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综采智能化控制技术的发展与实践——实现煤矿安全高效绿色开采的必由之路综采智能化控制技术的发展与实践报告提纲智能化开采的认识和总体思路智能化开采的应用实践和问题智能化开采技术新进展智能化开采下一步的研究方向2报告提纲智能化开采的认识和总体思路2智能开采是煤矿安全高效生产的重要手段；国家“十三五”规划已将“加快推进煤炭无人化开采”列为国家重大工程项目；国家能源技术革命创新行动计划(2016–2030年)：2030年重点煤矿区基本实现工作面无人化；人工智能技术发展和人口红利递减要求煤矿高质量发展和转型升级；行业共识-智能开采成为必由之路。3必由之路智能开采是煤矿安全高效生产的重要手段；3必由之路确保工作面连续推进生产工艺煤矿安全高效开采设备配套水平协调设备均衡生产单机设备能力成套装备减少人为主观操作自动化控制技术两个维度4确保工作面连续推进生产工艺设备配套水平协调设备均衡生产单机设煤炭开采技术及装备发展迅速，综采工作面经历了机械化->自动化->智能化开采。5煤机黄金十年，装备快速发展煤炭开采技术及装备发展迅速，综采工作面经历了机械化->自动化“两”步走第一步：可视远程干预式：操作人员在顺槽监控中心远程遥控干预设备智能运行，工作面落煤区域无人操作。第二步：智能自适应：采煤机、液压支架等设备自适应自动化智能运行，就像飞机进入自动驾驶状态一样。6“两”步走第一步：可视远程干预式：操作人员在顺槽监控中心远采用拟人手法，把人的视觉、听觉延伸到工作面，将工人从工作面解放到监控中心，实现在监控中心对设备的远程操控，达到工作面无人化开采的目的。可视远程干预第一步：可视远程干预7采用拟人手法，把人的视觉、听觉延伸到工作面，将工人从工攻克煤岩识别、工作面直线度控制、综采设备姿态定位、安全感知、设备自诊断等多种技术，形成一套具有“识别——推理——决策——执行”的综采工作面智能化控制系统，确保综采设备自适应运行，从而实现工作面无人化开采。智能自适应8第二步：智能自适应攻克煤岩识别、工作面直线度控制、综采设备姿态定位、安全感阶段2030年实现智能化开采重点煤矿区基本实现工作面无人化搭平台全智能自适应开采自动化1.0智能化2.03.0可视远程干预基于透明工作面智能割煤13“三个”阶段“无人化”是目标“智能化”是路径阶段2030年实现智能化开采搭平台全智能自动化1.0智能化2报告提纲智能化开采的认识和总体思路智能化开采的应用实践和问题智能化开采技术新进展智能化开采下一步的研究方向10报告提纲智能化开采的认识和总体思路10生产特点：国际先进的产煤国家，以美国和澳大利亚为代表，煤炭生产呈现出大功率重型化、自动化、集约化、环境友好的特点。国外自动化开采11国外提出“520”计划。即综采工作面5人采煤—>2人采煤—>无人化采煤。利用成套装备高可靠性和单机设备高度自动化的优势，在工作面地质条件好、且不受回采率和煤质要求前提下，做到工作面内“设备自动运行、两人跟机干预”。二十英里矿：采煤机割煤速度较快，达到15-18米/分钟；两人跟随采煤机与支架。生产特点：国际先进的产煤国家，以美国和澳大利亚为代表，煤炭生监控中心软件画面12智能化开采1.0：可视化远程干预型智能采煤2010年，从简单地质条件出发，结合当时煤机装备现状，绕开煤岩分界等关键技术难题，提出了“自动控制+远程干预”的智能开采模式，该系统以采煤机记忆截割、液压支架自动跟机及可视化远程监控为基础，通过远程视频控制达到了工作面的自动化开采，在此基础上不断的解决相关技术难题，迭代该系统，不断取得新进展。监控中心软件画面12智能化开采1.0：可视化远程干预型智能采智能化开采1.0——黄陵取得突破“可视化远程干预型智能化无人开采”，在黄陵率先实现“工作面有人巡视，无人操作；顺槽可视化控制，地面远程割煤”。智能化无人开采1.013智能化开采1.0——黄陵取得突破“可视化远程干预型智能化无人国能神东国能宁煤中煤能源山西焦煤阳煤集团冀中能源平煤集团中煤新集同煤集团陕煤集团国能新疆贵州能化重庆能源兖矿集团川煤集团截止去年底，全国已有145个综采工作面正在开展综采智能化开采探索与尝试，范围覆盖全国各主要矿区。华亭煤业伊泰集团铁法煤业山东能源新疆焦煤龙煤集团淮南矿业15智能开采1.0：应用推广国能神东国能宁煤中煤能源山西焦煤阳煤集团冀中能源平煤集团中煤 一井三面自动化开采模式，工作面自动化生产模式比人工就地操作方式，效率提高30%以上，积极促进了矿井取消夜班生产安排，有力提升了工人劳动幸福感。时间：2016年9月~至今工作面：16108、16115、12210薄煤层工作面开采情况：实现了将原有2名煤机司机跟机操作、6名支架工分段跟机拉架的生产工序变为1人远程操控、2人工作面巡视；达到单班日平均进7刀以上生产能力。滨湖煤矿薄煤层智能化开采应用16案例：薄煤层登茂通、铁法小青、伊泰宝山、双欣、翟镇、东荣、文玉、金凤、打通一矿、龙滩等一井三面自动化开采模式，工作面自动化生产模式比红柳煤矿中厚煤层智能化开采应用时间：2017年3月~至今工作面：I010305、I040301、I010403工作面开采情况： 国内中厚煤层复杂地质条件下智能化开采代表性矿井，采用国产成套装备，配置智能化控制系统，并引入LASC技术，实现了工作面“以采煤机记忆截割+支架全工作面跟机自动化+工作面自动找直控制为主；2-3人巡视，1人远程指挥为辅”的常态化生产模式；自动生产模式下煤机截割速度可达10-12米/分钟,工作面直线度控制常态化开展，月生产能力35万吨以上；作业人员由11人递减至4人17案例：中厚煤层红柳煤矿中厚煤层智能化开采应用时间：2017年3月~巴彦高勒煤矿大采高智能化开采应用时间：2014年1月~至今工作面：311101、311103、311102、11201等工作面开采情况：国内大采高复杂条件下智能化开采代表性矿井，工作面水大、顶底板破碎，采用国产成套装备，实现了从传统开采方式每班12人以上用工方式转变为“采煤机司机2人、支架工1人、巡检工1人、远程监控1人”的生产方式，减少作业人数7人以上，作业人数减少60%18案例：大采高工作面巴彦高勒煤矿大采高智能化开采应用时间：2014年1月~同忻煤矿综放智能化开采应用原来工作面每班需20人作业，现在只需10人，效率提升了50%，降低了工人劳动强度，工作面设备按照程序设定自动割煤，支架自动移架、喷雾，操作人员坐在监控中心就能对工作面设备进行全自动启停控制。19案例：放顶煤工作面同忻煤矿综放智能化开采应用原来工作面每班需20新元煤矿作业人员从12人降为5人，减员达58%，同时工效提高15.229吨/工，提高幅度达39.05%张集煤矿正常条件下采用“以工作面自动控制为主,远程干预为辅”的自动化生产模式，过断层等异常区期同采用人工辅助推进瓦斯浓度高、产量受瓦斯影响大每班作业人员減少9人,减员达56%，分别为皮带机司机1人、乳化液泵站司机1人,工作面支架工3人,上、下端头各減少2人实现了基于瓦斯浓度与采煤机速度关联的全工作面跟机自动化'三软’煤层，瓦斯含量高、地压大20案例：复杂地质条件新元煤矿作业人员从12人降为5人，减员达58%，同时工效提高问题一：成套装备的稳定性、可靠性问题在执行层、感知层、装备层、系统层四个层面上，成套装备的稳定性、可靠性均存在一定的限制，对综采智能化开采的支撑不够，造成了当前智能化开采项目问题暴露较多、实际效果参差不齐22系统推广应用面临的问题和制约因素问题一：成套装备的稳定性、可靠性问题在执行层、感知层、装备层问题二：智能化开采技术适应性问题围岩结构和矿压动态变化规律不清楚，无有效实时预测与处置技术，不能安全连续推进煤岩层空间信息不精准，无实时高精度感知方法和手段，不能精确控制综采装备控制与煤层信息不关联，无法响应煤层动态变化，不能自适应割煤现有技术仅在地质条件简单的中厚及偏薄煤层工作面实现，但我国大部分工作面地质条件复杂（如：煤层起伏变化大、薄煤层、大采高、高瓦斯、顶板破碎、断层）23系统推广应用面临的问题和制约因素问题二：智能化开采技术适应性问题围岩结构和矿压动态变化规律不问题三：智能化开采观念、思想、管理模式有待进步提升对综采自动化、智能化开采的发展趋势要有清晰、明确的认知：当前正处在建设智慧矿山的进程中，自动化是基础、智能化是核心、无人化是目标智能化开采项目建设如火如荼，但对于智能化开采仍缺少统一标准，加强智能化开采技术顶层设计势在必行矿方、区队在综采智能化项目管理模式上要由过去粗放型向精细化模式转变,，同时综采智能化项目需要知识型、技能型、创新型劳动者大军作为支撑，高素质队伍建设需求迫切 24系统推广应用面临的问题和制约因素问题三：智能化开采观念、思想、管理模式有待进步提升对综采自动监控中心远程采煤成为现实，可以常态化生产；地面采煤成为可能，在条件许可的情况下间歇式连续生产；工作面内可以做到无人操作，必要时，人员进入工作面巡视。从严格意义上讲，智能化开采1.0只是工作面无人化开采征途中的一小步，为无人化开采提供了一条技术途径。通过该项目的实施，可达到以下两点效果：一是将工人从操作工变成巡检工，由设备的自动化替代人工劳动，大大降低了工人的劳动强度；二是将工人从危险的工作面采场解放到相对安全的顺槽监控中心，在监控中心对设备进行远程操控，提高了工人的安全系数。23小结监控中心远程采煤成为现实，可以常态化生产；从严格意义上讲，智24产出投入效益分析：控制系统综采装备≈10%降低工人的劳动强度。减少工人的数量。提高工作面生产效率5~30%。提升管理水平。……..推广应用的路线及建议24效益分析：控制系统综采装备≈10%降低工人的劳动强度。推25推广应用的路线及建议推广原则：从简单地质条件到复杂地质条件；从工作面局部无人开采到全工作面无人开采。适用于：1.7米以下的薄及较薄煤层，满足经济开采的要求；中厚、大采高、放顶煤工作面，满足高效开采的需求。25推广应用的路线及建议推广原则：26推广应用的路线及建议建议：除了技术、地质条件因素外，管理因素也决定项目的成败，主要体现在：理念先行：统一思想、坚定信念。动员宣传实施智能化生产的重大意义和紧迫性，消除职工顾虑，扫清思想障碍，把实现智能化无人开采作为“一号工程”。全员参与：上至集团公司，下至区队职工都需积极参与，尤其要充分发挥现场一线职工的创造性和能动性。管理到位：摆脱原有煤矿管理经验的束缚，将管理重心由劳动密集型向人才技术密集型转变。26推广应用的路线及建议建议：除了技术、地质条件因素外，管理报告提纲智能化开采的认识和总体思路智能化开采的应用实践和问题智能化开采技术新进展智能化开采下一步的研究方向27报告提纲智能化开采的认识和总体思路27智能化开采技术新进展26 面向用户推广应用实践的过程中，出现了各种问题，围绕这些智能开采出现的问题，通过技术升级和方法模式的改变，正在一步一步的解决。现将我们近期正在组织攻关实施的各项技术新进展介绍如下,主要包括：1.装备的合理性2.关键元部件的可靠性3.液压系统的匹配性4.装备系统的性能5.系统平台6.直线度、支架姿态控制等技术智能化开采技术新进展26面向用户推广应用实践的过程中，积极开展装备顶层设计，提升成套性能自主开发、攻克薄煤层工作面高效生产技术引进等高采煤机，自主开发与之配套的刮板输送机、液压支架和自动化系统针对薄煤层成套装备，按照两种思路开展攻关针对智能化开采项目进行总体设计，统筹设计,以智能化开采为目标，进行成套化设计，“三机配套”逐步转变为“四机配套”27装备：配套合理性积极开展装备顶层设计，提升成套性能自主开发、攻克薄煤层工作面装备与关键传感元件的一体化设计内置行程传感器的推移千斤顶一体化设计，保证工作面直线度、液压支架跟机自动化应用效果28装备:关键元部件可靠性装备与关键传感元件的一体化设计内置行程传感器的推移千斤顶一体装备动力与液压传动系统的一体化设计以智能化开采产能与效率为目标的总体装备动力系统设计安全、节能、高效智能供液系统设计成套装备的水处理、冷却系统、喷雾系统与介质清洁度保障系统一体化设计29装备：液压系统匹配性装备动力与液压传动系统的一体化设计以智能化开采产能与效率为目高压大流量乳化液泵技术打破国外垄断攻克了630L/min电磁卸荷阀、适用于纯水介质的高强度整体式不锈钢泵头、陶瓷柱塞等关键元部件技术瓶颈，打破了国外的技术垄断成功研制出国内首台具有自主知识产权的630L/min、40MPa五柱塞乳化液泵站某矿千万吨大采高工作面实际使用情况安全、稳定、清洁、高效的综采供液成套解决方案30装备：性能提升高压大流量乳化液泵技术打破国外垄断攻克了630L/min电磁全球首套纯水介质的液压系统完成了以纯水为介质的关键液压元部件、高压泵站等装置的研制、行成纯水介质成套装备体系的构建，对装备可靠性基础共性问题解决迈出关键一步。绿色环保：纯水替代乳化液为工作介质，零污染排放，无生态影响，符合国家环保政策要求运营成本低：超低的纯水制备成本为煤矿带来显著的经济效益液压装备可靠性大幅提升：纯水介质清洁度极高，无腐蚀性，液压件工况好，油缸、阀、密封件故障率低，促进煤矿高效生产31装备：性能提升全球首套纯水介质的液压系统完成了以纯水为介质的关键液压元部件千兆工业以太网通信平台及标准协议工作面工业以太网具备1000M带宽通信能力，可实现视频、数据高速传输建立了覆盖工作面的无线通信网络平台，可实现工作面内移动终端设备快速、稳定无线接入网络型控制器实现综采工作面各装备间的无缝网络协议转换综采综合接入器1000M/bps网络型支架控制器32系统平台千兆工业以太网通信平台及标准协议工作面工业以太网具备1000国内首个针对矿山机电设备的标准化协议：EtherNet/IP协议涵盖采煤机、液压支架、刮板输送机、泵站、开关等11个，其中2个通用标准，9种设备标准，实现工作面“一网到底”千兆工业以太网通信平台及标准协议33系统平台国内首个针对矿山机电设备的标准化协议：EtherNet/IP攻破工作面直线度控制技术核心装备：惯性导航装置采用高精度的三维陀螺仪，建立工作面高精度惯性导航系统，实现基于惯性导航装置对工作面直线度进行检测，达到对工作面三平两直状态的有效评估及反馈控制，实现工作面直线度校正34专项技术攻破工作面直线度控制技术核心装备：惯性导航装置采用高液压支架姿态自适应技术完善护帮板行程传感器：实现对护帮姿态的检测，检测护帮在打出时是否到位，实现对护帮的有效支护，防止工作面片帮倾角传感器：实现支架姿态检测，保证大采高工作面支架姿态正常，防止“高射炮”和“栽头”现象，保证支架对顶板的有效支撑测高传感器：基于帕斯卡定律的测高技术，实现对支架高度测量误差小于1%，避免架间顶梁错茬，导致的咬架情况，并可对工作面采高的有效监控35专项技术液压支架姿态自适应技术完善护帮板行程传感器：实现对护帮姿态的人员安全感知技术工作面自动化生产方式下，保证设备安全、人员安全36专项技术人员安全感知技术工作面自动化生产方式下，保证设备安全、人员安采煤机智能调高控制技术基于工作面地质探测数据以及惯性导航、三维激光扫描等技术应用，实现工作面开采条件感知，构建工作面开采模型。探索基于透明开采模型的数字化割煤技术，实现工作面无人巡视、远程干预作业应用的探索。37专项技术采煤机智能调高控制技术基于工作面地质探测数据以及惯性导航、三大数据及专家决策系统38专项技术大数据及专家决策系统38专项技术薄煤层电缆拖拽系统针对薄煤层工作面电缆夹掉道、需要人员跟机看护的实际问题，设计开发了电缆自动推拽系统，实现电缆随采煤机牵引过程自动张紧，既解决了电缆必须配置人员看护问题，也提升了采煤机电缆的可靠性40智能化专项装置薄煤层电缆拖拽系统针对薄煤层工作面电缆夹掉道、需要人员跟机看机载视频针对现有固定安装方式的综采视频系统存在的不适应性问题，提出了基于机载臂的智能视频系统方案，融合了可见光和红外热成像，提升视频系统的应用效果开展基于机载视频的智能识别技术研究及应用，提升了工作面智能化监测手段41智能化专项装置机载视频针对现有固定安装方式的综采视频系统存在的不适应性问题巡检机器人承担综采工作面巡检职责，可为综采“无人巡视、无人操作”的智能化生产模式提供强有力技术支撑；作为搭载平台，可集成三维激光扫描设备、惯性导航设备、红外成像仪、高清摄像仪等装置，为智能化开采控制提升提供运载平台。39智能化专项装置巡检机器人承担综采工作面巡检职责，可为综采“无人巡视、无人操周自动化开采平均使用率达到：72.5%时间：2018年8月~至今工作面情况开采煤厚：1.4–1.6米；采煤机：MG2×200/890-WD工作面倾斜长度：351m；液压支架：ZY9200/09/18D工作面倾角：＜5°；刮板输送机：SGZ800/1400生产方式 国内薄煤层工作面自动化开采代表，采用成套国产装备及控制系统，目前工作面已现了以“采煤机记忆截割+支架全工作面跟机自动化，工作面人员2跟机巡视、就地干预，1人远程监控指挥”的常态化生产模式实践（一）：某矿薄煤层工作面42周自动化开采平均使用率达到：72.5%时间：2018年8月电缆拖拽地面联调情况巡检机构井下试验运行情况43实践（一）：某矿薄煤层工作面电缆拖拽地面联调情况巡检机构井下试验运行情况43实践（一）：特点：工作面跟机自动找直技术的集群式应用时间：2017年3月~至今工作面：I010305、I040301、I010403、130604、011027、II020603、110301等工作面开采情况： 国内复杂地质条件代表性矿井群，在国产综采综采成套装备及控制系统基础上引入LASC技术，实现了工作面“以采煤机记忆截割+支架全工作面跟机自动化+工作面自动找直控制为主”的常态化生产模式；正常生产条件下平均跟机自动化率可达到55%以上，最高单日达到92.1%此集团目前已开展了6套LASC系统的部署、实施，综采自动化、智能化开采技术呈现出集群式、集团化推广应用态势，极大促进了技术适用性的发展45实践（二）：某集团LASC自动化项目群特点：工作面跟机自动找直技术的集群式应用时间：2017年3月报告提纲智能化开采的认识和总体思路智能化开采的应用实践和问题智能化开采技术新进展智能化开采下一步的研究方向47报告提纲智能化开采的认识和总体思路47四.下一步研究方向48 针对条件稍微复杂些的煤层条件，从2017年以来，公司承担了国家重点研发计划项目“煤矿智能开采安全技术与装备研发”。以“开采条件感知-透明工作面创建-基于透明生产的智能控制装备”为思路，创建透明生产的智能开采系统。四.下一步研究方 |
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