智能開采技術劍指世界級特厚煤層

“各部位巡視人員請注意，智能化采煤遠控模式現(xiàn)在開啟。”4月22日上午8時，在同煤集團塔山礦調(diào)度指揮中心，技術工人桂儒佳開始了他一天的“采煤”工作。

沒過幾秒鐘，通信設備傳來嘀嘀聲：“外圍設備確認完畢，可以進行遠程操控”“采煤設備確認完畢，可以進行遠程操控”……各部位井下4G可視通訊電話向指揮中心陸續(xù)確認，只見桂儒佳輕點鼠標，井下的采煤機、運輸機、轉載機等井下綜采設備相繼聯(lián)動運轉。沒有機械的轟鳴、沒有飛揚的煤塵，在整潔敞亮的調(diào)度指揮中心，只見在監(jiān)控屏幕上各類數(shù)據(jù)的跳動間，塔山礦8222綜放工作面就源源不斷地將煤炭輸送到了地面。

“同煤集團塔山礦1500萬噸智能化綜采工作面是國家‘十三五’資源領域重點研發(fā)計劃重點專項‘千萬噸級特厚煤層智能化綜放開采關鍵技術研究及示范’項目工程。自今年2月27日正式投入運行以來，其安全、高效、便捷的優(yōu)勢明顯。”同煤集團塔山礦黨委書記、董事長馬占元說，“開展千萬噸級特厚煤層智能化綜放開采關鍵技術研究，打造塔山礦年產(chǎn)1500萬噸特厚煤層智能化綜放工作面示范工程，對解決世界特厚煤層的開采技術將起到引領示范作用。”

瞄準“特厚煤層”難題

在我國煤炭資源探明儲量中，厚煤層約占總儲量的44%，厚煤層的產(chǎn)量也占總產(chǎn)量的40%以上，但14米以上特厚煤層安全高效開采技術是世界性難題。而塔山礦平均煤層厚度在18米左右，最厚的有20米，對煤炭開采來說，無異于打撈“深海沉船”。

作為新中國成立以來煤炭行業(yè)獲得單項支持力度最大的項目之一，“千萬噸級特厚煤層智能化綜放開采關鍵技術研究及示范”，被列入“十一五”國家科技支撐重大項目。該項目以“特厚煤層運移、冒放理論與自動化放煤機理研究”等五大課題研究為依托，攻克開采技術、成套裝備、支護材料、安全保障四大難關，開創(chuàng)特厚煤層智能化開采的世界紀錄，獲得2014年度國家科學技術進步獎一等獎。馬占元說，塔山礦8222綜放工作面的智能化綜放開采成套裝備，是我國29家高等院校、科研院所、國內(nèi)外先進的礦山裝備研發(fā)和制造廠商共同完成整體設計選型配套及生產(chǎn)制造的世界先進裝備。

智能“大腦”能掐會算

“數(shù)字化、信息化、自動化和智能化，是這個工作面的安全生產(chǎn)核心。”塔山礦生產(chǎn)副總經(jīng)理王磊說，“該項目實現(xiàn)了設備數(shù)據(jù)高速上傳和控制信息實時下達，控制延時不超過500毫秒，將人的視聽感官延伸到工作面，身臨其境監(jiān)控安全生產(chǎn)。”

該工作面集中控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡平臺與多項關鍵技術，形成了綜采工作面的整個大型控制系統(tǒng)。系統(tǒng)通過建立工作面實時工業(yè)以太網(wǎng)與無線網(wǎng)絡覆蓋，將各個相關設備聯(lián)系在一起，實現(xiàn)各個設備間的數(shù)據(jù)交換。

“監(jiān)控指揮中心是‘大腦’，它具有智能采集分析信息、智能指揮機械采煤、智能修正操作等功能。不僅設定采煤機的牽引速度等參數(shù)進行自動割煤，還可以按照示范刀所記錄的工作參數(shù)、滾筒高度軌跡進行智能化預算，形成記憶截割模板，在自動截割過程中不斷修正誤差。”桂儒佳說。

智能“感知”采煤流程

讓“大腦”能力發(fā)揮到極致，需要靈敏的“神經(jīng)網(wǎng)絡”。在2公里長、200米寬的采煤工作面上，60多個攝像頭、1500多個傳感器，通過網(wǎng)絡互聯(lián)集成管理，實現(xiàn)了高效快捷指揮，所有設備都實現(xiàn)了自動精準安全控制。

來到塔山礦井下400多米深的8222工作面，只見巷道和工作面布滿了LED燈。塔山礦智能化綜采隊隊長李瑞金指著支架頂梁上安裝的攝像儀說：“這是我們在井下的‘眼睛’，是我們視頻通訊系統(tǒng)的重要組成部分，整個工作面有48組，它能夠清晰捕捉設備每一個細微的動作，觀察采煤機的運行位置，及時地通過網(wǎng)絡傳輸給‘大腦’，即監(jiān)控指揮中心。”

監(jiān)控指揮中心主任張慧說，每個支架控制器和每個攝像儀都是信息網(wǎng)絡的節(jié)點，它們自動采集、統(tǒng)計、分析和反饋設備當時運行數(shù)據(jù)，通過光纖傳輸至監(jiān)控中心，然后進行數(shù)據(jù)分析，得出結果。

“這些就是系統(tǒng)的‘神經(jīng)’，通過壓力、傾角等多種傳感器，實現(xiàn)液壓支架防傾倒、防片幫、防冒落、狀態(tài)控制等，自動完成工作面跟機作業(yè)，精確控制推移油缸，減少工作面推進的誤差。”張慧指著支架上的傳感器說。

李瑞金介紹，綜采隊原來每班20人，實現(xiàn)智能開采后，每班不到8人即可完成任務。未來，塔山礦1500萬噸智能化綜采工作面，將力爭建成工作面回收率達到95%以上、混矸率不超過30%的行業(yè)一流智能化綜采工作面。