23山东-兖州煤业股份有限公司济宁三号煤矿-智能化综掘工作面装备配套与应用

智能化综掘工作面装备配套与应用

摘要 通过对悬臂式综掘机为主要配套装备的综掘生产系统优化，结合矿井实际，创新性地引进、吸收一批智能化综掘设备，改进截割、支护、运输、辅助运输等生产工艺，形成了一个以智能化综掘机、大功率宽皮带机、破碎机、集控中心和负荷中心相配套的智能化综掘工作面，掘进效率显著提升，用工数量明显减少，工人劳动强度大幅降低。

关键词 智能化；集控中心；减员增效；基站；可视化

0 前言

近年我国煤矿重大事故中，掘进事故占比40%以上，“10·20”龙郓煤矿重大冲击地压事故，令山东省41处冲击地压矿井处于十分被动的局面。综掘工作面是煤矿开采的“开拓者”，冲击地压灾害日趋严重，伤人事故时有发生，职工作业环境呈现脏、累、湿、热、险的特点，依据国家《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，济宁三号煤矿积极引进新型设备，建成了集团公司第一个新型智能化综掘工作面。

1 掘进生产工艺基本情况

该矿综掘工作面普遍采用EBZ220型掘进机截割煤岩，人工备料，掘进机后跟DSJ80型皮带机运输煤矸，多条皮带机搭接转载；人工挂网、钢带，使用综掘机机载探梁进行临时支护，人工操作风动锚杆机打锚杆眼、注锚固剂、安装锚杆（锚索）支护顶帮；截割与出煤、备料平行作业，截割与支护单行作业。

本工艺需要掘进机司机在迎头操作掘进机，冲击地压风险大；皮带机虽已实现集中控制，但转载点经常於堵煤矸，仍需在截割期间安排专人看护掘进机和各皮带机转载点；截割期间后方人员通过皮带机底皮带转运支护材料至各转载点，多处转载后将支护材料等物料转运至掘进迎头；工人劳动强度大，自动化水平低。生产工艺的落后，严重制约着掘进效率的提升，不能适合日益复杂的地质条件，采掘矛盾日渐突出，提升装备水平和优化掘进工艺迫在眉睫。

2 智能化综掘设备的应用

为较好地体现智能化综掘设备优势，与其他综掘工作面方便比较，选择183上01新增胶顺作为试点。该巷道为半煤岩巷道，巷道断面宽×高=4.8m×3.5m，为弱冲击地压危险工作面，且煤流运输系统较为复杂，共有4部皮带机。通过技术引进及创新，形成了EBZ230G综掘机+远程遥控截割系统+齿辊式破碎机+1m宽皮带机+集控中心+负荷中心等为配套的智能化综掘系统。

2.1 智能化掘进机

掘进工作面安装了EBZ230G新型智能化综掘机，并引进ZZK127-Z型工作面自动化装置，实现了综掘迎头智能化截割。

核心系统为掘进机远程可视化控制系统，其功能包括：机身周围布置的高清夜视摄像头和拾音器能够采集掘进机周围的高清视音频信息，采用矿用快速连接光缆将采集的数据信息远距离传输，实现掘进机至少500m远距离遥控控制，异常状态下紧急停机、过流过载等保护，截割头精确定位，人员接近安全预警等。EBZ230G综掘机配备记忆截割模式，即根据预设定巷道参数，在油泵电机启动后，在遥控器上启动定位切割，此时切割头可根据预设路径进行自动切割，在定位切割过程中，

切割电机负荷实时监控，切割臂摆动速度根据切割电机负载自适应条件。综掘机可实现远程可视化操作，远程计算机通过光缆与综掘机主机连接，计算机屏幕显示安装在综掘机上的摄像头传送过来的现场实时画面和设备运行状态信息，工作人员在集控中心利用遥控器进行远程摇控操作。

智能化运程控制综掘机的使用，极大地减轻了掘进机司机的劳动强度，降低了司机的危险系数，即使远在百米外，可精确控制掘进机截割，多视角高清夜视摄像头提供不同方位的视角，拓宽了掘进机司机的视野，能够清晰的观察截割断面，提高截割质量。同时，机身内部布置的传感器，使得工作人员从可视化、数字化的角度检测掘进机的工作状态，直观的分析和诊断综掘机异常情况，给检修提供了便利，缩短了检修时间。

2.2 皮带机可视化集控系统

为了减少皮带长距离运输跑偏、洒煤现象，将0.8m宽皮带机改为1m宽的DSJ100/63/2×110型皮带机，减少皮带洒煤、漏煤，皮带机电机功率由150kW增至220kW，最大运距升至2000m，另针对运输长度小于300m的巷道，安装矿自主加工的1m宽简易皮带机。改进了皮带机转载点设施，转载点全部采用封闭式挡煤板和顺煤板，过煤宽度增至0.7m。皮带可视化设备布置图如图1所示。

183上01新增胶顺四部皮带破碎机集水池三部皮带图例：可视化摄像头183上0二部皮带1辅顺一段一部皮带183上01探巷183上02胶顺集控中心06胶顺163下负荷中心 图1 皮带可视化设备布置图

针对183上01新增胶顺皮带系统复杂的特点，引进ZZK127-Z型自动控制装置（下称集控中心），集中控制煤流运输系统的4部皮带，每部皮带机转载点都配置有高清夜视摄像头，通过光纤、交换机与监控主机进行信号传输,监控主机通过交换机、光纤与运输系统沿线安装的基站进行信号传输，基站通过无线信号与手持移动终端进行通信。集控中心司机可集中控制每部皮带，通过监控主机可看到各转载点的实时影像，发现异常情况立即停机；皮带运行期间，巡检人员携带的手持移动终端可对各视频监控岗点进行监控，发现异常情况可紧急停机。集控中心司机还可通过视频监控各排水点水位情况，远程对排水泵进行启停操作。

应用简易皮带机后，除巷道开门外，短距离巷道掘进摈弃了刮板输送机出煤工艺，职工劳动强度大幅降低，提高了运输系统的稳定性。皮带机远程可视化极大减少了用工数量，原本4部皮带机需要3名皮带巡检人员，实现远程可视化后，仅皮带司机和1名巡检人员即可实现所有皮带机转载点的监视工作，并可集控各排水点水泵的启停。

2.3 齿辊式破碎机

为减轻皮带洒煤和转载点大块煤矸淤堵，降低生产影响，矿借鉴采煤工作面破碎机使用经验，

通过与厂家共同研究，在第四部皮带机尾设计加工重型承载段与机尾联接，在重型承载段上面安装一台2PLF90/150型齿辊式破碎机（见图2），第五部皮带机头落煤进入破碎机全封闭式进料口破碎，出料口与第四部皮带机尾承载段顺煤板搭接出煤，破碎机可由集控中心司机进行操控。

破碎机的使用，使得煤矸长度不大于0.2m，减轻了皮带巡检人员工作量，减少了皮带机维护工作量，彻底解决了皮带机转载点大块煤（矸）於堵问题，并实现了由控制中心对皮带机和破碎机集中控制，保证了皮带系统的高效、稳定运行。

图2 2PLF90/150型齿辊式破碎机

2.4 集控中心

2.4.1 系统组成

集控中心布置在皮带机头，主要由操作室、塔式主机、无线基站和摄像仪等组成，将综掘机远程遥控截割、皮带机集中控制合并布置。将设备运行信息通过数字和动画的形式在集控中心集成出来。操作室用于监控显示和控制系统设备，以ZZK127-Z型自动控制装置主机为核心，由4台显示屏和两个操作台组成。 2.4.2 系统功能

（1）建立集中控制平台，实现对综掘机、皮带机、破碎机、排水电泵等设备集中控制，完成设备启停、综掘机截割等操作。

（2）在综掘机机身及皮带机各转载点等关键位置安装高清摄像头，通过基站将视频信号传给集控中心，并通过交换机将视频信息传到地面调度室，真正形成实时可视化控制系统。

（3）本安无线基站WIFI信号覆盖到各转载点及重要岗位。

（4）巡检人员在巷道沿线利用手持移动终端可以查看设备运行信息，同时实现遥控操作。 （5）可以实现单起单停、一键起停等多种灵活的操作方式。 （6）自动生成操作记录、故障记录等报表。 （7）具备现场视频录制、回放、查阅和保存等功能。

通过集控中心的使用，首次实现了综掘机、皮带机、破碎机和排水泵的可视化、自动化集中控制，实现了综掘机司机、皮带机司机、破碎机司机、排水工和皮带巡检工的多角色合一，极大地减少了截割期间用工数量，减轻工人劳动强度，显著降低皮带系统故障率，并且实现冲击地压危险工作面截割期间距离迎头200m范围内无人值守目标。集控中心和塔式主机如图3所示，集控中心控制系统如图4所示。