案例汇编 | 山西汾西矿业双柳煤矿智能化综采工作面探索与应用

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山西省煤矿智能化建设典型案例汇编（2023年）

山西汾西矿业（集团）有限责任公司双柳煤矿

（一）矿井概况

双柳煤矿位于山西省柳林县西北部的孟门镇，行政区划属吕梁市柳林县管辖，隶属于山西汾西矿业（集团）有限责任公司，为国有独资。批准开采3#、4#、8#、9#煤层。矿井核定生产能力300万吨/年，矿井证照齐全，能力匹配，各大系统运行正常。

双柳煤矿为煤与瓦斯突出矿井，各煤层煤尘均有爆炸性。煤层自燃倾向性为：(3+4)#煤层为Ⅲ类不易自燃煤层，8#、9#煤层为Ⅱ类自燃煤层。

在煤层性质方面，4（3+4）号煤层煤层平均厚2.55~4.33m，直接顶板一般为黑色薄层砂质泥岩或泥岩，直接底板以泥岩、砂质泥岩为主；9(8+9)号煤层平均厚0.28~4.33m，8号煤直接顶板为L1石灰岩，直接底板（9号煤直接顶板）主要为砂质泥岩、泥岩、炭质泥岩。

矿井开拓方式采用斜井-立井混合开拓，采区开采顺序为前进式，工作面采用走向长壁后退式综合机械化采煤法，采掘比为2:6。

（二）工作面概况

1.煤层赋存

33(4)17工作面所采煤层为山西组下段顶部4(3+4)#煤层，距2#煤层顶板层间距19.8m，厚度约0.4m。该区内煤层稳定，煤层厚度3.35~4.1m，平均厚度3.85m(含夹矸层)，结构复杂，属半亮型煤，含3层厚0.1m左右的深灰~黑色碳质泥岩、泥岩夹矸层。直接顶为砂质泥岩，深灰色，平坦及参差断口，含大量植物茎叶化石；直接底为砂质泥岩，灰黑色，平坦断口，平行层理，含植物茎叶化石。该工作面总体位于一单斜构造之上，地层东高西低，倾角0~9°,平均4°。

2.工作面储量

3.煤层顶、底板情况

4.工作面参数

（三）建设内容

2019年，随着国家“机械化换人、自动化减人”科技强安理念的不断提出及深入，矿井秉承高产高效目标，不断以综采设备为基础，探索自动化、智能化的建设路径，在两级集团公司的大力支持，协作单位的积极配合下，33（4）18工作面作为示范点，成功建设为智能化回采工作面，同时该技术继续沿用至33（4）17工作面，不断实现着矿井生产的安全与高效。

在智能化回采建设期间，矿井从工作面通讯系统、液压支架自动控制、采煤机自动控制、综采设备协同运行方式和高效的开采工艺等多个方面进行综合性研究，设计综采工作面自动化开采解决方案。项目采取关键技术重点攻关创新、先进成熟技术集成整合相结合的方式进行研究，重点解决在复杂地质条件下工作面快速连续推进难题。

建设思路：通过开发综采工作面自动化成套装备，提高单产单进水平，真正实现减人提效和安全高效发展。项目重点研究液压支架电液自动化联动控制技术、三直两平监控技术；研究采煤机自动化协调控制技术；研究采煤机信息无线传输技术、研究负荷中心的控制与保护技术；研究泵站自动化控制系统；研究工作面视频监控系统；研究工转破一体机以及胶带输送机的联动控制系统；研究分段采煤自动化采煤工艺；开发双柳矿综采工作面集控系统设备，实现对工作面采煤机、液压支架、工转破一体机、皮带机、泵站系统、电力负荷系统等核心装备的自动控制，最终达到综采工作面自动化采煤的目标，进而提高采煤自动化水平。

总体方案设计：综采面自动化集中控制系统是综采工作面自动化采煤的核心，是这智能综采系统的大脑,是操作人员的人机对话窗口，通过建立统一的数据传输接口和通讯规约，实现与各个子系统的数据通讯，通讯网络将各个相关设备联系在一起，满足生产工艺监控要求。

图1智能化系统架构图

综采工作面集中控制系统负责将“顺槽集中控制操作中心”、“综采工作面自动化集中控制系统”、“采煤机自动化控制软件系统”、“液压支架电液控软件系统”、“工转破一体机和皮带运输机集中控制保护系统”、“综采工作面供电系统集中监测控制系统”、“综采工作面泵站自动控制系统”、“综采工作面视频监控系统”、“工作面三直两平监控系统”、“端头设备定位系统”、“支架中心距监控系统”进行整合并协调联动控制。集中控制系统将实时采煤工艺分解成多个子命令系，并将这些子命令系分配给各个子系统，通过对各个子系统协同调度，实现各个子系统的协调联动运行。集中控制系统通过与各个子系统的实时通讯，将各子系统的工作状态、运行参数、指令执行统一汇总处理，并进行逻辑运算，通过科学可靠的控制策略实现对各子系统的协调自动化控制，从而实现整个综采工作面的自动化控制。

图2集中控制系统主要界面

工作面集中控制系统通过构建由井下顺槽控制中心、综采工作面有线/无线全覆盖网络、设备远程控制与语音通讯系统、工作面视频监控系统、数据分析与诊断预警、工作面设备姿态检测系统、工转破一体机、泵站以及胶带输送机的连锁控制等组成的自动控制平台，实现工作面液压支架、大型采煤机、工转破一体机的协调控制，完成综采工作面生产过程自动化控制功能，提高生产效率；并对主要生产设备工况实时在线监测、及时发现故障隐患，提高设备开机率；对工作面的相关信息分类整理，通过矿井以太环网将数据上传至地面调度中心，通过地面调度中心将数据融合到基于物联网技术的综采设备自动化管理系统，实现数据共享与远程管理。

33（4）17智能化综采工作面主要设备配套情况

（一）实现技术目标

1.实现在双柳矿工作面的自动化生产，减少工作面区域工作人员，实现安全、高产高效采煤。

2.实现在顺槽监控中心对综采工作面采煤机、液压支架、工转破一体机、皮带运输机、分级破碎机、泵站系统、供配电系统的工作状态远程监测监控、远程控制、故障警告、故障记录及“一键”启停。

3.实现采煤机记忆截割采煤，液压支架自动跟机作业；实现工作面采煤机、液压支架、工转破一体机、供配电系统、泵站系统的联动闭锁控制。

4.实现自动化采煤的常态化生产，切实改善劳动环境、降低劳动强度、减员增效，增强安全性的前提下提升生产效率。

（二）先进理念的践行

项目的研究实施，为综采提供新型的自动化生产组织方式，提供一个整套的工作面无人化自动装备。不仅能大幅削减人工与设备维护成本，提高生产效率，从而达到控制综合成本，“减人提效、节能降耗”，实现煤矿生产的集约化、自动化与信息化的目的，主要表现在以下两点效果：

一是将工作面多名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；二是采用智能化手段模拟人工操作习惯，提高大采高工作面生产效率。常态化生产过程实现以采煤机记忆割煤为主，人工就地干预为辅；以液压支架跟随采煤机自动跟机动作为主，人工就地干预为辅；以综采运输设备集中自动化控制为主，顺槽指挥为辅；以综采设备数据监测为主，视频监控为辅；即“地面监测、顺槽指挥、就地干预”的开采理念，生产过程中做到少人化生产的目的。

（一）减人方面

33（4）17工作面建成智能化综采工作面，在回采过程中运行较为可靠，提高现场安全作业环境，同时切实实现减人提效，将原综采面单班人数18人降至目前单班人数12人。

（二）功能实现方面

1.集控、视频监控系统：“一键启停”功能、单设备启停以及对各设备(采煤机、液压支架、运输设备、泵站系统)进行远程控制和干预功能；采煤机、工转破一体机机头、机尾、转载点视频实时监视及跟机视频功能；对采煤机、电液控制系统、工转破一体机、皮带运输机、泵站系统、供电系统以及视频系统的相互自动联锁控制等功能稳定。

图3工作面视频监控

2.采煤机控制系统：载荷联动、瓦斯联动功能、远程控制及数据监测功能。

图4集控软件（采煤机）

3.支架电液控控制系统：单架（成组）操控功能、上位机界面显示立柱工作压力、推移行程、采煤机位置方向等参数功能。其中，支架自动补液功能为电液控控制系统子功能，未配置专用设备，通过传感器采集数据，监测支架初撑力，当低于设定值25.2MPa时自动补压，设置补压次数3次，每次补压时间5s。在该功能投运后，可很好保护顶板，提高顶板管理质量，该功能整体使用良好，可保持支架初撑力合格率达95%，除遇软岩顶板时该功能投退，其余该功能一直投运。

4.工作介质管理系统：自动反冲洗、智能配液，运巷超前支护、皮带机尾及设备列车的跟机挪移、遥控运行等功能。

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