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1、目 录 一智能采煤工作面工程实例煤矿光纤智能感知系统工程实例 二第八章 智能采矿系统工程应用智能掘进工作面工程实例 三本章重点1、薄煤层智能采煤工作面工程实例2、中厚煤层智能采煤工作面工程实例3、煤矿光纤智能感知系统工程实例4、厚煤层智能掘进工作面工程实例第八章 智能采矿系统工程应用8.1智能工作面工程实例-沙曲矿22201薄煤层无人工作面工作面概况公司名称公司名称 华晋焦煤沙曲矿煤系地层煤系地层石炭系上统太原组和二叠系下统山西组可采煤层可采煤层太原组的6#10#煤层和山西组的2#5#煤层总厚总厚15.4 m煤种煤种焦煤性质性质低透气性高瓦斯近距离煤层群开采工作面工作面名称名称22201工作面
2、（矿井北翼二采区2号煤的保护层首采面）标高标高+396m+486m走向走向/倾向倾向长度长度走向长度约1538m；倾向长150m煤厚煤厚1.1m地质构造地质构造相对简单，总体呈单斜构造产状产状煤层倾向西，平均倾角422201工作面概况一览表第八章 智能采矿系统工程应用8.1智能工作面工程实例-沙曲矿22201薄煤层无人工作面工作面概况工作面位置情况：22201工作面北面已形成了22202工作面，其余2号煤均未开拓，其下为3+4号煤层工作面 ， 仅 南 面 正 在 掘 进 的24208工作面，其它方位4号煤工作面均未施工。工作面布置如图8-1所示。5023N22202工作面22201工作面222
3、01辅助运输巷22201机轨合一巷22201轨道顺槽开切眼开切眼150m150m通风系统：工作面采用沿空留巷Y型通风方式， 22201沿空留巷Y型通风工作面通风系统：采区进风巷22201辅助运输巷及22201机轨合一巷22201工作面22201机轨合一巷沿空留巷22202开切眼22202轨道顺槽采区回风巷。图8-1 22201工作面布置图第八章 智能采矿系统工程应用22201工作面设备选型无人工作面，主要是采用先进的自动控制设备代替以往的手动控制设备，从而减少工作面的工人，其选型要求：（1）工作面中各设备具有高可控性，在先进的智能控制方式下这些设备能够自动运行，不受或少受人为因素的影响；（2）
4、能够根据环境和设备自身的工况的变化实时调整设备的运行姿态；（3）为保证设备选型能满足无人工作面开采的需求，要求整个工作面的设备具有统一的配套，结合沙曲矿开采设备的研究，对工作面配套设备进行了选型分析和能力校核。第八章 智能采矿系统工程应用22201工作面设备选型序号序号设备名称设备名称型号型号主要技术参数主要技术参数数量数量序号序号设备设备名称名称型号型号主要技术参数主要技术参数数量数量1采煤机MG2X150/700-WD1装机功率：700kW适应采高：1.202.05m牵引速度：09.01m/min110喷雾泵、冷却泵PB320/4.3压力：4.3MPa流量：19.3m3/h功率：125kW
5、12中部液压支架ZY3600/07/14.5D支护强度：0.370.49MPa工作高度：0.71.65m9611清水箱QX320/20320L13过渡液压支架ZYG3600/07/14.5D支护强度：0.370.45MPa工作高度：0.71.65m412双速绞车SDJ-20双速，功率：22kW24工作面刮板输送机SGZ730/320装机功率：2160kW额定电压1140V输送能力：650t/h刮板链速：1m/s113回柱绞车JM-14牵引力：140KN功率：18.5KW15转载机SZB-730/75能力1000t/h功率75kW电压1140V114调度绞车JD-1功率：11.4KW电压：660
6、V16破碎机PCM-110破碎能力：1000t/h最大粒度：300mm装机功率：110kW电压：1140/660V115 JD-1.6功率：25kw电压：660/380v17可伸缩胶带输送机SSJ-1000/2200长度：2000m带宽：1000mm输送能力：1000t/h功率：2200kW216无极绳绞车JWB75BJ牵引力：60/35(100/60)KN功率：75KW18乳化泵BRW-315/31.5流量：315 L/min压力：31.5MPa功率：200kW217水泵BQW-7.5电压：660V功率：7.5Kw69乳化液箱RX400/25400L118牵引绞车JQB-20W660V1表8
7、-1 无人工作面开采主要配套设备选型结果第八章 智能采矿系统工程应用22201工作面设备选型第八章 智能采矿系统工程应用22201工作面无人工作面控制体系沙曲矿22201工作面的沿空留巷充填和回采巷道支护无法实现无人化，因此采用，回采巷道集中控制技术方案： 在22201机轨合一巷内设置集中控制中心，通过机轨合一巷配置KTC101控制器控制器自动化控制采煤机、刮板输送机，SAC电液控制系统电液控制系统通过支架红外线传感器以采煤机位置为依据实现支架的跟机自动化，实现薄煤层工作面的自动化、无人化。其中各设备的管理、控制结构如图8-3、8-4所示。支支架架1 1 支支架架2 2 支支架架3 3 支支架
8、架n n 刮刮板板机机 破破碎碎机机 转转载载机机 采采煤煤机机 皮皮带带机机 泵泵站站 电电液液控控制制器器 电电液液控控制制器器 开开关关控控制制器器 开开关关控控制制器器 开开关关控控制制器器 电电液液控控制制现现场场总总线线 工工作作面面监监控控总总线线 局局域域网网总总线线 管管理理层层 监监控控层层 设设备备层层 监测配 置控制监测配置控制 操作电液控制控制中心通讯控制监测电液控制跟机自动控制控制参数配置检测设备工况自动控制运行顺序开、停机控制参数配置顺序开、停机跟机自动控制皮带机启停破碎机启停转载机启停刮板机启停液压支架跟机自动运行 采煤机减速图8-3 工作面数据传输、控制结构图
9、图8-4 22201机轨合一巷集中控制结构第八章 智能采矿系统工程应用KTC101控制器控制方式在22201工作面机轨合一巷布置了一台KTC101控制器：（1）该控制器可对采煤机、刮板输送机、胶带输送机等设备实现保护、控制、沿线通话、故障检测、汉字显示及语言报警等功能。（2）该控制器采用嵌入式技术，可以通过它的通讯接口与外界计算机或其他设备配接实现信息共享。实际情况：实际情况：在22201工作面内的相关设备的连接较复杂，在实际控制过程中，并未充分发挥该控制器的性能，部分控制仍需要通过手动操作，同时缺乏详细统一的监测数据收集、分析和处理的能力，因此，还必须配合监测体系监测体系系统地研究各种设备的
10、统一监控方式。第八章 智能采矿系统工程应用KTC101控制器控制方式按照图8-5的配置和连接，在22201工作面内需要实现的各种控制功能可通过执行KTC101控制器发出的控制命令来实现，结合各种设备的监测系统，从而完成对这些设备的自动控制功能。图8-5 KTC101控制器设备配置连接图第八章 智能采矿系统工程应用22201机轨合一巷集中控制功能通过KTC101控制系统的实施，实现在机轨合一巷对22201工作面的生产进行自动控制，表现在以下几个主要方面：1）工作面顺序启动通过操作通讯控制计算机，发出工作面启动命令给通讯控制子系统，实现工作面的顺序启动。其启动顺序如下：皮带机破碎机转载机刮板机采煤
11、机。2）工作面顺序停机停机顺序如下：采煤机刮板机转载机破碎机皮带机。3）工作面设备闭锁逻辑工作面内单台设备闭锁时，根据煤流方向，自动实现逻辑闭锁。该项功能由通讯控制子系统和电液控制子系统在自动监控主机的协调下自动完成第八章 智能采矿系统工程应用22201机轨合一巷集中控制功能4）满仓控制当煤仓的煤位到达特定的位置时，系统就会向工作面下达指令，停止采煤机的推进，暂停煤炭生产，而刮板机继续运行；当煤仓的煤位到达满仓位置时，刮板机停下来，皮带机上也不会满载，为下次顺利启动奠定基础；当煤仓出煤后，煤位到达可以开始生产的位置后系统会自动按顺序和程序启动设备生产。5）负荷控制根据刮板机的负荷量自动调整采煤
12、机的牵引速度以调整落煤量。当刮板机的负荷超载时系统能及时降低采煤机的牵引速度以减少落煤量，反之可适当提高采煤机的牵引速度，以达到设备工作中处于高效、安全的状态。第八章 智能采矿系统工程应用电液控制系统控制方式22201工作面中间液压支架采用ZY3600/07/16.5D型两柱掩护式液压支架，端头支架采用ZYG3600/07/16.5D型两柱掩护式，均可配合SAC电液控制系统实现自动控制。1）电液控制系统组成包括液压支架电液控制装置控制器、本质安全型信号转换器、支架人机操作界面、矿用压力传感器、行程传感器、感应磁环、红外线发送器、红外线接收器矿用隔爆兼本质安全型稳压电源、隔爆耦合器、监控主机、网
13、络终端器和电缆组件及其附件。SAC电液控制系统组成第八章 智能采矿系统工程应用电液控制系统控制方式2）电液控制系统实现的功能实现的功能具体为：以采煤机位置为依据的支架自动控制；支柱在工作中发生卸载时的自动补压功能；闭锁及紧急停止功能；信息功能（人机操作界面）；要求SAC控制系统能够向其他系统（如地面调度室、监控中心）传输信息，也能够从其他系统接收数据，并可进行数据处理。3）电液控制系统相关配置针对22201工作面的开采条件，要求工作面尽量实现以采煤机位置为依据的自动控制，结合SAC电液控制系统的常用连接方式，可以采用：先配置、连接单台液压支架，然后通过中间连接设备组建整个工作面液压支架控制体系
14、。其中每个支架装备一台液压支架电液控制装置控制器，控制器之间按顺序互联成网。第八章 智能采矿系统工程应用电液控制系统控制方式4）采煤机位置红外线检测装置采煤机红外线位置检测装置是用来可靠、快速、准确地检测采煤机位置的装置，在22201工作面每架液压支架上安装一台红外线接收传感器，在采煤机上安装一台红外发射传感器（如图8-6所示）。在安装采煤机的定位传感器时，在每架液压支架上安装一台红外线接收传感器，要求：该接收传感器面对着采煤机上的红外线发射传感器；发射传感器处在同一高度；发射传感器和接收传感器之间的距离在05m之间。当采煤机运行时，安装在不同液压支架上的红外线接收器会接收到红外线信号，接收到
15、信号的红外线接收器将此信号通过RS232通讯方式传送给支架控制器，支架控制器通过判断可以确定采煤机的当前位置，并可根据采煤机的位置指导各控制的执行动作。 图8-6 红外发射、接收传感器第八章 智能采矿系统工程应用电液控制系统控制方式5）电液控制系统主控计算机在机轨合一巷集中控制中心内设立一台SAC-P型井下主控计算机，并与工作面支架控制器网络联接，能够随时显示数据参数和监视支架的工况、动作状态，其人机工作界面包括数据通讯界面和数据显示界面，如图8-7所示。6）液压支架跟机自动化SAC电液控制系统通过红外线传感器检测到采煤机位置信息，此信息传到机轨合一巷集中控制中心SAC-P主控计算机主机，主机
16、经过内部程序处理，自动发出相应的控制命令，使相应的支架控制器自动完成相应的操作，从而实现支架的跟机自动化，极大地提高了生产效率，减少了工作面作业人员。图8-7 数据显示图第八章 智能采矿系统工程应用工作面设备自动控制方式为了实现液压支架的自动控制，需要采用电液控制系统中的高级控制方式，即采煤机自主定位控制方式，因此研究液压支架与其它设备之间的约束关系是无人工作面的重要内容。1）液压支架与采煤机的约束关系研究当采煤机沿工作面往返牵引采煤时，要求支架拉移后应及时推移输送机， SGZ730/320型刮板输送机弯曲长度不小于15m，ZY3600/07/14.5D型液压支架架间距为1.5m，即为10架液
17、压支架的宽度。为了避免截割到液压支架护帮板，采煤机前滚筒前方的液压支架依次将护帮板收回，后滚筒以后的10架液压支架依次推溜1/10行程，从而使刮板输送机按照一定的曲线弯曲。对于单个液压支架而言，完成整个推溜行程的需要执行降移升动作，在获得了液压支架与采煤机的相互约束关系以后，可以将这种关系通过程序输入到工作面控制器中，从而控制液压支架的动作，使得液压支架的运动时刻与采煤机的位移相关联。第八章 智能采矿系统工程应用工作面设备自动控制方式2）采煤机自动割煤技术研究对于记忆割煤法，采煤机首次割煤采用手动操控方式，计算机储存所需采集的截割信息、运行数据，以后的割煤循环是根据上一次截割期间储存的数据自动
18、地修改采煤机割煤程序，这种割煤方式所用理论相对简单、易于实现，同时也符合沙曲矿22201无人工作面对采煤机自动割煤的要求。在工作面首采以后，每一次割煤期间相应传感器采集工作面的数据并传输至存储器保存，在每一次割煤完成后可对上一次储存信息进行修改，为下一次截割循环提供数据。第八章 智能采矿系统工程应用无人工作面自动化控制系统选型序号名称数量备注序号名称数量备注序号名称数量备注1液压支架电液控制装置控制器10120功能14矿用隔爆兼本质安全型稳压电源1827 4c 型护套连接器34耦合器本架控制器连接器2支架人机操作界面10115隔离耦合器34284c 型护套连接器34耦合器邻架控制器连接器3操作
19、界面防护板101164c 型护套连接器101 控制器人机界面连接器 29圆形插座堵头2504行程传感器101174hlumb 型连接器707控制器电磁铁连接器30方形插座堵头3405感应磁环101184c 型护套连接器101控制器行程传感器连接器31U 形卡(42mm)21706行程传感器接插座101194c 型护套连接器101控制器压力传感器连接器32U 形卡(47mm)1127连接和固定行程传感器组件101204c 型护套连接器101控制器顶梁倾角传感器连接器33U 形卡DN102178矿用压力传感器101接口DN10214c 型护套连接器101顶梁倾角传感器掩护梁倾角传感器连接器34矿用
20、本安型信号转换器1网络变换器9矿用倾角传感器101双口224c 型护套连接器101掩护梁倾角传感器前连杆倾角传感器连接器35 支架人机操作界面110倾角传感器安装板101掩护梁倾角传感器用234c 型护套连接器4前连杆倾角倾角传感器底座倾角传感器连接器36操作界面防护罩111倾角传感器安装板101前连杆倾角传感器用244clumb 型连接器101控制器-接近开关连接器374c 型护套连接器1首架控制器网络变换器连接器12倾角传感器安装板5底座倾角传感器用254c 型护套连接器68架间连接器384c 型护套连接器1人机界面网络变换器连接器13接近开关101264x 型铜头连接器（单头）34电源箱
21、耦合器连接器39控制系统固定螺栓、螺母101支架电液控制系统电控部分第八章 智能采矿系统工程应用无人工作面自动化控制系统选型支架电液控制系统主阀部分40电液控换向阀电液控换向阀TMFHZY(15)D FHD500/31.5Z101组组天玛天玛 41变径接头TMJTY(DN32G/DN25M)106件天玛配O 形圈挡圈42U 形卡UD-32106件天玛 序号名称数量单位备注序号名称数量单位备注43机轨合一巷集中控制装置控制器1套 49矿用本安型接线盒（三通）2件 监控主机1台 504x 型铜头连接器（单头）2根电源箱主控计算机连接器44监控主机键盘1件 514d 型铜头连接器(单头)2根 45主
22、控计算机安装架1件 52矿用电缆 米工作面回采巷道主控站通讯电缆46电缆接续器1件 53电液控制系统井下主机软件1套 474c 型护套连接器1根网络变换器电缆接续器连接器54存储棒1件 48矿用隔爆兼本质安全型稳压电源1件 55存储棒转换器1件 机轨合一巷集中控制系统部分第八章 智能采矿系统工程应用无人工作面自动化控制系统选型支架电液控制系统主阀部分序号序号名称名称型号型号数量数量单位单位公司公司备注备注56红外线发送器TMDHWT(GUH4-F)1套天玛 574a 型铜头连接器（单头）conm/4a700s1根天玛采煤机红外线发送器连接器58红外线发射器安装架TMJHA(GUH4-F)A1件
23、天玛 59红外线接收器TMDHWT(GUH4-S/D)101件天玛 604c 型护套连接器conmN/4c450101根天玛控制器红外线接收器连接器序号名称数量单位备注序号名称数量单位备注61液控单向阀202件立柱用71安全阀202件护帮用62安全阀202件立柱用72双向锁101件伸缩梁，双液控63安全阀202件立柱用73安全阀202件伸缩梁64球形截止阀202件立柱用74手动反冲洗过滤器101件主进液用65抗冲击压力表101件立柱用75球形截止阀101件主进液用66液控单向阀101件推移用76回液断路阀101件主回液用67安全阀101件推移用77单控喷水阀101件喷雾用68双向锁101件平衡
24、用78喷雾过滤器101件喷雾用69安全阀202件平衡用，带导流口79球形截止阀101件喷雾用70双向锁101件护帮用80喷雾装置202件喷雾用机轨合一巷集中控制系统部分第八章 智能采矿系统工程应用无人工作面自动化控制系统选型机轨合一巷过滤系统部分序号序号名称名称型号型号数量数量单位单位公司公司备注备注81自动反冲洗反冲液回收高压过滤站TMGLZE(2000/31.5/25/D/F)1台天玛 82回液过滤站TMGLZ(2000/2.5/60)1台天玛 83回液过滤站TMGLZJ(2000/2.5/60)1台天玛 84回液过滤站TMGLZ(1000/31.5/25)A.012件天玛 第八章 智能采
25、矿系统工程应用22201无人工作面所取得成就（1）按照无人工作面设备选型要求对沙曲矿22201工作面的综采设备选择进行了校验，表明配套设备工作能力富余量较大，完全满足设备基本性能要求，且结合自动控制设备能够实现自动化控制。（2）采用回采巷道集中控制技术方案，在22201机轨合一巷内设置集中控制中心，通过机轨合一巷配置KTC101控制器自动化控制采煤机、刮板输送机，SAC电液控制系统通过支架红外线传感器以采煤机位置为依据实现支架的跟机自动化，实现了薄煤层工作面的自动化、无人化作业。（3）在采用了无人工作面开采技术后，相对于采用综采工作面开采方式，在工作面内施工作业的工人数量在检修班每班为7人（减
26、少5人），相对减少了41.67%，采煤班每班为4人（减少5人），相对减少了55.56%，两个采煤班和一个检修班总共可减少15人，即相对综采工作面开采方式相对减少了50%。 （4）按照无人工作面开采方式进行生产组织，22201工作面采用不留三角煤端部斜切进刀双向割煤方式和“四六”制工作制度，井下作业人员主要集中在回采巷道内，工人主要分配在充填班和检修班。由于机轨合一巷和辅助运输巷的巷道断面较大、空气质量好，将工人从采高较低的薄煤层工作面内解放出来，有利于施工作业，降低了工人劳动强度，改善了工作环境，提高了生产效率和安全状况，促进了难采薄煤层工作面自动化的发展。第八章 智能采矿系统工程应用8.1智
27、能工作面工程实例-郭二庄矿22204薄煤层智能工作面工作面概况工作面名称工作面名称22204工作面煤厚煤厚1.48m设计采高设计采高1.8m煤层倾角煤层倾角23煤层密度煤层密度1.68t/m3地质构造地质构造断层较多、落差较小顶底板情况顶底板情况顶板为泥岩厚度2.48m，地板为泥岩、细砂岩煤层自燃情况煤层自燃情况一般不自燃倾向水文地质水文地质简单工作面长度工作面长度150m207m连续推进长度连续推进长度1288m设计月产能设计月产能7.9万吨22204工作面概况一览表第八章 智能采矿系统工程应用综采工作面设备明细清单序号设备名称设备型号单位数量备注序号设备名称设备型号单位数量备注设备列车集中
28、控制台定制台1顺槽集控中心，用于安放主机、交换机等设备电液控改造安装附件批1矿业大学地面集控控制服务器台1地面显示控制主机矿用隔爆兼本安型综合接入网关KJJ127台2工作面通信控制系统、刮板机控制系统集成支架电动主阀套1电液控制器配套矿用隔爆型监视器 JBY1.0/127台1用于井下视频监控矿用隔爆兼本安型计算机KJD127台2含显示屏，含控制键 盘。显示， 监测和控 制工作面三机嵌入式网络视频解码器HYDS-6008D台1矿大华洋工作面集控系统软件V1.0套1矿业大学地面监视器台1矿大华洋支架控制器ZE0701-05台20矿业大学矿用本安型扩音电话（程控免提）KTK24（A）台1矿大华洋隔爆
29、兼本安型稳压电源ZE0701-04台2矿业大学矿用隔爆兼本安型直流稳压电源KDW660/24台1矿大华洋隔离耦合器ZE0701-26台3矿业大学矿用本安型红外摄像仪KBA12H台6矿大华洋压力传感器及连接器ZE0701-07台20矿业大学矿用浇封兼本安型直流稳压电源KDW127/12台8矿大华洋红外线接收器ZE0701-08台20矿业大学矿用本安型信号转换器KZC12台2矿大华洋控制器架间连接器ZE0701-43(L)台20矿业大学矿用阻燃通信电缆(双插MHYVP-2-100根3矿大华洋红外线发射器ZE0701-24对1矿业大学头)网络终端器ZE0701-36(Z,Y)台1矿业大学矿用阻燃通信
30、电缆(单插头)MHYVP-2-100根2矿大华洋电液控系统主机软件ZE07-HS/D套1矿业大学矿用阻燃电源电缆 MVV3*1.5KM1万博管路改造套120 套支架矿用阻燃通信电缆 MHYV4*2KM2万博管路改造矿用阻燃通信电缆MHYVP4*1.0KM1万博 三机协同控制安装附件批1矿业大学安装附件批1矿大华洋22204设备列表第八章 智能采矿系统工程应用地面调试郭二庄地面联试平台搭建电液控主机及三机协同控制主机三机协同控制软件界面集控系统地面成套设备联试平台22204综采工作面三机协同监控摄像仪第八章 智能采矿系统工程应用22204综采工作面开采智能化的实现22204综采工作面设备配套情况
31、序号序号名称名称型号型号单位单位数量数量1液压支架ZY3000/10/20架1002刮板输送机SGZ-730/264台13采煤机MG2*160/710-WD台14乳化泵BRW315/31.5台15转载机SZZ-630/110台16运巷刮板输送机SGZ-630/150C台27皮带机SDJ100/2*75套2表8-4 22204综采工作面设备配套情况第八章 智能采矿系统工程应用22204 综采工作面集控系统图8-18 22204 综采工作面集控系统结构图1）系统所控制的设备工作面集控系统控制设备有转载机、破碎机、前部运输机、后部运输机、乳化泵、清水泵的启停。如图8-18所示为郭二庄煤矿22204综
32、采工作面集控系统设备结构图。第八章 智能采矿系统工程应用22204 综采工作面集控系统2）系统的功能工作面设备启停控制：对破碎机、转载机、前后部运输机、乳化泵、清水泵进行设备启停控制设备状态检测：破碎机、转载机、前后部运输机、采煤机设备启停状态检测。系统运行方式：a) 集控方式下遵循煤流顺序一键启停车操作。b) 检修方式下打破设备连锁关系，可任意启停设备。c) 点动方式下可对单个电机进行点动。d) 急停控制，可通过扩音电话提供的闭锁按钮实现紧急停车。第八章 智能采矿系统工程应用22204 综采工作面集控系统设备状态显示：控制计算机 19”大屏幕彩色液晶平板显示器上显示出来。a) 设备运行工况检
33、测（文字+动画）；b) 沿线状态检测；c) 设备的开停时间； d) 系统自检；e) 故障信息监测； f) 电话急停状态信息检测；语言报警：具有完善的语言报警提示功能，对于设备的起停、沿线闭锁及沿线故障和故障等都带有语言报警提示当时设备的状态。设备启/停时间统计、故障自诊断显示。灵活的参数设臵功能：通过主控制器上的参数设置功能，进行参数设臵和调整，不同的设置实现不同的逻辑控制，参数调整不需要另外编成，也不需要再另外传程序。工作面设备的控制：对于工作面运煤设备起停控制。通话电话：闭锁功能：工作面每8架设臵一台闭锁电话，出现紧急情况的通过闭锁停设备。第八章 智能采矿系统工程应用22204 综采工作面
34、集控系统3）顺槽集控列车郭二庄煤矿22204综采工作面集控系统设计在井下顺槽安装集控中心列车1台，内臵矿用隔爆性计算机4台，1台作为工作面三机协同控制主机，1台作为工作面电液控主机、1台作为工作面视频监控主机，1台作为工作面视频跟机切换系统主机。同时四台主机通过井上下工业以太网系统将信号传输到地面调度指挥中心，地 面监控服务器可实现和井下顺槽集控中心监控主机同样功能。如图8-198-21为顺槽集控列车。图8-19 顺槽集控中心列车地面安装图8-20 顺槽集控中心井下安装图8-21 顺槽集控中心井下安装第八章 智能采矿系统工程应用22204 综采工作面集控系统4）液压支架电液控制系统液压支架电液
35、控制系统主要设备：控制器：1台/架、红外线接收器：1个/架、压力传感器：1台/架、红外线发射器：1个/工作面、14功能14接口电液主阀阀组：1组/架（采用天玛原有主阀）、其它附件：1套/架。该系统每10台支架配备一台隔爆兼本安电源用于给支架控制单元供电，每 5台配备一台隔离耦合器用于隔离和耦合不同电源组控制器间的通信信号。红外线发射器安装在采煤机上，用于采集采煤机当前所在位与行进方向。系统现场安装如图8-22、8-23所示。图8-22 电液控系统现场安装调试图8-23 电液控器现场安装第八章 智能采矿系统工程应用22204 综采工作面集控系统22204综采工作面在工作面液压支架下级联安装6台K
36、BA12H矿用本安型红外网络摄像仪。鉴于工作面的移动性很强，光缆的布设及移动难度太大，设计采用矿用本安型信号转换器KZC12传输摄像仪图像，其中一台信号转换器负责接收摄像仪图像，和摄像仪同步移动，另外一台信号转换器输出光纤以太网信号，可以直接连接到井下顺槽集控列车工业以太网交换机，将信号直接传输至地面，并进行录像存储和数据转发。同时在井下控制列车上安装隔爆兼本安型计算机1台，用于工作面自动化运行的视频监控。图8-24 视频跟踪切换系统结构图第八章 智能采矿系统工程应用22204智能工作面所取得成就经过各大系统相互协调，相互配合，22204综采工作面开采智能化、无人化得以实现：（1）通过“三机”
37、协同控制系统系统，实现了对采煤机、运输机、液压支架、乳化泵、转载机等工作面配套设备的协同自动控制功能；（2）通过薄煤层综采工作面液压支架电液控制系统，使该工作面具备了邻架控制/成组控制/自动降移升控制控制功能；（3）通过刮板运输机监控系统，实现了对温度、电压、电流、压力、转速、开停状态等工况参数的检测，对刮板运输机开停和伸缩机尾远程控制。第八章 智能采矿系统工程应用8.1智能工作面工程实例-黄陵矿801中厚煤层智能工作面工作面概况顶板顶板煤层顶板其伪顶多为泥岩，厚度为0.10.5m，随回采冒落煤厚煤厚煤层厚度1.82.8m，平均2.5m直接顶直接顶接顶为泥岩和粉砂岩互层，为中等冒落顶板盘区产能
38、盘区产能 400万t/a底板底板底板为泥岩，遇水底鼓严重八盘区801工作面概况一览表第八章 智能采矿系统工程应用工作面设备配套（1）液压支架。型号为 ZY7800/17/32D，通过支架围岩智能耦合电液控制系统实现支架初撑力自动补偿、平衡千斤顶自动调节和跟机自动化等智能化自适应调整和动作功能。（2）采煤机。选用 MG620/1660WD型大功率矮机身采煤机，采煤机具备可配置复杂工艺程序的记忆截割功能；自动控制具有高精度，行走位置检测分辨力不大于10mm，典型位置控制精度优于50mm，记忆截割典型采高重复误差25mm；具有线性插值、采高精度与牵引速度的自适应调节与预期控制等功能。（3）工作面运输
39、系统。输送机型号为SGZ1000 /2855，驱动方式为“高压变频器+变频电机+摩擦限矩器+行星减速器”，采用平行布置，交叉侧卸方式；转载机为SZZ1000/525型，配备MY1200转载机自移系统；破碎机为PLM3000型，通过DY1200自移机尾与带式输送机搭接。第八章 智能采矿系统工程应用工作面智能化开采关键技术该工作面自动化集中监控系统包括： 视频监视系统电液控制系统采煤机控制系统等12个系统，系统结构组成如下图8-25所示。图8-25 八盘区SAM型综采自动化控制系统组成结构图第八章 智能采矿系统工程应用智能化无人工作面控制系统八盘区智能化无人工作面控制系统主要在以下六个方面进行升级
40、：布置高清摄像仪，建立无盲区高清视频监视系统；实现自动化系统故障自诊断(包括对采煤机、液压支架、“三机”、泵站、带式输送机控制的故障诊断)、故障类型显示及管理等功能；实现转载机自移的远程控制功能；实现端头和超前支架的远程控制功能；利用智能化刮板输送机实现采运双向协同控制；通过高精度行程传感器和调控装置实现工作面推进过程直线度精准控制，解决智能化无人开采工作面直线度控制难题，保证工作面连续稳定高速推进。第八章 智能采矿系统工程应用（1）高清视频监控视频监视系统是远程操作工人眼睛的延伸，是进行遥控作业的基础，为进一步提高视频监视系统的性能，在如下地方安装：刮板输送机机头机尾、转载机机头、机尾、设备
41、列车上、远程配液点等区域各安装12台矿用本安型云台摄像仪；每6个支架配备3台矿用本安型摄像仪，安装于支架的顶梁上；监控中心安装2台彩色摄像仪。通过高清摄像仪的合理优化布置，实现工作面、工作面巷道及重要岗位的高清无盲区视频监视。视频系统可通过通信获取采煤机运行位置和方向，实现在视频监视器上跟随采煤机自动切换高清视频摄像仪，保证割煤作业、支架跟机动作、推移刮板输送机等远程控制的高精度和高可靠性。智能化无人工作面控制系统第八章 智能采矿系统工程应用（2）工作面装备状态监测与健康诊断系统通过智能控制系统对采煤机、液压支架、刮板输送机主要部件的运行时间、运行距离等数据进行记录，在此基础上可实现对关键元部
42、件剩余寿命预估和预警，形成预防性维护报告，及时提醒更换磨损部件，减少维护时间和大故障发生的概率。（3）端头、巷道设备远程遥控工作面端头安全高效快速支护和巷道设备的协调快速联动是自动化控制的难点，天地科技开采设计事业部科研人员根据黄陵公司的生产使用要求，通过研发实现端头支架、转载机和超前支架的远程遥控操作。具体实现方式为:1）端头架推溜前，由端头架发送邻架控制命令，启动转载机控制器执行准备阶段动作。转载机控制器进行声光报警，在端头架执行推溜动作与转载机控制器执行前移阶段动作共同完成转载机自移功能。2）通过电液控制系统实现转载机和带式输送机机尾自动动作的功能。智能化无人工作面控制系统第八章 智能采
43、矿系统工程应用（4）刮板输送机变频智能控制系统为解决刮板输送机带载启动损耗大、耗能高和可靠性低等问题，设计采用具有优秀带载启动性能和运量调节能力的智能型刮板输送机，通过智能调速随时改变运行速度，与工作面产量适时匹配，驱动部电机在各种状态下始终保持96%以上高效运行。智能化无人工作面控制系统图8-26 刮板输送机控制系统原理图变频器控制系统与工作面语音通讯子系统采用干结点控制方式，变频器控制系统提供急停、启停、备妥、反馈4路干结点信号线，刮板输送机控制系统原理如下图8-26所示。系统具有智能启动、煤量监测与智能在线调速、低速检修、功率协调、链条智能调节松紧等多项功能。第八章 智能采矿系统工程应用
44、自动化超前支护系统设计超前液压支架设计1）超前液压支架设计理念工作面巷道内超前支护的核心核心技术技术：协调“支”与“护”的相互关系，最大限度利用围岩和锚网索支护系统的自承载能力，最终实现超前巷道内围岩稳定的目的。支护难点支护难点：超前支护区与工作面支护存在较大不同，工作面支护为限制顶板的初期下沉需要较高初撑力提供主动支撑作保障，但在超前支护区过高的初撑力和反复的支撑将造成顶板的被动破碎。天地公司开采设计事业部 “低初撑、高工阻”自动化的超前支护理念超前支护理念: 即为避免超前支架对巷道反复支撑的破坏，通过自动化控制在工作初期只给顶板较小的支撑，当顶板下沉后，为防止顶板离层量过大，借助较高的工作
45、阻力延缓顶板的下沉，实现对顶板的有效控制。低初撑力减少了支架顶梁对巷道顶板接触区域和锚网索支护系统的破坏，自动化超前支护系统与锚网索支护系统协同发挥支护作用，从整体上提高了巷道超前段支护效果。第八章 智能采矿系统工程应用自动化超前支护系统设计超前液压支架设计2）超前支架主要技术参数超前支架型式为左右分体、前后架结构形式，支架的顶梁和底座采用多节铰接结构，左右架顶梁设有调架顶，同时设有侧护或挑梁。运输巷超前支架平均支护强度为0.194MPa，初撑力为0.142MPa；回风巷超前支架平均支护强度为0.297MPa，初撑力为0.218MPa；立柱型式为双伸缩，立柱缸径230mm。第八章 智能采矿系统
46、工程应用自动化超前支护系统设计自动化超前支护控制系统控制技术难点：高工作阻力、高可靠性超前支架重量必然会增加，如何让笨重的超前支架安全、快速、自如的在顶板压力大、变形严重的巷道中快速向前移动，并且要求带压擦顶移架，这些都给超前支架的移架方式带来挑战。针对以上难题，设计了以超前支架电液控制为基础的远程遥控操作系统，功能如下：一是可远程遥控操纵；二是实现快速移架；三是便于控制初撑力大小；四是可减少工作面两端头作业人员。自动化超前支护系统提高了超前支护的安全性，解决了单体支护工人数量多、劳动强度高和手动控制邻架操纵管路布置乱的难题，提高了移架速度，实现了快速安全移架，也可以实现控制初撑力大小的目的，
47、满足“低初撑、高工作”要求。保证了工作面和超前巷道内成套装备智能化协同控制和采煤全过程自动化无人生产，使工作面真正实现了完全自动化。第八章 智能采矿系统工程应用8.2煤矿光纤智能感知系统工程实例工作面概况工作面工作面名称名称隆德煤矿101工作面标高/埋深标高为1001.81033.1m，埋深130m推进长度推进长度 推进长度为3596m；煤厚可采煤层厚度为0.802.38m，平均厚度1.97m倾向长度倾向长度 长300m产状煤层西北部厚而东南部薄，煤层厚度变化较小，煤层倾角122201工作面概况一览表顶底板岩石名称厚度/m岩性特征描述基本顶细砂岩8.28.6深灰色，泥质胶结，为中等硬度，波状层
48、理，含细粒，夹砂岩薄层，层面中可见少许植物化石直接顶粉砂岩4.46.0灰色，泥质胶结，为中等硬度，波状层理发育，具有劈理面，夹砂质泥岩薄层，含植物叶片化石，伪顶泥岩0.30.5灰色，可见微斜层理，断口具滑面，硬度小，易风化呈粉末状，含少许植物化石直接底粉砂岩9.211.5灰色，为中等硬度，内含植物化石，岩芯完整，水平及波状层理表8-5 煤层顶底板情况第八章 智能采矿系统工程应用工作面相关参数101工作面采用长壁后退式综采一次采全高工艺，全部垮落法管理煤层顶板。采用中厚煤层综采设备。考虑煤层埋深较浅，顶板较坚硬，中间架液压支架均选用高阻力的两柱掩护型支架，液压支架选型为ZY10000/13/26
49、D，加强切顶和保证工作面支护稳定性，共计161架中间架，过渡架型号为ZYG10000/14/28D，端头架型号为ZT12000/16/32；同时考虑煤层较坚固，采煤机均选用大功率采煤机。101工作面采煤机采用端头斜切进刀、双向割煤、一刀一循环、每刀推进0.8m的工作方式，三八工作制，采准平行，每班23个循环。第八章 智能采矿系统工程应用工作面巷道布置101工作面巷道布置图如图8-27所示。101工作面布置三条回采巷道：101工作面辅助运输巷道、胶带运输巷道和回风巷道。胶带运输巷道和辅助运输巷之间的隔离煤柱宽度为20m。101工作面辅助运输巷与胶带运输巷通过1-1煤层北翼辅运大巷与北翼胶运大巷形
50、成工作面的运输、进风系统，回风巷道通过1-1煤层北翼回风大巷形成工作面的回风系统。1 1- -1 1煤煤1 10 01 1工工作作面面1 10 01 1工工作作面面胶胶带带运运输输巷巷1 10 01 1工工作作面面辅辅助助运运输输巷巷1 10 01 1工工作作面面回回风风巷巷1 1- -1 1煤煤1 10 02 2工工作作面面1 1- -1 1煤煤回回风风大大巷巷1 1- -1 1煤煤辅辅运运大大巷巷1 1- -1 1煤煤胶胶运运大大巷巷图8-27 101工作面布置平面图第八章 智能采矿系统工程应用回采巷道支护101工作面的回采巷道采用锚网支护，切眼采用锚网索联合支护，顶板锚杆规格为18mm2