修改完善，现在可根据工作面顶板情况，任意设置超前移架距离，可以更好地面对井下复杂环境。智能化SAC电液控可视系统如图2所示。

图2 智能化SAC电液控可视系统

02 刮板输送机率先研发投用智能化

“轻载 过流”双重预警系统伊犁一矿1504W工作面使用宁夏天地奔牛实业集团有限公司研制的SGZ1000/2×1200前刮板输送机及SGZ1200/2×1200后刮板输送机，以及SZZ1200/700型转载机，利用KTC134主控器内部DOS程序，实现主控器与组合开关之间的通信，通过采集传输电机电流数据，实现对电流的实时在线监测。

“轻载 过流”双重预警系统，即设定前刮板输送机正常工作电流值区间为80～170 A，设定后刮板输送机正常工作电流值区间为120～210 A，转载机正常工作电流值区间为115～155 A。当实时检测到电流值不在正常工作区间的时间超过5 s时，语音报警系统将开始报警，但不停机，直至电流恢复至正常工作电流值区间内时，语音报警系统停止喊话。智能化“轻载 过流”双重预警系统如图3所示。

图3 智能化“轻载 过流”双重预警系统

1504W工作面自应用刮板输送机“轻载 过流”双重预警系统以来，通过精准监测刮板输送机电流，实时对刮板输送机煤量进行监测，根据工作面语音喊话系统进行“轻载 过流”预警，有效指导放煤工人控制放煤量，后部刮板输送机电流稳定在160～190 A，实现了工作面单刀产量稳定在3 500 t以上，单班产量基本稳定在10 700 t，最高班产量达到12 800 t，最高月产量达到736 300 t，实现了1504W工作面单产单效全集团公司第一。实现了“三机”预警系统常态化运行，既保护了设备，防止破坏刮板输送机，又保证了设备的利用率最大化。

03 国内首家“时间 空间”双重自动化放顶煤模式

2021年2月底，伊犁一矿完成了自动化放顶煤功能的调试，让伊犁一矿成为国内首家实现“时间 空间”双重自动化放顶煤模式的矿井，智能化综放工作面如图4所示。“时间 空间”双重自动化放顶煤模式具体操作如下：

图4 智能化综放工作面

（1）工作面移架过程中，严格按照自下而上（或自上而下）的顺序进行放顶煤。

（2）放煤时，先收回尾梁插板，并操作尾梁千斤顶，使尾梁摆到适当位置，使顶煤直接流入后部输送机。

（3）放煤过程中，要反复摆动尾梁和伸缩插板将顶煤放下；并根据现场实际情况，及时伸出插板护住后部输送机，即完成1个液压架的放煤工作后，再依次进行其他液压支架放煤。

（4）每组由2人进行放煤，1人操作，1人监护，控制放煤量和放煤时间，掌握后部输送机的运煤量，防止输送机过载输送。

（5）2组放煤工人之间间隔10个液压支架进行均匀连续放煤，严禁放煤过程中一次性见矸。

（6）放煤期间，放煤工人密切监视放煤口，做到见矸关门。

自动化放顶煤工艺根据现场实际情况，完全模仿放煤工操作动作，开发了5—142号液压支架区间以“行号”为基础的“上行 下行”数据库，共设置18个放煤阶段，56 s即可同时实现相隔5个液压支架的2个液压支架同时进行放顶煤动作，让后部刮板输送机的电流始终维持在175~190 A，并且接口完全面向操作人员开放，实现时间可调、顺序可调、空间可调。“时间 空间”双重自动化放顶煤模式如图5所示。

图5 “时间 空间”双重自动化放顶煤模式示意

自动化放顶煤与跟机自动化毫无关联，是一个完全独立的动作体系，能根据工作面时间情况选定放煤地点，根据后部矸石情况任意关停放顶煤动作，可操作性、灵活性较高。实现了顶煤的煤流量可以控制，保证不会出现后刮板输送机被压死的情况，大幅降低了后刮板输送机电机的维修成本。自动化放顶煤与采煤机的割煤工作相互独立，确保了后刮板输送机煤流量相对稳定，降低了对转载机的压力。

04 研发出适应自身特点的 快速割三角煤工艺

伊犁一矿1504W工作面埋藏较浅，上下巷道压力较小，变形量较低，采煤条件变化的地方相对较少，所以割三角煤的工艺相对比较程序化，实现起来相对简单。因此，开发了12个工艺段，来确保割三角煤工艺的顺利实现。

智能化采煤工作面实现三角煤记忆截割，就是在液压支架的电液控系统进行设置，采煤机运行至设置的各个点后，液压支架将按照设计好的模式进行移架、推移刮板输送机、自动形成斜岔，保证采煤机三角煤的正常回采作业，实现工作面的自动截割。

鉴于“头三尾四”7个过渡架的移架较为困难，即使人工操作也相对费事，因此在此处采取人工干预的方式，提前将这几个液压支架进行移架，确保三角煤工艺不丢程序段；鉴于采煤机在两端头往复翻刀较为频繁，采煤机运行速度较高，为确保不出现失误动作，在程序上率先将1—20号液压、130—149号液压支架的伸缩梁和护帮板实现闭锁，即当采煤机割透两端头进入翻刀清浮煤阶段时，该范围内的护帮板及伸缩梁全部处于收回并保持静止状态，确保采煤机快速通过。三角煤区域协同控制如图6所示。

图6 三角煤区域协同控制示意

05 结 语

伊犁一矿根据矿井实际生产条件，以打造“一井、一面、一百人、一年、一千万”的“极简矿井”为目标，通过试验应用超前支架控制、“轻载 过流”双重控制煤流运输、“时间 空间”双重控制放煤等创新技术，智能化建设效果得到了大幅提升，为相似矿井智能化建设提供了借鉴。伊犁一矿“百人工程”项目在煤炭行业中的创新发展与实践，必将成为新矿开采史上的一个划时代的里程碑，让广大干部职工享受智能化带来的福利，并将造福新矿、惠及边疆。