团队简介

转龙湾煤矿2～3 m中厚煤层千万吨级超长智能综采工作面建设团队（简称团队）共11 人，是一支技术过硬、素质全优的拔尖人才队伍。针对同类煤层开采效率低、国内无成熟借鉴经验的现状，团队牵头建成了“面内2 人巡视、巷道远程干预”的超长中厚煤层千万吨级智能采煤工作面，实现了液压支架自动跟机、实时俯仰采控制、工作面自动找直、端头自动化、三角煤自动截割技术的高效常态化应用，2021 年12 月17 日，采煤专业高标准通过内蒙古自治区智能化建设评估验收；2022 年12 月，矿井智能化采煤系统在全国智能化现场会上作为经验推广应用；2023 年6 月11 日，采煤专业高标准通过国家智能化建设评估验收 。

团队始终走在探索现代科技对矿井高质量发展的基因再造道路上，发挥大数据的天然优势，以智能技术驱动数据洞察，以数据洞察驱动矿井安全高效生产，致力于让智能化走进百米井下，以信息技术改变一线采煤工人的工作方式，助推矿井实现智能化、数字化转型，经过不懈地努力和辛勤付出，实现矿井智能化建设从无到有、从有到优、从优到强的“量变”和“质变”。而今，又向着“主动智能”的理想迈进，让所有的设备都聪明起来，助力矿井发展面向未来、把握未来、引领未来。

攻克智能化关键技术

团队利用3D虚拟技术，建成了智能化实景仿真工作面，实现了综采工作面完全自动化割煤，工作面内仅有2 人巡检作业，有效降低了职工的劳动强度，支架自动跟机率、煤机自动截割率均达到99%，煤机速度达到15 m/min，单架拉移时间小于9 s，平均每刀割煤用时51.85 min、最高日割煤23 刀、日产达3.5 万t。同时进一步结合国内智能化发展现状，不断研究2～3 m较薄煤层超长工作面年产千万吨智能高效开采方案、较薄煤层智能高效开采液压支架快速移架供液系统、较薄煤层液压支架设计及“三机”协同控制技术、较薄煤层智能化常态运行开采控制技术，综采工作面集控系统如图1 所示。

图1　综采工作面集控系统

解决8 项生产实践难题

开展中厚煤层千万吨生产能力装备配套研究

团队精心配套、夯实智能高效生产基础，吸收国际煤机装备企业先进经验，研制新型中厚较薄煤层液压支架，突出柔性薄顶梁结构、大伸缩比、高度集成化特点，充分考虑人机工程要素，最大限度提高支架可靠性和易用性。

根据煤层赋存条件，与设备厂家联合研发高链速、大运量智能型刮板输送机，链速由1.35 m/s 提升至1.80 m/s，链条直径由48 mm 升级至56 mm，运量提高至3 000 t/h，达到了国内中厚较薄煤层开采的较高装备水平，中厚煤层450 m超长工作面如图2 所示。

图2　中厚煤层450 m超长工作面

开展高效智能截割研究

根据2～3 m煤层地质条件，针对割得下、运得出2 个关键环节，选用滚筒直径1 800 mm、煤机过煤高度700 mm、智能化功能全的采煤机，具备8 种智能割煤工作模式（预设轮廓线模式、底板固定采高模式、顶板固定采高模式、溜槽跟随模式、程序模式、记录顶板曲线模式、记录底板曲线模式、外部俯仰控制），可适应不同工况下的生产需求。

搭载采煤机智能化控制系统，具备远程控制、工况数据实时上传、煤机遥控器运动检测、实时俯仰采控制、3D 防碰撞、自动躲避支架以及根据负载实时自动调速等功能，并通过预设工作面轮廓和程序截割实现采煤机完全自动化运行。实现全工作面程序化自动割煤，重载情况下，牵引速度最快为15 m/min，割煤用时平均每刀51.35 min，程序截割率大于99%，采煤机自动截割场景如图3 所示，采煤机智能化控制系统如图4 所示。

图3　采煤机自动截割场景

图4　采煤机智能化控制系统

开展高效智能供液研究

供液系统方面，针对工作面倾向长度较大、煤层赋存较薄的实际情况，从供液压力、管路直径、供液介质、接头数量、供液速度、管路长短6 个环节，合理优化供液系统，形成了“三进三回、五路分支”的供液方式，通过增加蓄能器，减少系统压力脉动，延长供液系统使用寿命，保障供液系统运行稳定可靠。

程序优化方面，通过优化支架液压系统，有效减少了系统背压，保障支架快速动作。通过现场跟班写实，统计分析电液控系统生成的各种数据，重点围绕“降移升”3 个动作时间，合理优化调整61个电液控参数，实现支架动作的快准稳，无丢架现象。

开展3D 可视化透明工作面研究

通过现场配合电液控系统厂家技术人员，优化系统数据传输方式，实现了数据传输的及时有效。通过工作面3D虚拟现实和实体仿真技术建立工作面模型，确定采煤机、液压支架几何尺寸，通过采煤机俯仰角度传感器及支架倾角传感器检测的数据，能够再现工作面的实际设备位置关系，实时反映工作面设备运行状态，从而辅助工作面生产管理，最终建成“面内少人巡视、巷道远程干预”的智能化采煤工作面， 3D 可视化实景仿真工作面如图5所示。

图5　3D可视化实景仿真工作面

图6　LASC序列

开展工作面自动调直研究

针对前期工作面自动找直过程中丢架率高、找直精度低等问题，提出了4 项有效改进措施，LASC序列如图6所示。

（1） 通过不断跟踪写实优化阻尼阀介入行程参数，实现了支架拉移的精准度。

（2） 优化电液控供电系统质量，保障电液控信号及时有效传输。

（3） 通过现场技术写实，结合工作面快速高效推进的特点，合理优化找直参数，按照30％比例进行分次找直。

（4） 强化管理技术和现场操作人员技能培训，确保工作面参与生产人员熟练掌握自动找直工作原理和操作使用。现场采取4 刀循环（学习刀、下放刀、执行刀、效果刀） 模式进行找直，经过不断调试，当前达到了450 m工作面最大偏差值200 mm、平直度99.95%的找直效果。

开展输送带运输系统可靠高效运行研究

（1） 优化带式输送机张紧绞车与张紧车之间绕绳方式、改造储带仓拖带车结构强度、张紧车两侧增加4 个限位装置、优化完善自动张紧控制程序，解决了储带仓管理难度大、易跑偏问题，为实现无人值守打下了基础。

（2） 优化信息传输方式，通过巷道光纤读取带式输送机通信、监测、控制信息，解决了远距离条件KTC通信电缆信号延迟问题。

（3） 加强重点区域监控，在自动变频张紧装置、储带仓、输送带驱动电机和卸载点处共安装AI 摄像仪，实现了对输送带运行状态的实时监控。

（4） 输送带自移机尾采用多级折叠式前伸缩机构，实现20 m距离不用拆输送带中间架，满足快速推进要求。

开展高效刮板输送机研究

通过以下3 种方式，研究高效刮板输送机高效智能控制系统，“三机”智能控制系统如图7所示。

图7　“三机”智能控制系统

（1） 选用高链速、大功率刮板输送机和转载机，解决运输系统运量低、转载机入料口卡堵问题。

（2） 升级刮板输送机机尾自动张紧系统，融入自动张紧控制算法，提升刮板的精准监测和控制能力，实现链条自动张紧基于负载信息随动控制，形成更加符合现场的自动张紧功能。

（3） 配备工况监测系统、断链监测和健康管理系统，通过对“三机”减速箱进行实时数据采集和分析，实现故障报警和关键零部件维护提醒功能。

开展工作面三角煤工艺优化研究

开展工作面端头自动化、三角煤自动截割常态化应用研究。组织采煤专业管理技术人员对智能化控制程序进行现场适用性写实，每天统计、总结程序使用过程中存在的问题，与厂家技术人员共同进行系统分析，根据采煤机特征架、端头架、过渡架数量，对折返刀的次数、同时参与拉架推移刮板输送机的数量等要素不断调整、修改、验证控制程序，科学优化工作面采煤机割煤工艺，通过现场不断摸索试验，将工作面截割工艺由18 个工艺段优化到12个，并通过反复论证，调试出了不同工艺段过程中的采煤机最优速度，形成了矿井地质条件三角煤自动截割程序，并实现常态化应用。

实现高效开采从“0”到“1”

在工作中，团队成员边干边学，坚持“自主建设为主、厂家配合为辅”，充分发挥团队成员懂专业、懂业务、懂技术、懂流程和厂家人员懂编程的优势。

团队与高等院校、科研院所及先进设备厂家充分对接，对系统构架、性能、原理、通信方式等进行技术研究，确保满足智能化建设需求；项目建设中，制定安装方案及保障措施，分系统制定安装流程、安装工艺、安装标准，确保完工即精品；项目建设后，深知项目建设完成只是万里长征第一步，常态化应用才是关键，只有牢牢坚持以“真建设、真使用、真见效、真考核”的原则，才能为智能化常态化应用夯实基础。

在项目建设过程中结合矿井“五三”培训机制，对矿井不同管理层级、不同工作岗位人员开展精准培训达80 余场次，全面提升全员综合能力素质。并结合矿井实际不断发挥自主创新精神，大力开展智能化攻关，先后攻克了液压支架快速跟机移架的稳定供液、采煤机三角煤自动截割、煤流平衡控制、定位误差大、数据传输丢包多等多项技术难题。

苗峰、宋宏雷、郑召图等多名人才脱颖而出，在智能化建设过程和后续维护工作中发挥了主导作用，从摸索使用到项目建成，实现了从“0”到“1”，从无到有，团队全体成员用智慧和汗水探索出了一条数字化、网络化、智能化之路，井下智能集控中心数据分析现场如图8 所示。

图8　井下智能集控中心数据分析现场

团队成果超越了国内2～3 m较薄煤层年产量3Mt的目前记录，工作面每天自动化割煤刀数最高23刀，日产量3.5 万t，工作面支架工由原来4 人减为1人，正常生产人数不超过2 人，本项目将提升产能约233%，以吨煤价格平均利润400 元计算，则每年可增收约28 亿元，实现减人、提效、增加效益，经济和社会效益显著。

团队牢牢抓住工作面生产过程“割得下、运得出、护得住”3 个关键环节，运用数据分析，找准制约因素，大力实施设备升级改造，对转载机、刮板输送机、液压支架升级改造56 项，通过远程可视化集中控制替代传统的人工操作，将人员从危险的环境中解放出来。

团队研发成果各项指标均已达到国内外领先水平，在支架自动跟机移架，采煤机程序化截割、端头自动化、综采设备智能协同调速运行等主要技术指标方面优势明显，实现了全工作面综采设备智能化协同运行。

策划：赵瑞 编辑：王晓珍