1、智能采礦概論目 錄 一智能采煤工作面工程實例煤礦光纖智能感知系統工程實例 二第八章 智能采礦系統工程應用智能掘進工作面工程實例 三本章重點1、薄煤層智能采煤工作面工程實例2、中厚煤層智能采煤工作面工程實例3、煤礦光纖智能感知系統工程實例4、厚煤層智能掘進工作面工程實例第八章 智能采礦系統工程應用8.1智能工作面工程實例-沙曲礦22201薄煤層無人工作面工作面概況公司名稱華晉焦煤沙曲礦煤系地層石炭系上統太原組和二疊系下統山西組可采煤層太原組的6#10#煤層和山西組的2#5#煤層總厚15.4 m煤種焦煤性質低透氣性高瓦斯近距離煤層群開采工作面名稱22201工作面（礦井北翼二采區2號煤的保護層首采面

2、）標高+396m+486m走向/傾向長度走向長度約1538m；傾向長150m煤厚1.1m地質構造相對簡單，總體呈單斜構造產狀煤層傾向西，平均傾角422201工作面概況一覽表第八章 智能采礦系統工程應用8.1智能工作面工程實例-沙曲礦22201薄煤層無人工作面工作面概況工作面位置情況：22201工作面北面已形成了22202工作面，其余2號煤均未開拓，其下為3+4號煤層工作面，僅南面正在掘進的24208工作面，其它方位4號煤工作面均未施工。工作面布置如圖8-1所示。通風系統：工作面采用沿空留巷Y型通風方式， 22201沿空留巷Y型通風工作面通風系統：采區進風巷22201輔助運輸巷及22201機軌合

3、一巷22201工作面22201機軌合一巷沿空留巷22202開切眼22202軌道順槽采區回風巷。圖8-1 22201工作面布置圖第八章 智能采礦系統工程應用22201工作面設備選型無人工作面，主要是采用先進的自動控制設備代替以往的手動控制設備，從而減少工作面的工人，其選型要求：（1）工作面中各設備具有高可控性，在先進的智能控制方式下這些設備能夠自動運行，不受或少受人為因素的影響；（2）能夠根據環境和設備自身的工況的變化實時調整設備的運行姿態；（3）為保證設備選型能滿足無人工作面開采的需求，要求整個工作面的設備具有統一的配套，結合沙曲礦開采設備的研究，對工作面配套設備進行了選型分析和能力校核。第八

4、章 智能采礦系統工程應用22201工作面設備選型序號設備名稱型號主要技術參數數量序號設備名稱型號主要技術參數數量1采煤機MG2X150/700-WD1裝機功率：700kW適應采高：1.202.05m牽引速度：09.01m/min110噴霧泵、冷卻泵PB320/4.3壓力：4.3MPa流量：19.3m3/h功率：125kW12中部液壓支架ZY3600/07/14.5D支護強度：0.370.49MPa工作高度：0.71.65m9611清水箱QX320/20320L13過渡液壓支架ZYG3600/07/14.5D支護強度：0.370.45MPa工作高度：0.71.65m412雙速絞車SDJ-20雙速

5、，功率：22kW24工作面刮板輸送機SGZ730/320裝機功率：2160kW額定電壓1140V輸送能力：650t/h刮板鏈速：1m/s113回柱絞車JM-14牽引力：140KN功率：18.5KW15轉載機SZB-730/75能力1000t/h功率75kW電壓1140V114調度絞車JD-1功率：11.4KW電壓：660V16破碎機PCM-110破碎能力：1000t/h最大粒度：300mm裝機功率：110kW電壓：1140/660V115JD-1.6功率：25kw電壓：660/380v17可伸縮膠帶輸送機SSJ-1000/2200長度：2000m帶寬：1000mm輸送能力：1000t/h功率：

6、2200kW216無極繩絞車JWB75BJ牽引力：60/35(100/60)KN功率：75KW18乳化泵BRW-315/31.5流量：315 L/min壓力：31.5MPa功率：200kW217水泵BQW-7.5電壓：660V功率：7.5Kw69乳化液箱RX400/25400L118牽引絞車JQB-20W660V1表8-1 無人工作面開采主要配套設備選型結果第八章 智能采礦系統工程應用22201工作面設備選型第八章 智能采礦系統工程應用22201工作面無人工作面控制體系沙曲礦22201工作面的沿空留巷充填和回采巷道支護無法實現無人化，因此采用，回采巷道集中控制技術方案： 在22201機軌合一巷

7、內設置集中控制中心，通過機軌合一巷配置KTC101控制器自動化控制采煤機、刮板輸送機，SAC電液控制系統通過支架紅外線傳感器以采煤機位置為依據實現支架的跟機自動化，實現薄煤層工作面的自動化、無人化。其中各設備的管理、控制結構如圖8-3、8-4所示。圖8-3 工作面數據傳輸、控制結構圖圖8-4 22201機軌合一巷集中控制結構第八章 智能采礦系統工程應用KTC101控制器控制方式在22201工作面機軌合一巷布置了一臺KTC101控制器：（1）該控制器可對采煤機、刮板輸送機、膠帶輸送機等設備實現保護、控制、沿線通話、故障檢測、漢字顯示及語言報警等功能。（2）該控制器采用嵌入式技術，可以通過它的通訊

8、接口與外界計算機或其他設備配接實現信息共享。實際情況：在22201工作面內的相關設備的連接較復雜，在實際控制過程中，并未充分發揮該控制器的性能，部分控制仍需要通過手動操作，同時缺乏詳細統一的監測數據收集、分析和處理的能力，因此，還必須配合監測體系系統地研究各種設備的統一監控方式。第八章 智能采礦系統工程應用KTC101控制器控制方式按照圖8-5的配置和連接，在22201工作面內需要實現的各種控制功能可通過執行KTC101控制器發出的控制命令來實現，結合各種設備的監測系統，從而完成對這些設備的自動控制功能。圖8-5 KTC101控制器設備配置連接圖第八章 智能采礦系統工程應用22201機軌合一巷

9、集中控制功能通過KTC101控制系統的實施，實現在機軌合一巷對22201工作面的生產進行自動控制，表現在以下幾個主要方面：1）工作面順序啟動通過操作通訊控制計算機，發出工作面啟動命令給通訊控制子系統，實現工作面的順序啟動。其啟動順序如下：皮帶機破碎機轉載機刮板機采煤機。2）工作面順序停機停機順序如下：采煤機刮板機轉載機破碎機皮帶機。3）工作面設備閉鎖邏輯工作面內單臺設備閉鎖時，根據煤流方向，自動實現邏輯閉鎖。該項功能由通訊控制子系統和電液控制子系統在自動監控主機的協調下自動完成第八章 智能采礦系統工程應用22201機軌合一巷集中控制功能4）滿倉控制當煤倉的煤位到達特定的位置時，系統就會向工作面

10、下達指令，停止采煤機的推進，暫停煤炭生產，而刮板機繼續運行；當煤倉的煤位到達滿倉位置時，刮板機停下來，皮帶機上也不會滿載，為下次順利啟動奠定基礎；當煤倉出煤后，煤位到達可以開始生產的位置后系統會自動按順序和程序啟動設備生產。5）負荷控制根據刮板機的負荷量自動調整采煤機的牽引速度以調整落煤量。當刮板機的負荷超載時系統能及時降低采煤機的牽引速度以減少落煤量，反之可適當提高采煤機的牽引速度，以達到設備工作中處于高效、安全的狀態。第八章 智能采礦系統工程應用電液控制系統控制方式22201工作面中間液壓支架采用ZY3600/07/16.5D型兩柱掩護式液壓支架，端頭支架采用ZYG3600/07/16.5

11、D型兩柱掩護式，均可配合SAC電液控制系統實現自動控制。1）電液控制系統組成包括液壓支架電液控制裝置控制器、本質安全型信號轉換器、支架人機操作界面、礦用壓力傳感器、行程傳感器、感應磁環、紅外線發送器、紅外線接收器礦用隔爆兼本質安全型穩壓電源、隔爆耦合器、監控主機、網絡終端器和電纜組件及其附件。SAC電液控制系統組成第八章 智能采礦系統工程應用電液控制系統控制方式2）電液控制系統實現的功能實現的功能具體為：以采煤機位置為依據的支架自動控制；支柱在工作中發生卸載時的自動補壓功能；閉鎖及緊急停止功能；信息功能（人機操作界面）；要求SAC控制系統能夠向其他系統（如地面調度室、監控中心）傳輸信息，也能夠

12、從其他系統接收數據，并可進行數據處理。3）電液控制系統相關配置針對22201工作面的開采條件，要求工作面盡量實現以采煤機位置為依據的自動控制，結合SAC電液控制系統的常用連接方式，可以采用：先配置、連接單臺液壓支架，然后通過中間連接設備組建整個工作面液壓支架控制體系。其中每個支架裝備一臺液壓支架電液控制裝置控制器，控制器之間按順序互聯成網。第八章 智能采礦系統工程應用電液控制系統控制方式4）采煤機位置紅外線檢測裝置采煤機紅外線位置檢測裝置是用來可靠、快速、準確地檢測采煤機位置的裝置，在22201工作面每架液壓支架上安裝一臺紅外線接收傳感器，在采煤機上安裝一臺紅外發射傳感器（如圖8-6所示）。在

13、安裝采煤機的定位傳感器時，在每架液壓支架上安裝一臺紅外線接收傳感器，要求：該接收傳感器面對著采煤機上的紅外線發射傳感器；發射傳感器處在同一高度；發射傳感器和接收傳感器之間的距離在05m之間。當采煤機運行時，安裝在不同液壓支架上的紅外線接收器會接收到紅外線信號，接收到信號的紅外線接收器將此信號通過RS232通訊方式傳送給支架控制器，支架控制器通過判斷可以確定采煤機的當前位置，并可根據采煤機的位置指導各控制的執行動作。 圖8-6 紅外發射、接收傳感器第八章 智能采礦系統工程應用電液控制系統控制方式5）電液控制系統主控計算機在機軌合一巷集中控制中心內設立一臺SAC-P型井下主控計算機，并與工作面支架

14、控制器網絡聯接，能夠隨時顯示數據參數和監視支架的工況、動作狀態，其人機工作界面包括數據通訊界面和數據顯示界面，如圖8-7所示。6）液壓支架跟機自動化SAC電液控制系統通過紅外線傳感器檢測到采煤機位置信息，此信息傳到機軌合一巷集中控制中心SAC-P主控計算機主機，主機經過內部程序處理，自動發出相應的控制命令，使相應的支架控制器自動完成相應的操作，從而實現支架的跟機自動化，極大地提高了生產效率，減少了工作面作業人員。圖8-7 數據顯示圖第八章 智能采礦系統工程應用工作面設備自動控制方式為了實現液壓支架的自動控制，需要采用電液控制系統中的高級控制方式，即采煤機自主定位控制方式，因此研究液壓支架與其它

15、設備之間的約束關系是無人工作面的重要內容。1）液壓支架與采煤機的約束關系研究當采煤機沿工作面往返牽引采煤時，要求支架拉移后應及時推移輸送機， SGZ730/320型刮板輸送機彎曲長度不小于15m，ZY3600/07/14.5D型液壓支架架間距為1.5m，即為10架液壓支架的寬度。為了避免截割到液壓支架護幫板，采煤機前滾筒前方的液壓支架依次將護幫板收回，后滾筒以后的10架液壓支架依次推溜1/10行程，從而使刮板輸送機按照一定的曲線彎曲。對于單個液壓支架而言，完成整個推溜行程的需要執行降移升動作，在獲得了液壓支架與采煤機的相互約束關系以后，可以將這種關系通過程序輸入到工作面控制器中，從而控制液壓支

16、架的動作，使得液壓支架的運動時刻與采煤機的位移相關聯。第八章 智能采礦系統工程應用工作面設備自動控制方式2）采煤機自動割煤技術研究對于記憶割煤法，采煤機首次割煤采用手動操控方式，計算機儲存所需采集的截割信息、運行數據，以后的割煤循環是根據上一次截割期間儲存的數據自動地修改采煤機割煤程序，這種割煤方式所用理論相對簡單、易于實現，同時也符合沙曲礦22201無人工作面對采煤機自動割煤的要求。在工作面首采以后，每一次割煤期間相應傳感器采集工作面的數據并傳輸至存儲器保存，在每一次割煤完成后可對上一次儲存信息進行修改，為下一次截割循環提供數據。第八章 智能采礦系統工程應用無人工作面自動化控制系統選型序號名

17、稱數量備注序號名稱數量備注序號名稱數量備注1液壓支架電液控制裝置控制器10120功能14礦用隔爆兼本質安全型穩壓電源18274c 型護套連接器34耦合器本架控制器連接器2支架人機操作界面10115隔離耦合器34284c 型護套連接器34耦合器鄰架控制器連接器3操作界面防護板101164c 型護套連接器101控制器人機界面連接器29圓形插座堵頭2504行程傳感器101174hlumb 型連接器707控制器電磁鐵連接器30方形插座堵頭3405感應磁環101184c 型護套連接器101控制器行程傳感器連接器31U 形卡(42mm)21706行程傳感器接插座101194c 型護套連接器101控制器壓力

18、傳感器連接器32U 形卡(47mm)1127連接和固定行程傳感器組件101204c 型護套連接器101控制器頂梁傾角傳感器連接器33U 形卡DN102178礦用壓力傳感器101接口DN10214c 型護套連接器101頂梁傾角傳感器掩護梁傾角傳感器連接器34礦用本安型信號轉換器1網絡變換器9礦用傾角傳感器101雙口224c 型護套連接器101掩護梁傾角傳感器前連桿傾角傳感器連接器35支架人機操作界面110傾角傳感器安裝板101掩護梁傾角傳感器用234c 型護套連接器4前連桿傾角傾角傳感器底座傾角傳感器連接器36操作界面防護罩111傾角傳感器安裝板101前連桿傾角傳感器用244clumb 型連接器

19、101控制器-接近開關連接器374c 型護套連接器1首架控制器網絡變換器連接器12傾角傳感器安裝板5底座傾角傳感器用254c 型護套連接器68架間連接器384c 型護套連接器1人機界面網絡變換器連接器13接近開關101264x 型銅頭連接器（單頭）34電源箱耦合器連接器39控制系統固定螺栓、螺母101支架電液控制系統電控部分第八章 智能采礦系統工程應用無人工作面自動化控制系統選型支架電液控制系統主閥部分40電液控換向閥TMFHZY(15)D FHD500/31.5Z101組天瑪41變徑接頭TMJTY(DN32G/DN25M)106件天瑪配O 形圈擋圈42U 形卡UD-32106件天瑪序號名稱數

20、量單位備注序號名稱數量單位備注43機軌合一巷集中控制裝置控制器1套49礦用本安型接線盒（三通）2件監控主機1臺504x 型銅頭連接器（單頭）2根電源箱主控計算機連接器44監控主機鍵盤1件514d 型銅頭連接器(單頭)2根45主控計算機安裝架1件52礦用電纜米工作面回采巷道主控站通訊電纜46電纜接續器1件53電液控制系統井下主機軟件1套474c 型護套連接器1根網絡變換器電纜接續器連接器54存儲棒1件48礦用隔爆兼本質安全型穩壓電源1件55存儲棒轉換器1件機軌合一巷集中控制系統部分第八章 智能采礦系統工程應用無人工作面自動化控制系統選型支架電液控制系統主閥部分序號名稱型號數量單位公司備注56紅外

21、線發送器TMDHWT(GUH4-F)1套天瑪574a 型銅頭連接器（單頭）conm/4a700s1根天瑪采煤機紅外線發送器連接器58紅外線發射器安裝架TMJHA(GUH4-F)A1件天瑪59紅外線接收器TMDHWT(GUH4-S/D)101件天瑪604c 型護套連接器conmN/4c450101根天瑪控制器紅外線接收器連接器序號名稱數量單位備注序號名稱數量單位備注61液控單向閥202件立柱用71安全閥202件護幫用62安全閥202件立柱用72雙向鎖101件伸縮梁，雙液控63安全閥202件立柱用73安全閥202件伸縮梁64球形截止閥202件立柱用74手動反沖洗過濾器101件主進液用65抗沖擊壓力

22、表101件立柱用75球形截止閥101件主進液用66液控單向閥101件推移用76回液斷路閥101件主回液用67安全閥101件推移用77單控噴水閥101件噴霧用68雙向鎖101件平衡用78噴霧過濾器101件噴霧用69安全閥202件平衡用，帶導流口79球形截止閥101件噴霧用70雙向鎖101件護幫用80噴霧裝置202件噴霧用機軌合一巷集中控制系統部分第八章 智能采礦系統工程應用無人工作面自動化控制系統選型機軌合一巷過濾系統部分序號名稱型號數量單位公司備注81自動反沖洗反沖液回收高壓過濾站TMGLZE(2000/31.5/25/D/F)1臺天瑪82回液過濾站TMGLZ(2000/2.5/60)1臺天瑪

23、83回液過濾站TMGLZJ(2000/2.5/60)1臺天瑪84回液過濾站TMGLZ(1000/31.5/25)A.012件天瑪第八章 智能采礦系統工程應用22201無人工作面所取得成就（1）按照無人工作面設備選型要求對沙曲礦22201工作面的綜采設備選擇進行了校驗，表明配套設備工作能力富余量較大，完全滿足設備基本性能要求，且結合自動控制設備能夠實現自動化控制。（2）采用回采巷道集中控制技術方案，在22201機軌合一巷內設置集中控制中心，通過機軌合一巷配置KTC101控制器自動化控制采煤機、刮板輸送機，SAC電液控制系統通過支架紅外線傳感器以采煤機位置為依據實現支架的跟機自動化，實現了薄煤層工

24、作面的自動化、無人化作業。（3）在采用了無人工作面開采技術后，相對于采用綜采工作面開采方式，在工作面內施工作業的工人數量在檢修班每班為7人（減少5人），相對減少了41.67%，采煤班每班為4人（減少5人），相對減少了55.56%，兩個采煤班和一個檢修班總共可減少15人，即相對綜采工作面開采方式相對減少了50%。 （4）按照無人工作面開采方式進行生產組織，22201工作面采用不留三角煤端部斜切進刀雙向割煤方式和“四六”制工作制度，井下作業人員主要集中在回采巷道內，工人主要分配在充填班和檢修班。由于機軌合一巷和輔助運輸巷的巷道斷面較大、空氣質量好，將工人從采高較低的薄煤層工作面內解放出來，有利于施

25、工作業，降低了工人勞動強度，改善了工作環境，提高了生產效率和安全狀況，促進了難采薄煤層工作面自動化的發展。第八章 智能采礦系統工程應用8.1智能工作面工程實例-郭二莊礦22204薄煤層智能工作面工作面概況工作面名稱22204工作面煤厚1.48m設計采高1.8m煤層傾角23煤層密度1.68t/m3地質構造斷層較多、落差較小頂底板情況頂板為泥巖厚度2.48m，地板為泥巖、細砂巖煤層自燃情況一般不自燃傾向水文地質簡單工作面長度150m207m連續推進長度1288m設計月產能7.9萬噸22204工作面概況一覽表第八章 智能采礦系統工程應用綜采工作面設備明細清單序號設備名稱設備型號單位數量備注序號設備名

26、稱設備型號單位數量備注設備列車集中控制臺定制臺1順槽集控中心，用于安放主機、交換機等設備電液控改造安裝附件批1礦業大學地面集控控制服務器臺1地面顯示控制主機礦用隔爆兼本安型綜合接入網關KJJ127臺2工作面通信控制系統、刮板機控制系統集成支架電動主閥套1電液控制器配套礦用隔爆型監視器JBY1.0/127臺1用于井下視頻監控礦用隔爆兼本安型計算機KJD127臺2含顯示屏，含控制鍵 盤。顯示， 監測和控 制工作面三機嵌入式網絡視頻解碼器HYDS-6008D臺1礦大華洋工作面集控系統軟件V1.0套1礦業大學地面監視器臺1礦大華洋支架控制器ZE0701-05臺20礦業大學礦用本安型擴音電話（程控免提）

27、KTK24（A）臺1礦大華洋隔爆兼本安型穩壓電源ZE0701-04臺2礦業大學礦用隔爆兼本安型直流穩壓電源KDW660/24臺1礦大華洋隔離耦合器ZE0701-26臺3礦業大學礦用本安型紅外攝像儀KBA12H臺6礦大華洋壓力傳感器及連接器ZE0701-07臺20礦業大學礦用澆封兼本安型直流穩壓電源KDW127/12臺8礦大華洋紅外線接收器ZE0701-08臺20礦業大學礦用本安型信號轉換器KZC12臺2礦大華洋控制器架間連接器ZE0701-43(L)臺20礦業大學礦用阻燃通信電纜(雙插MHYVP-2-100根3礦大華洋紅外線發射器ZE0701-24對1礦業大學頭)網絡終端器ZE0701-36(

28、Z,Y)臺1礦業大學礦用阻燃通信電纜(單插頭)MHYVP-2-100根2礦大華洋電液控系統主機軟件ZE07-HS/D套1礦業大學礦用阻燃電源電纜MVV3*1.5KM1萬博管路改造套120 套支架礦用阻燃通信電纜MHYV4*2KM2萬博管路改造礦用阻燃通信電纜MHYVP4*1.0KM1萬博三機協同控制安裝附件批1礦業大學安裝附件批1礦大華洋22204設備列表第八章 智能采礦系統工程應用地面調試郭二莊地面聯試平臺搭建電液控主機及三機協同控制主機三機協同控制軟件界面集控系統地面成套設備聯試平臺22204綜采工作面三機協同監控攝像儀第八章 智能采礦系統工程應用22204綜采工作面開采智能化的實現222

29、04綜采工作面設備配套情況序號名稱型號單位數量1液壓支架ZY3000/10/20架1002刮板輸送機SGZ-730/264臺13采煤機MG2*160/710-WD臺14乳化泵BRW315/31.5臺15轉載機SZZ-630/110臺16運巷刮板輸送機SGZ-630/150C臺27皮帶機SDJ100/2*75套2表8-4 22204綜采工作面設備配套情況第八章 智能采礦系統工程應用22204 綜采工作面集控系統圖8-18 22204 綜采工作面集控系統結構圖1）系統所控制的設備工作面集控系統控制設備有轉載機、破碎機、前部運輸機、后部運輸機、乳化泵、清水泵的啟停。如圖8-18所示為郭二莊煤礦222

30、04綜采工作面集控系統設備結構圖。第八章 智能采礦系統工程應用22204 綜采工作面集控系統2）系統的功能工作面設備啟停控制：對破碎機、轉載機、前后部運輸機、乳化泵、清水泵進行設備啟停控制設備狀態檢測：破碎機、轉載機、前后部運輸機、采煤機設備啟停狀態檢測。系統運行方式：a)集控方式下遵循煤流順序一鍵啟停車操作。b)檢修方式下打破設備連鎖關系，可任意啟停設備。c)點動方式下可對單個電機進行點動。d)急停控制，可通過擴音電話提供的閉鎖按鈕實現緊急停車。第八章 智能采礦系統工程應用22204 綜采工作面集控系統設備狀態顯示：控制計算機 19”大屏幕彩色液晶平板顯示器上顯示出來。a)設備運行工況檢測（

31、文字+動畫）；b) 沿線狀態檢測；c)設備的開停時間； d) 系統自檢；e)故障信息監測； f) 電話急停狀態信息檢測；語言報警：具有完善的語言報警提示功能，對于設備的起停、沿線閉鎖及沿線故障和故障等都帶有語言報警提示當時設備的狀態。設備啟/停時間統計、故障自診斷顯示。靈活的參數設臵功能：通過主控制器上的參數設置功能，進行參數設臵和調整，不同的設置實現不同的邏輯控制，參數調整不需要另外編成，也不需要再另外傳程序。工作面設備的控制：對于工作面運煤設備起停控制。通話電話：閉鎖功能：工作面每8架設臵一臺閉鎖電話，出現緊急情況的通過閉鎖停設備。第八章 智能采礦系統工程應用22204 綜采工作面集控系統

32、3）順槽集控列車郭二莊煤礦22204綜采工作面集控系統設計在井下順槽安裝集控中心列車1臺，內臵礦用隔爆性計算機4臺，1臺作為工作面三機協同控制主機，1臺作為工作面電液控主機、1臺作為工作面視頻監控主機，1臺作為工作面視頻跟機切換系統主機。同時四臺主機通過井上下工業以太網系統將信號傳輸到地面調度指揮中心，地 面監控服務器可實現和井下順槽集控中心監控主機同樣功能。如圖8-198-21為順槽集控列車。圖8-19 順槽集控中心列車地面安裝圖8-20 順槽集控中心井下安裝圖8-21 順槽集控中心井下安裝第八章 智能采礦系統工程應用22204 綜采工作面集控系統4）液壓支架電液控制系統液壓支架電液控制系統

33、主要設備：控制器：1臺/架、紅外線接收器：1個/架、壓力傳感器：1臺/架、紅外線發射器：1個/工作面、14功能14接口電液主閥閥組：1組/架（采用天瑪原有主閥）、其它附件：1套/架。該系統每10臺支架配備一臺隔爆兼本安電源用于給支架控制單元供電，每 5臺配備一臺隔離耦合器用于隔離和耦合不同電源組控制器間的通信信號。紅外線發射器安裝在采煤機上，用于采集采煤機當前所在位與行進方向。系統現場安裝如圖8-22、8-23所示。圖8-22 電液控系統現場安裝調試圖8-23 電液控器現場安裝第八章 智能采礦系統工程應用22204 綜采工作面集控系統22204綜采工作面在工作面液壓支架下級聯安裝6臺KBA12

34、H礦用本安型紅外網絡攝像儀。鑒于工作面的移動性很強，光纜的布設及移動難度太大，設計采用礦用本安型信號轉換器KZC12傳輸攝像儀圖像，其中一臺信號轉換器負責接收攝像儀圖像，和攝像儀同步移動，另外一臺信號轉換器輸出光纖以太網信號，可以直接連接到井下順槽集控列車工業以太網交換機，將信號直接傳輸至地面，并進行錄像存儲和數據轉發。同時在井下控制列車上安裝隔爆兼本安型計算機1臺，用于工作面自動化運行的視頻監控。圖8-24 視頻跟蹤切換系統結構圖第八章 智能采礦系統工程應用22204智能工作面所取得成就經過各大系統相互協調，相互配合，22204綜采工作面開采智能化、無人化得以實現：（1）通過“三機”協同控制

35、系統系統，實現了對采煤機、運輸機、液壓支架、乳化泵、轉載機等工作面配套設備的協同自動控制功能；（2）通過薄煤層綜采工作面液壓支架電液控制系統，使該工作面具備了鄰架控制/成組控制/自動降移升控制控制功能；（3）通過刮板運輸機監控系統，實現了對溫度、電壓、電流、壓力、轉速、開停狀態等工況參數的檢測，對刮板運輸機開停和伸縮機尾遠程控制。第八章 智能采礦系統工程應用8.1智能工作面工程實例-黃陵礦801中厚煤層智能工作面工作面概況頂板煤層頂板其偽頂多為泥巖，厚度為0.10.5m，隨回采冒落煤厚煤層厚度1.82.8m，平均2.5m直接頂接頂為泥巖和粉砂巖互層，為中等冒落頂板盤區產能400萬t/a底板底板

36、為泥巖，遇水底鼓嚴重八盤區801工作面概況一覽表第八章 智能采礦系統工程應用工作面設備配套（1）液壓支架。型號為 ZY7800/17/32D，通過支架圍巖智能耦合電液控制系統實現支架初撐力自動補償、平衡千斤頂自動調節和跟機自動化等智能化自適應調整和動作功能。（2）采煤機。選用 MG620/1660WD型大功率矮機身采煤機，采煤機具備可配置復雜工藝程序的記憶截割功能；自動控制具有高精度，行走位置檢測分辨力不大于10mm，典型位置控制精度優于50mm，記憶截割典型采高重復誤差25mm；具有線性插值、采高精度與牽引速度的自適應調節與預期控制等功能。（3）工作面運輸系統。輸送機型號為SGZ1000 /

37、2855，驅動方式為“高壓變頻器+變頻電機+摩擦限矩器+行星減速器”，采用平行布置，交叉側卸方式；轉載機為SZZ1000/525型，配備MY1200轉載機自移系統；破碎機為PLM3000型，通過DY1200自移機尾與帶式輸送機搭接。第八章 智能采礦系統工程應用工作面智能化開采關鍵技術該工作面自動化集中監控系統包括： 視頻監視系統電液控制系統采煤機控制系統等12個系統，系統結構組成如下圖8-25所示。圖8-25 八盤區SAM型綜采自動化控制系統組成結構圖第八章 智能采礦系統工程應用智能化無人工作面控制系統八盤區智能化無人工作面控制系統主要在以下六個方面進行升級：布置高清攝像儀，建立無盲區高清視頻

38、監視系統；實現自動化系統故障自診斷(包括對采煤機、液壓支架、“三機”、泵站、帶式輸送機控制的故障診斷)、故障類型顯示及管理等功能；實現轉載機自移的遠程控制功能；實現端頭和超前支架的遠程控制功能；利用智能化刮板輸送機實現采運雙向協同控制；通過高精度行程傳感器和調控裝置實現工作面推進過程直線度精準控制，解決智能化無人開采工作面直線度控制難題，保證工作面連續穩定高速推進。第八章 智能采礦系統工程應用（1）高清視頻監控視頻監視系統是遠程操作工人眼睛的延伸，是進行遙控作業的基礎，為進一步提高視頻監視系統的性能，在如下地方安裝：刮板輸送機機頭機尾、轉載機機頭、機尾、設備列車上、遠程配液點等區域各安裝12臺

39、礦用本安型云臺攝像儀；每6個支架配備3臺礦用本安型攝像儀，安裝于支架的頂梁上；監控中心安裝2臺彩色攝像儀。通過高清攝像儀的合理優化布置，實現工作面、工作面巷道及重要崗位的高清無盲區視頻監視。視頻系統可通過通信獲取采煤機運行位置和方向，實現在視頻監視器上跟隨采煤機自動切換高清視頻攝像儀，保證割煤作業、支架跟機動作、推移刮板輸送機等遠程控制的高精度和高可靠性。智能化無人工作面控制系統第八章 智能采礦系統工程應用（2）工作面裝備狀態監測與健康診斷系統通過智能控制系統對采煤機、液壓支架、刮板輸送機主要部件的運行時間、運行距離等數據進行記錄，在此基礎上可實現對關鍵元部件剩余壽命預估和預警，形成預防性維護

40、報告，及時提醒更換磨損部件，減少維護時間和大故障發生的概率。（3）端頭、巷道設備遠程遙控工作面端頭安全高效快速支護和巷道設備的協調快速聯動是自動化控制的難點，天地科技開采設計事業部科研人員根據黃陵公司的生產使用要求，通過研發實現端頭支架、轉載機和超前支架的遠程遙控操作。具體實現方式為:1）端頭架推溜前，由端頭架發送鄰架控制命令，啟動轉載機控制器執行準備階段動作。轉載機控制器進行聲光報警，在端頭架執行推溜動作與轉載機控制器執行前移階段動作共同完成轉載機自移功能。2）通過電液控制系統實現轉載機和帶式輸送機機尾自動動作的功能。智能化無人工作面控制系統第八章 智能采礦系統工程應用（4）刮板輸送機變頻智

41、能控制系統為解決刮板輸送機帶載啟動損耗大、耗能高和可靠性低等問題，設計采用具有優秀帶載啟動性能和運量調節能力的智能型刮板輸送機，通過智能調速隨時改變運行速度，與工作面產量適時匹配，驅動部電機在各種狀態下始終保持96%以上高效運行。智能化無人工作面控制系統圖8-26 刮板輸送機控制系統原理圖變頻器控制系統與工作面語音通訊子系統采用干結點控制方式，變頻器控制系統提供急停、啟停、備妥、反饋4路干結點信號線，刮板輸送機控制系統原理如下圖8-26所示。系統具有智能啟動、煤量監測與智能在線調速、低速檢修、功率協調、鏈條智能調節松緊等多項功能。第八章 智能采礦系統工程應用自動化超前支護系統設計超前液壓支架設

42、計1）超前液壓支架設計理念工作面巷道內超前支護的核心技術：協調“支”與“護”的相互關系，最大限度利用圍巖和錨網索支護系統的自承載能力，最終實現超前巷道內圍巖穩定的目的。支護難點：超前支護區與工作面支護存在較大不同，工作面支護為限制頂板的初期下沉需要較高初撐力提供主動支撐作保障，但在超前支護區過高的初撐力和反復的支撐將造成頂板的被動破碎。天地公司開采設計事業部 “低初撐、高工阻”自動化的超前支護理念: 即為避免超前支架對巷道反復支撐的破壞，通過自動化控制在工作初期只給頂板較小的支撐，當頂板下沉后，為防止頂板離層量過大，借助較高的工作阻力延緩頂板的下沉，實現對頂板的有效控制。低初撐力減少了支架頂梁

43、對巷道頂板接觸區域和錨網索支護系統的破壞，自動化超前支護系統與錨網索支護系統協同發揮支護作用，從整體上提高了巷道超前段支護效果。第八章 智能采礦系統工程應用自動化超前支護系統設計超前液壓支架設計2）超前支架主要技術參數超前支架型式為左右分體、前后架結構形式，支架的頂梁和底座采用多節鉸接結構，左右架頂梁設有調架頂，同時設有側護或挑梁。運輸巷超前支架平均支護強度為0.194MPa，初撐力為0.142MPa；回風巷超前支架平均支護強度為0.297MPa，初撐力為0.218MPa；立柱型式為雙伸縮，立柱缸徑230mm。第八章 智能采礦系統工程應用自動化超前支護系統設計自動化超前支護控制系統控制技術難點

44、：高工作阻力、高可靠性超前支架重量必然會增加，如何讓笨重的超前支架安全、快速、自如的在頂板壓力大、變形嚴重的巷道中快速向前移動，并且要求帶壓擦頂移架，這些都給超前支架的移架方式帶來挑戰。針對以上難題，設計了以超前支架電液控制為基礎的遠程遙控操作系統，功能如下：一是可遠程遙控操縱；二是實現快速移架；三是便于控制初撐力大小；四是可減少工作面兩端頭作業人員。自動化超前支護系統提高了超前支護的安全性，解決了單體支護工人數量多、勞動強度高和手動控制鄰架操縱管路布置亂的難題，提高了移架速度，實現了快速安全移架，也可以實現控制初撐力大小的目的，滿足“低初撐、高工作”要求。保證了工作面和超前巷道內成套裝備智能

45、化協同控制和采煤全過程自動化無人生產，使工作面真正實現了完全自動化。第八章 智能采礦系統工程應用8.2煤礦光纖智能感知系統工程實例工作面概況工作面名稱隆德煤礦101工作面標高/埋深標高為1001.81033.1m，埋深130m推進長度推進長度為3596m；煤厚可采煤層厚度為0.802.38m，平均厚度1.97m傾向長度長300m產狀煤層西北部厚而東南部薄，煤層厚度變化較小，煤層傾角122201工作面概況一覽表頂底板巖石名稱厚度/m巖性特征描述基本頂細砂巖8.28.6深灰色，泥質膠結，為中等硬度，波狀層理，含細粒，夾砂巖薄層，層面中可見少許植物化石直接頂粉砂巖4.46.0灰色，泥質膠結，為中等硬

46、度，波狀層理發育，具有劈理面，夾砂質泥巖薄層，含植物葉片化石，偽頂泥巖0.30.5灰色，可見微斜層理，斷口具滑面，硬度小，易風化呈粉末狀，含少許植物化石直接底粉砂巖9.211.5灰色，為中等硬度，內含植物化石，巖芯完整，水平及波狀層理表8-5 煤層頂底板情況第八章 智能采礦系統工程應用工作面相關參數101工作面采用長壁后退式綜采一次采全高工藝，全部垮落法管理煤層頂板。采用中厚煤層綜采設備。考慮煤層埋深較淺，頂板較堅硬，中間架液壓支架均選用高阻力的兩柱掩護型支架，液壓支架選型為ZY10000/13/26D，加強切頂和保證工作面支護穩定性，共計161架中間架，過渡架型號為ZYG10000/14/2

47、8D，端頭架型號為ZT12000/16/32；同時考慮煤層較堅固，采煤機均選用大功率采煤機。101工作面采煤機采用端頭斜切進刀、雙向割煤、一刀一循環、每刀推進0.8m的工作方式，三八工作制，采準平行，每班23個循環。第八章 智能采礦系統工程應用工作面巷道布置101工作面巷道布置圖如圖8-27所示。101工作面布置三條回采巷道：101工作面輔助運輸巷道、膠帶運輸巷道和回風巷道。膠帶運輸巷道和輔助運輸巷之間的隔離煤柱寬度為20m。101工作面輔助運輸巷與膠帶運輸巷通過1-1煤層北翼輔運大巷與北翼膠運大巷形成工作面的運輸、進風系統，回風巷道通過1-1煤層北翼回風大巷形成工作面的回風系統。圖8-27

48、101工作面布置平面圖第八章 智能采礦系統工程應用回采巷道支護101工作面的回采巷道采用錨網支護，切眼采用錨網索聯合支護，頂板錨桿規格為18mm2000 mm的左旋螺紋鋼錨桿，間排距為10001000 mm。頂板錨索規格為17.8mm6500 mm ，間排距20003000 mm，巷道支護參數如表8-6所示。巷道名稱巷道斷面尺寸斷面形狀支護形式101工作面膠運巷道5.4m2.4m矩形錨網索聯合支護101工作面輔運巷道5.2m2.4m矩形錨網索聯合支護101工作面回風巷道5.4m2.4m矩形錨網索聯合支護表8-6 101工作面巷道參數表第八章 智能采礦系統工程應用8.2煤礦光纖智能感知系統工程實

49、例光纖感知內容及方案序號項目監測內容監測目的1支架工作阻力液壓支架立柱油壓掌握工作面礦壓狀況2錨桿載荷監測錨桿受力大小了解錨桿工作載荷和支護效果3頂板離層監測巷道頂板淺部及深部位移量掌握頂板巖層穩定性狀況4煤巖體應力監測巷道圍巖體應力大小了解巷道圍巖應力狀態5錨桿體應力分布特征監測錨桿桿體應力分布特征掌握錨桿受力狀態表8-7 監測實測內容及目的第八章 智能采礦系統工程應用監測方案設計（1）工作面礦壓監測方案在工作面液壓支架中共布置五個測站，第一測站包括靠近101工作面膠運順槽端頭的1#5#液壓支架（中間架），每41臺間隔設置5臺支架為一測站，共25臺液壓支架，測站布置如圖8-28所示。在測站中

50、，由液壓支架輔助閥中的測壓孔引出油管連接光纖光柵壓力表，監測液壓支架的工作阻力。圖8-28 液壓支架工作阻力監測測站布置圖第八章 智能采礦系統工程應用監測方案設計（2）超前巷道礦壓監測方案在101工作面的超前巷道中布置2組綜合測站，如圖8-29所示。在101工作面膠運順槽和回風順槽分別布置2個測站，綜一站距開切眼100m，同一順槽的兩個測站間距為50m。監測測站在工作面開始生產之前布置好。在各測站超前巷道監測斷面中，分別在兩幫打鉆孔埋設光纖光柵鉆孔應力計、安裝光纖光柵測力錨桿和錨桿測力計，在巷道頂板安裝光纖光柵頂板離層儀。圖8-29 監測測站分布圖第八章 智能采礦系統工程應用監測方案實施（1）

51、光纖光柵鉆孔應力計布置方案各測站中鉆孔間距為2m，回風順槽和膠帶順槽的工作面側5個鉆孔深度為3m、5m、10m、15m和20m，回風順槽和膠帶順槽的區段煤柱側鉆孔深度為3m、6m、9m、12m和15m。101工作面的回采巷道沿煤層底板掘進，煤層厚度約為2m，鉆孔高度距煤層底板1m，沿水平方向打鉆孔。每個鉆孔內安裝1部光纖光柵鉆孔應力計。以綜一測站為例，鉆孔及應力計的布置參數如圖8-30所示，現場安裝圖如圖8-31所示。（a）鉆孔應力布置平面（b）斷面中光纖光柵鉆孔應力計斷面布置圖圖8-30 光纖光柵鉆孔應力計布置方案第八章 智能采礦系統工程應用監測方案實施（2）光纖光柵測力錨桿和錨桿測力計布置

52、在各綜合測站中，在超前巷道頂板中部安裝1個光纖光柵測力錨桿和錨桿測，在巷道兩頂角與水平方向成45角各安裝1個光纖光柵測力錨桿和錨桿測力計，在兩幫距巷道底板1m處各安裝1個光纖光柵測力錨桿和錨桿測力計，光纖光柵測力錨桿和錨桿測力計的布置如圖8-32所示，現場安裝圖如圖8-33所示。圖8-32 光纖光柵測力錨桿和錨桿測力計布置圖 圖8-33現場安裝圖第八章 智能采礦系統工程應用監測方案實施（3）光纖光柵頂板離層儀布置在各綜合測站中，在超前巷道頂板中部安裝1個光纖光柵頂板離層儀，根據超前巷道的頂板巖層厚度分布，光纖光柵頂板離層儀的淺層固定在2m，深層固定在7m。光纖光柵頂板離層儀在斷面中的布置圖如圖

53、8-34所示，光纖光柵頂板離層儀的現場安裝圖如圖8-35所示。圖8-34 光纖光柵頂板離層儀布置圖 圖8-35 現場安裝第八章 智能采礦系統工程應用監測方案實施（4）光纖光柵液壓支架壓力表布置光纖光柵液壓支架壓力表安裝在101工作面液壓支架監測測站內的液壓支架上，通過油管連接液壓支架立柱油路，監測液壓支架的工作阻力。光纖光柵液壓支架壓力表的布置方案在之前小節工作面礦壓監測方案中已有介紹，這里不再贅述，光纖光柵液壓支架壓力表的現場安裝圖如圖8-36所示。圖8-36 光纖光柵液壓支架壓力表現場安裝圖第八章 智能采礦系統工程應用8.2煤礦光纖智能感知系統工程實例監測結果分析序號項目監測內容1礦壓規律

54、分析初撐力，加權工作阻力，末阻力，來壓強度，初次來壓步距，周期來壓步距2液壓支架適應性分析支架工作阻力頻率分布表8-7 監測結果分析第八章 智能采礦系統工程應用8.2煤礦光纖智能感知系統工程實例監測結果分析-來壓判據圖8-37 來壓判據曲線101工作面液壓支架的循環末阻力分布主要分布在15MPa32MPa，均方差49MPa，來壓判據分布在2038MPa，來壓判據差異較大，但來壓判據都在各液壓支架的額定工作阻力39.8MPa以下，在液壓支架的可支撐壓力范圍內。第八章 智能采礦系統工程應用8.2煤礦光纖智能感知系統工程實例監測結果分析-工作阻力在線監測圖8-38 3#液壓支架工作阻力-時間曲線圖圖

55、8-39 44#液壓支架工作阻力-時間曲線圖第八章 智能采礦系統工程應用8.2煤礦光纖智能感知系統工程實例圖8-40 礦壓監測預警界面圖8-41 85#液壓支架工作阻力-時間曲線圖監測結果分析-工作阻力在線監測第八章 智能采礦系統工程應用8.2煤礦光纖智能感知系統工程實例測站初次來壓步距/m初次來壓步距平均值/m周期來壓步距/m周期來壓步距平均值/m第一測站32.331.3211.710.94第二測站30.911.1第三測站30.210.0第四測站30.510.5第五測站32.711.4通過對101工作面液壓支架的工作阻力監測結果進行整理，統計各測點的平均初次來壓步距，以及10次周期來壓步距，

56、得表8-9所示的101工作面初次來壓步距和周期來壓步距。由表8-9可知，101工作面初次來壓步距為30.232.7m，初次來壓步距平均值為31.32m，與理論結果29.84m相差不大；周期來壓步距為10.011.7m，周期來壓步距平均值為10.94m，與理論結果12.18m基本一致。表8-9 101工作面初次來壓步距和周期來壓步距統計監測結果分析-礦壓規律第八章 智能采礦系統工程應用8.2煤礦光纖智能感知系統工程實例101工作面液壓支架工作阻力基本呈對稱分布，中部區域液壓支架工作阻力較高，兩端測站支架的工作阻力較低，其主要原因是工作面兩端頭的端頭支架對頂板有很好的支撐作用，分擔了頂板壓力，致使

57、兩端附近的液壓支架初撐力和工作阻力較低。工作阻力統計合格率為74.92%，初撐力統計合格率為69.26%，與已采工作面對比，101工作面液壓支架初撐力合格率得到明顯改善。表8-10 101工作面液壓支架適應性評價監測結果分析-支架適應性測站平均工作阻力/MPa工作阻力合格率平均初撐力/MPa初撐力合格率第一測站15.7274.92%13.9169.26%第二測站23.6022.55第三測站25.4923.96第四測站24.8323.54第五測站17.6516.85第八章 智能采礦系統工程應用8.3智能掘進工作面工程實例曹家灘煤礦2-2煤層上距1-2煤層平均間距28.93m，下距3-1煤平均間距35.69m，平均埋深286m；煤層厚度8.4712.03m，屬厚煤層；頂板主要為粉砂巖、細粒砂巖，次為中粒砂巖、泥巖、砂質泥巖；底板主要為粉砂巖、次為細粒砂