智能化系统在厚煤层开采中的集成应用

摘要：随着全球能源需求的增长，煤炭作为关键能源的开采效率和安全性日益受到重视。本文研究了智能化系统在厚煤层开采中的应用，以王家岭矿12314智能化综放工作面为案例，分析了智能化开采技术在提升资源利用率及保障矿工安全的重要性。研究结果发现，王家岭矿智能化综放技术不仅提升了开采效率和安全性，还促进了矿业向绿色、智能、可持续的方向发展，为厚煤层智能化开采技术的进一步发展提供了理论与实践支持。

关键词：智能化系统；厚煤层；王家岭矿；智能综放工作面

随着全球能源需求的持续增长，煤炭作为主要的能源之一，其开采效率和安全性日益受到重视。然而，传统的开采方式存在效率低下、安全风险高、环境污染严重等问题。厚煤层作为煤炭资源的重要组成部分，其智能化开采技术的发展对于提升资源利用率、保障矿工安全以及实现绿色开采具有重要意义。

本论文基于对王家岭矿12314智能化综放工作面进行具体分析，来识别技术发展中存在的问题，探讨当前的挑战与对未来的期望，以期为厚煤层智能化开采技术的进一步发展提供理论与实践参考。

1. 厚煤层智能化开采技术概述

智能化开采技术，亦称为智能采矿技术，是指在矿山开采过程中集成应用先进的信息技术、自动控制技术、通信技术以及数据分析技术，以实现资源的高效、安全、环保开采。该技术通过智能化系统对开采过程进行实时监控、分析和优化，提高开采效率，降低安全风险，减少环境污染[1]。而厚煤层由于其煤层厚度大、赋存条件复杂，给传统开采方式带来了诸多挑战。这些挑战包括但不限于开采效率低下、安全隐患高、资源浪费严重以及环境破坏等问题。智能化开采技术的应用，能够针对这些特点，通过精准的数据采集与分析，实现对厚煤层开采过程的智能优化与控制。

在厚煤层开采中，智能化技术的应用主要体现在以下几个方面：

智能诊断与预警系统：利用传感器网络实时监测矿山环境和设备状态，通过数据分析预测潜在的安全风险，并及时发出预警[2]。

三维数据智能化矿山管控系统：构建矿山三维模型，实现对矿山资源、开采过程和环境影响的可视化管理。

智能化综放开采技术：通过自动化设备和智能算法优化放煤过程，提高顶煤采出率，减少含矸率。

智能化开采技术在厚煤层的应用，不仅提升了开采效率和安全性，还促进了矿业向绿色、智能、可持续的方向发展[3]。

2.王家岭矿12314智能化综放工作面案例分析

王家岭矿12314智能化综放工作面采用了智能化综合机械化放顶煤（简称综放）技术。综放工作面是智能化矿山的重要组成部分，它通过高度自动化的设备和系统实现煤炭的高效开采[4]。例如，通过智能协同控制方案设计，实现了工作面各子系统监控信息的全面融合，各设备子系统的自动闭锁及关键设备运行状态的智能匹配。王家岭矿12314智能化综放工作面通过集成多种智能化技术和设备，是一种先进的采矿技术应用实例，实现了煤矿开采的高效、安全和自动化，这不仅提升了煤矿的生产效率，还有助于保障矿工的安全。

2.1 工作面概况

在王家岭矿12314智能化综放工作面作为12304智能化综放工作面的接续工作面，具有长度319.3m，平均可采走向长度3126m，地质储量达912.7万吨。通过对工作面位置、井上下关系、煤层赋存条件等进行详细分析，确立了智能化开采的初步框架。该工作面采用了一系列先进的智能化综放开采技术，包括但不限于自动化控制系统、智能降尘系统、以及矿压在线监测系统。

2.2 智能化生产工艺

12314智能化综放工作面自动化控制系统由地面监控中心、井下综放工作面监控中心、控制网络、采煤机控制系统、“三机”控制系统、液压支架电液控制系统、泵站控制系统、负荷动力中心监控系统、顺槽胶带控制系统、视频监控系统、智能降尘系统等组成，如图2-1。

井下工作面监控中心作为整个系统的“大脑”，把采煤机、液压支架、工作面“三机”（刮板机、转载机、破碎机）、泵站、顺槽胶带等主要设备当成一个整体设备进行控制，根据采煤机、刮板机、液压支架的工作状况及具体位置，按照“一键启动、跟机放煤、采放同步”的控制方式进行连续自动化生产，同时结合工作面环境参数变化情况进行协调控制。

3.12314工作面智能化采煤系统的具体技术参数

3.1液压支架

液压支架配备电液控制系统，具备远程控制功能。液压支架的支护状态监测功能包括支护高度、立柱压力、支护姿态、推移行程等关键参数，确保实时监测支架状态。支架具备自动移架、自动推溜功能，自动跟机率达到90%以上。自动找直功能通过惯性导航数据联动实现，惯导系统上电连续工作1.5个小时后，检测精度仍能≤50mm。自动补压功能和智能喷雾系统相结合，提供自动喷雾功能，确保工作面粉尘得到有效控制。支护系统还具有压力超前预警、群组协同控制、自动跟机支护、顶梁状态实时感知等功能。

3.2采煤机

采煤机安装有位置监测、摇臂角度感知、摇臂调高、油位、油温、油压、瓦斯监测等传感器，确保实时监控各项运行参数。记忆截割功能记录割煤轨迹，记忆截割（自适应截割）率大于80%。运行工况监测功能包括故障诊断与预警功能，确保设备在最佳状态下运行。采煤机具备自主定位、姿态监测、远程控制、机载无线遥控功能。具备“三角煤”三机协同控制割煤、直线度检测、防碰撞检测功能，确保采煤过程高效、安全。

3.3刮板输送机

刮板输送机采用变频启动装置，具备煤流负荷检测功能，前后部刮板输送机均配备变频一体机，建设刮板输送机煤流负荷监测系统。具备运行工况监测等功能，其正常使用的平均无故障工作时间大于800小时。刮板输送机具备本地及远程控制功能，地面调度指挥中心或井下集中控制中心可实现单台运输设备启停控制、多台运输设备组合一键启停控制。电动机及电控系统的运行工况监测与故障诊断功能通过监测电流、电压、转速、温度等数据，实现全面的工况监测与故障诊断，确保刮板输送机的高效、安全运行。

4.建设亮点

4.1减人增效

自智能化采煤工作面建设以来，队组职工人数由130余人减少至97人，智能化生产期间单班出勤11人即可满足生产要求，与此同时，刀煤产量提高了15%，刀煤时间缩短30%，吨煤工效由130吨/工提高至200吨/工。

4.2采放协调控制模型

利用记忆放煤模块，实现采放协调自动化运行。记忆放煤模块通过记录每次放煤的参数和状态，建立采放协调控制模型，实现采放过程的自动化控制。该系统能够根据工作面的实际情况，自动调整放煤参数，确保采煤和放煤的同步协调，提高了工作效率和安全性。记忆放煤模块的应用，使得采放过程更加智能化和精细化，极大地提升了放煤效率和质量。通过不断试验摸索出“3-5-0-5”自动放煤法，使放煤效率提升36%，原煤采出率提高8%，混矸率降低5%。

5、存在的问题与建议

5.1技术问题

智能化设备的稳定性和可靠性需进一步提高。虽然智能化采煤系统在自动化和高效生产方面取得了显著成效，但在实际运行中，设备的稳定性和可靠性仍存在一定的问题。智能化设备在高强度、复杂环境下的长期运行可能会出现故障，如传感器失灵、通信中断、数据误差等[3]，这些问题不仅影响生产效率，还可能导致安全隐患。此外，智能化系统的维护和管理要求较高。智能化采煤系统涉及多种高技术含量的设备和复杂的操作系统，这对维护人员的技术水平提出了更高的要求[4-5]。目前，专业技术人员的培训仍需加强，以确保他们能够熟练掌握智能化设备的操作和维护技能，及时处理设备故障，保障系统的正常运行。矿井需要建立完善的培训机制，定期开展技术培训和演练，提高维护人员的综合素质和应急处理能力，从而确保智能化设备的长期稳定运行。

5.2发展建议

加大对智能化设备和技术的研发投入，提升国产化水平。智能化采煤技术的发展离不开先进设备和技术的支持，当前市场上许多关键设备和技术仍依赖进口，制约了我国智能化采煤技术的自主发展。为了提升国产化水平，必须加大对智能化设备和技术的研发投入，鼓励国内企业和科研机构合作，攻克关键技术难题，研发出适应我国矿井条件的智能化设备，推动技术创新和产业升级。此外，建立健全智能化煤矿管理制度和技术标准，推动行业规范化发展。智能化采煤系统的广泛应用需要完善的管理制度和技术标准作为支撑，以确保系统的高效、安全运行。政府和行业协会应联合制定智能化煤矿的管理制度和技术标准，明确设备技术要求、安全操作规程、维护保养规范等内容，规范行业行为，提升整体管理水平[6-7]。同时，矿井企业应积极贯彻执行这些标准，建立科学的管理体系，优化管理流程，确保智能化采煤系统的规范化、标准化运行，从而推动我国煤炭行业的高质量发展。

6.结论

综上所述，厚煤层智能化开采技术通过集成多种先进技术，实现了采煤工作的自动化、智能化和精细化管理，提高了生产效率和安全水平。未来需继续加强技术研发和标准化建设，推动智能化采煤技术的广泛应用，为煤炭行业的可持续发展提供坚实保障。通过中煤华晋集团有限公司王家岭矿的实践，我们可以看到，智能化开采技术不仅提高了生产效率和安全水平，同时也为煤矿行业的现代化转型提供了有力支持。未来，随着技术的不断进步和应用的深入，智能化开采技术将进一步推动煤炭行业的高质量发展。​