智能化开采工作面与传统开采工作面相比较具有自我感知、自我判断、自我运行、故障信息诊断优势。目前，我国智能化开采技术快速发展，但受数据传输带宽、设备控制的即时性和多元数据融合智能分析等方面制约，工作面自动找直、高清晰度可视化、传感器数据融合较少，无法实现数据驱动技术的多视角全息安全感知。
陕煤集团神木红柳林矿业有限公司（简称红柳林煤矿） 围绕智能化建设指标，以增产、减员、提效为原则，建成“智能协同”示范矿井为目标，将5G通信技术应用于井下智能开采，实现了井下大采高综采工作面自动化采煤、自动化跟机拉架、设备工况监测、远程启停等智能化采煤模式，为同类型煤矿综采工作面智能化开采提供了理论与技术参考。
25215 综采工作面工程概况
25215 综采工作面煤层赋存结构简单，顶底板条件良好，水文地质类型简单，煤层倾角为0°～3°，平均煤厚为5.65 m， 采高为5.6 m， 工作面走向2 303 m，倾向352 m，采用走向长壁后退式采煤法。
结合25215 综采工作面实际情况，选择配备德国艾克夫有限公司SL1000 采煤机，林州重机集团股份有限公司ZY18000/29.5/63D 双柱掩护式液压支架，天津华宁电子有限公司组合开关，浙江中煤机械科技有限公司泵站，北京天玛智控科技股份有限公司电液控系统等国内外先进设备，工作面具体设备配置见表1。
表1 25215 综采工作面设备配置
25215 综采工作面设备配套智能化协同处理采煤过程中的各类信息，对单独设备进行系统化控制，在各单机层建设以太网通信网络层进行单机数据交换，远程监控系统为主控中心调度，实现多系统集中控制。智能化开采设备单机系统可以模拟人工进行系统学习，分析工作面各项监测参数，实现各设备之间的协同调度。
25215 综采工作面智能化控制体系建设
红柳林煤矿按照“111+2+N”的思路，建设“1张网、1 朵云、1 底座、2 平台、N类智能应用”。凭借智能通风系统、智能化灾害防治系统、智能地质保障系统等11 大项24 子项，搭建集智能感知、智能分析、智能决策、自动执行为一体的现代化智能系统，覆盖了智能辅运、智能综采、智能主煤流、智能选洗等多个智能协同串联场景，具备智能化生产、透彻化感知、可视化管理、数字化决策的智慧矿区雏形。25215 综采工作面主要实现自动跟机拉架、采煤机自动记忆截割、综采工作面及机头视频监控、智能化远程集控、智能供液控制等功能。25215 综采工作面控制体系如图1 所示。
图1 25215 综采工作面控制体系
采煤机智能监测控制
25215 综采工作面控制系统实时监测采煤机运行过程各关键部位的温度及电流，监测数据传实时输至控制中心以及地面监控中心，满足远程遥控、准确定位、滚筒记忆割煤、采煤机故障诊断等。远程控制系统满足远程一键启停，控制摇臂升降以及左右牵引。控制系统接收来自控制中心或地面监控中心各项控制命令，完成与其他设备的联控功能，同时，可以接收刮板输送机以及其他设备的运行状态数据，自适应性调节割煤速度。采煤机智能控制监测系统界面如图2所示。
图2 采煤机智能控制监测系统界面
智能跟机拉架
25215 综采工作面支架的护帮伸缩、降柱、伸柱、移架、推移刮板输送机实现邻架操作以及成组操作，且可以根据支架动作自动控制喷雾，自动保持以及自我补偿调节功能，实时监测立柱压力、煤机相对支架位置，具备实时监测数据通过通信接口上传至集控中心或地面监控中心的功能。邻组动作可以对其左右两侧各5 架进行控制，成组动作可以通过遥控器进行最多10 架的控制功能。依靠电液控系统实现支架中部自动跟机功能，液压支架远程智能控制监测系统界面如图3 所示。
图3 液压支架智能控制监测系统界面
智能供液控制
25215 综采工作面泵站采用智能液控系统进行控制，并实时监测运行状态。由于各液压设备之间的相互耦合关系，各液压设备之间采用分级设计，通过智能液控系统将各设备之间相互连接形成统一整体，实现精准供液、在线实时监测以及乳化液浓度自动配比，实时监测数据上传至集控中心或地面监控中心。
智能一体化综合控制
25215 综采工作面智能综合控制监测一体化平台融合地面、井下信息，实现执行、监测、监控一体化功能。监测煤机运行状态、位置等关键部位的温度、电流，以及摇臂高度；监测液压支架初撑力，预测顶板来压时间以及位置，预测准确率为96%；智能一体化综合控制平台对推移刮板输送机行程、“三机”、供电、供液系统进行有效监测。25215 综采工作面智能综合控制监测系统界面如图4所示。
图4 25215 综采工作面智能综合控制监测系统界面
精确人员定位及智能报警
25215 综采工作面在机头及机尾区域安装有人员精确定位基站，并将煤机位置接入系统内，可以精确识别人员位置及煤机位置，当煤机在机头及机尾割三角煤时，人员通过或在此区域停留，及时发出语音报警及灯光报警，可以有效保护人员安全。
支护系统与人员定位系统联动，支架上安装有人员定位基站，当携带识别卡工作人员进入工作面时，定位器信号强弱评估后确定人员位置信息，经通信传输系统到集控中心，实现工作面人员位置及数量的实时显示。具备自动跟机拉架、推移刮板输送机时巡视人员所在区域支架从控闭锁，根据人员位置闭锁移架、降柱等动作。
25215 综采工作面智能开采应用
减员增效效果
25215 综采工作面智能控制系统实现了井下采煤作业自动化及远程控制，采煤机、液压支架、运输系统的整体协调控制，根据实际情况主动调控生产状态。由视频监控、数据传输、通信系统等对设备的运行情况实时监测，实现了记忆割煤、自动跟机拉架、推移刮板输送机等工作。
综采工作面智能控制系统减少劳动力约60%，生产班单班作业人数由15 人减少为6 人，人工成本投入大幅降低，25215 综采工作面人员布置见表2。智能化在线监测降低调度生产时间及设备空转率，有效降低耗能，提升采煤率。通过对设备的智能预测预警，及时有效发现设备故障提高开机率。25215智能化综采工作面综合开机率最高为98%，实现了单日最高产量4.3万t，单月最高产量107.5 万t。
表2 25215 综采工作面人员布置
少人增安
通过智能化自动远程控制，减少了特殊岗位人员，降低了事故发生率，25215 综采工作面应用智能化开采，单班作业人员减少约60%，特定岗位作业人员改为沿线巡查人员，减少了固定岗位安全风险的暴露时间，降低作业人员安全风险。
25215 综采工作面安装的各类声光报警器，当人员进入危险区域时发出报警，提醒作业人员规避风险。通过精确人员定位及安全感知系统远程自动控制，所有设备实现了人员活动区域自动闭锁，减少人身伤害事故，25215 智能化综采工作面达到了零伤害的效果，智能化开采的应用达到了减人增安的效果。
总 结
（1） 红柳林煤矿根据“111+2+N”思路，构建了以智能综合控制监测平台为中心，智能化电液控系统支撑的自动跟机、智能供液、记忆割煤的智能化综采工作面，为其他煤矿建设智能化开采提供理论支撑和技术参考。
（2） 25215 综采工作面智能化开采实现了液压支架自动化跟机、采煤机记忆割煤、泵站智能化供液、远程操控功能，将综采工作面作业人员降低60%，开机率提高至95%，单月产量达到107.5 万t，实现了减员增效，少人则安的目的。
（3） 展望未来高级智能化建设，采用透明地质为采煤机规划开采，替代记忆割煤，将人为干预机器学习转变为自主学习，感知装置由叠加扩充向融合一体转变，单机智能向群组智能发展，实现无人化开采。
策划：李金松 编辑：李雅楠
