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1报告人：唐恩贤（副总经理、总工程师）二零一九年八月目录2陕煤集团黄陵矿业公司始建于1989年，是中国能源投资和基本建设体制改革四个试点单位之一，是陕西煤业化工集团所属的大型现代化骨干企业。现有四对矿井，核定产能1550万吨，其中一号煤矿年产600万吨，二号煤矿800万吨，双龙煤矿90万吨，瑞能煤矿60万吨。3一、企业概况黄陵矿区煤炭储量丰富，煤田总面积549平方公里，地质储量13.4亿吨，可采储量9.6亿吨。煤层赋存稳定、但厚度变化较大。煤油气共生，开采技术条件复杂，其中三对矿井为高瓦斯矿井。煤质优良，煤种为低磷、低灰、低硫、高发热量的二分之一中粘煤、弱粘煤和气煤，是国内优质煤配焦煤和动力煤。现已注册了“黄灵一号”和“黄灵”煤两个品牌，产品畅销华东、华中、华南等地区。4黄灵黄灵一号一、企业概况黄陵矿业是全国煤炭开采的“试验田”，先后承担了国家房柱式开采以及国产装备大采高600万吨综合机械化采煤试点工作。采煤方法先后经历了房柱式开采、炮采、传统综采到智能化开采的历史演变，2014年4月全国首套国产装备智能化无人综采工作面一次试验成功。经过五年不断探索与研究，现已实现薄煤层、中厚煤层、厚煤层智能化无人开采全覆盖，为我国煤炭工业发展探索出了一条新路子。近年来，公司先后获得全国五一劳动奖状、全国文明单位、中国工业大奖等荣誉；被确定为全国两化融合贯标试点单位、全国首批“机械化换人、自动化减人”试点单位。全国煤矿智能化技术创新中心落户黄陵矿业。5一、企业概况目录6黄陵矿区薄煤层储量较多，一号煤矿矿井可采储量3.47亿吨，其中0.8～1.3米的煤层占总储量的35%。如果企业在壮年期“挑肥拣瘦”“采厚丢薄”，未来的稳产高效就无法保障。为此，我们决定实施“薄厚”搭配开采，既可以有效解决较薄煤层长期呆滞问题，又能最大限度开发利用资源，保障矿井可持续发展。35%7厚度0.8米-1.3米之间煤层储量超过1.2亿吨，占总储量的35%一号煤矿可采储量3.47亿吨二、智能化开采实施背景（一）矿区可持续发展的需要黄陵矿区煤、油、气共生，水、火、瓦斯、煤尘、顶板以及油型气、油气井“七害”俱全，加之薄煤层开采存在跟机作业难、劳动强度大、生产环境恶劣等诸多问题，容易造成安全事故、引发职业病。我们依靠科技进步、装备升级，把矿工从艰苦危险的环境和高强度体力劳动中解放出来，实现“无人则安、少人则安”，确保矿井安全生产。火煤尘顶板油型气水瓦斯8二、智能化开采实施背景（二）煤矿安全发展的需要传统的薄煤层开采技术用人多、效率低、成本高。为此，我们解放思想，超前谋划，瞄准智能化无人开采技术作为主攻方向，联合中煤科工集团、西安煤机厂、平阳重工等国内知名科研机构和装备制造企业，共同攻关，突破煤岩识别等世界性技术难题的束缚，另辟蹊径，确立了“采煤机记忆截割+可视化远程干预型智能化无人开采”的技术路线，实现综采工作面“有人安全巡视、无人跟机作业”智能化无人开采，达到减员提效的目的。9二、智能化开采实施背景（三）企业高效发展的需要随着人们生活水平提高，从事高危险、高强度体力劳动意愿降低，人们普遍有改善劳动强度和劳动环境的强烈需求。同时，由于社会对传统煤矿的认识，严重影响到煤炭企业用工，招工难度日益增大，倒逼企业必须依靠机械化、自动化、智能化，来解决煤炭企业用人难的问题。10二、智能化开采实施背景（四）解决煤炭企业用人难的问题在信息化、自动化、智能化技术发展日趋成熟的今天，实现地面采煤煤炭工业技术发展的必然趋势。按照“综采成套装备全部国产化”的思路，联合开发、配套、应用国产综采智能化技术与装备，为推动煤炭工业科技进步做贡献，为“中国制造”搭平台、探路子，为煤炭行业制造企业发展提供机遇，充分展现了黄陵矿业人的创新意识、担当精神。11二、智能化开采实施背景（五）推动煤炭工业科技进步的需要目录1213三、智能化开采技术应用情况Ø2014～2015年：黄陵矿业公司一号煤矿先后完成了较薄煤层与中厚煤层智能化无人开采技术研究与应用，目前已形成“一井两区、一区一面智能化开采”的生产格局。Ø2016～2017年：黄陵矿业公司二号煤矿开展了大采高（厚煤层）智能化综采技术研究，实现了智能化开采技术在厚煤层复杂地质条件下的常态化应用，成果达到国际领先水平。Ø2018年：黄陵矿业公司双龙煤业中厚煤层和瑞能煤业薄煤层智能化开采技术推广项目全面启动。目前，双龙煤业已完成了首个智能化工作面建设，达到了预期设计目标；瑞能煤业在原有自动化装备的基础上开展了薄煤层智能化开采技术实践，实现了智能化开采。14三、智能化开采技术应用情况至此，黄陵矿业公司所有四对矿井全部实现了智能化开采，形成了薄煤层、中厚煤层到厚煤层智能化开采技术应用的全覆盖。2014年：中厚煤层•双龙煤业、瑞能煤业•二号煤矿•一号煤矿2016年：厚煤层2018年：薄煤层黄陵矿业公司智能化开采发展战略计划15智能化开采技术是指在传统综采技术基础上，采用具有感知能力、记忆能力、学习能力和决策能力的液压支架、采煤机、刮板输送机等开采装备，以自动化控制系统为核心，以可视化远程监控为手段，实现工作面采煤全过程“无人跟机作业，有人安全巡视”的安全高效开采技术。三、智能化开采技术应用情况（一）技术方案1.技术原理利用先进的网络技术、自动化控制技术、通信技术、计算机技术、视频技术等，通过监控一体化软件平台来实现采煤作业的自动化控制及远程遥控。16网络技术软件平台自动化控制技术通信技术计算机技术视频技术采煤作业自动化控制远程遥控三、智能化开采技术应用情况2.技术路径避开传统“煤岩识别”等世界性难题，另辟蹊径，确立了：以网络通讯为基础，以采煤机记忆截割、液压支架自动跟机、远程集中控制、视频监控为手段，实现“采煤机记忆截割+可视化远程干预型”自动化生产技术路径。17三、智能化开采技术应用情况转载机采煤机液压支架乳化泵喷雾泵刮板运输机破碎机胶带输送机3.“硬件”构成综采工作面主要由：采煤机、液压支架、刮板运输机、转载机、破碎机、泵站及胶带输送机等组成。18三、智能化开采技术应用情况4.“软件”构成（1）设计监控平台实施智能化开采技术重点是实现对工作面所有设备的远程监控功能，确保各机协同运行。因此在控制系统布置上，我们进行“三级”设计，即：综采工作面单机设备层（第一层）、顺槽监控中心（第二层）、地面监控中心（第三层）。19三、智能化开采技术应用情况（2）搭建高速传输网络为了保证监控数据的准确、快速传输，就必须在工作面搭建高速、可靠的通讯网络，来实现单机设备的信息采集，然后统一汇总到顺槽监控中心的计算机上，供监控平台分析决策与控制。工作面网络构建主要利用综合接入器、光电转换器、交换机、稳压电源和铠装缆线等，建立一个统一开放的工作面1000M工业以太网。矿用本安型交换机矿用隔爆兼本质安全型稳压电源缆线综采综合接入器20三、智能化开采技术应用情况综合接入器综合接入器综合接入器综合接入器综合接入器综合接入器综合接入器综合接入器光电转换器光电转换器光电转换器喷雾箱乳化液箱综合接入器KJJ12光电转换器井下井上矿井自动化网络矿调度指挥中心服务器监控主机视频主机控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器控制器PLC控制柜控制开关支架视频主机泵站主机变频柜乳化泵喷雾泵电控主机集控主机采煤机主机160#支架157#支架154#支架120#支架80#支架7#支架4#支架1#支架控制器控制器控制器控制器控制器控制器刮板机采煤机转载机破碎机顺槽胶带输送机机头机尾张紧机头机尾自移皮带自移机尾工作面推进方向工作面采区信号转换器煤壁视频主机50#支架设备列车工作面自动化控制网络系统图21三、智能化开采技术应用情况5.控制系统22SAM自动化控制系统SAS采煤机控制系统SAC支架电液控制系统SAV视频控制系统SAP集成供液控制系统采煤机液压支架摄像头水处理系统自动配液系统超前支架控制系统超前支架运输及泵站控制系统刮板运输机转载机破碎机胶带输送机乳化泵喷雾泵三、智能化开采技术应用情况（1）采煤机控制系统通过网络平台对采煤机进行采高、位置、记忆截割等数据实时监测和远程控制。23三、智能化开采技术应用情况①采高定位通过调高油缸行程传感器，实时的计算出摇臂的高度。采高监测传感器24三、智能化开采技术应用情况②位置定位在采煤机牵引部安装位置传感器，实现采煤机的精准定位和方向识别。位置监测传感器25三、智能化开采技术应用情况③记忆截割人工就地操作采煤机进行示范刀的学习，实现在下个循环自动割煤。采煤机在示教过程中，实时采集工作面相应位置上的采高、倾角、俯仰角、速度、方向等信息，并以五厘米为间隔做一一映射，同时将映射数据发送到控制器的数据存储区，并生成截割曲线模型；完成一个循环后切换到自动运行模式，采煤机以控制器存储的曲线模型为依据进行自动导航、自动截割、自动清浮煤、自动斜切进刀等工艺流程。当工作面出现条件变化时，可通过人工干预进行调整，在干预的同时对曲线模型进行修正。记忆截割滚筒自动调节图26三、智能化开采技术应用情况主要流程：信息采集→数据存储→建立曲线模型→复制割煤④数据传输通过采煤机通讯模块和供电电缆的监控芯线，实现数据的采集和传输。采煤机数据传输结构图27三、智能化开采技术应用情况⑤远程控制当工作面出现条件变化时，依靠无盲区视频监控，人工远程干预调整采煤机左右滚筒截割高度，在干预的同时对曲线模型进行修正。通过远程控制台向顺槽监控计算机发布控制指令，来控制采煤机各种动作；利用视频及数据监控信息随时远程控制工作面采煤机运行。远程操作台监控界面28三、智能化开采技术应用情况（2）液压支架电液控制系统利用网络平台传输控制命令，通过电液控制液压元件驱动液压支架油缸动作，完成液压支架的动作控制。本架邻架电磁阀动作控制指令控制指令控制指令控制指令驱动电路支架油缸动作完成支架状态控制操作人机界面29三、智能化开采技术应用情况①液压支架自动跟机自动跟机技术是指综采工作面液压支架以采煤机位置及运行方向为根据，通过电液控技术跟随采煤机完成工作面自动移架、自动推刮板输送机、自动喷雾、三机联动等成组或单架控制功能。在采煤机上安装红外线发送器，发射数字信号，每台支架上安装1个红外线接收器，接收红外线发射器发射的数字信号，来监测煤机的位置和方向信息，依据现场不同环境条件下对应采煤工艺，开发液压支架跟机自动化软件。系统通过对采煤机位置及运行方向的识别，实现工作面液压支架跟随采煤机作业的自动化控制功能。包括跟机自动移架、自动推溜、跟机喷雾等控制，从而达到液压支架动作与采煤机运行位置的动态耦合的目的。30三、智能化开采技术应用情况②远程控制当工作面液压支架在自动跟机作业时出现丢架或动作执行不到位时，依靠无盲区视频监控，人工远程干预控制液压支架的升柱、降柱、抬底、推溜等动作。通过远程控制台来控制液压支架的升柱、降柱、抬底、推溜等动作；利用视频及数据监控信息随时远程控制工作面液压支架。液压支架远程控制示意图监控界面31三、智能化开采技术应用情况（3）视频控制系统视频图像自动跟机实时切换，监控员根据煤层变化情况、滚筒截割情况、支架状态等信息，必要时对采煤机进行远程干预。通过远程干预可以避免在地质条件变化或煤层变化时采煤机切割到顶底板等情况的发生。支架摄像仪综合接入器双路电源箱FPGA耦合器耦合器控制器控制器（邻架）conmN/4n***conmN/4n***conmN/4c***conmN/4c***conmN/4c***conmN/4c***煤壁摄像仪煤壁摄像仪32三、智能化开采技术应用情况（4）集成供液系统通过在顺槽口集中设置水处理系统和自动配比系统，完成对工作面乳化液的自动配比和远程供液。33三、智能化开采技术应用情况（5）运输及泵站控制系统通过将刮板运输机、转载机、破碎机、胶带运输机和泵站控制系统进行集成，实现对工作面运输设备的智能控制。34三、智能化开采技术应用情况（6）超前支架控制系统在超前支架实现电液控制的基础上，开发了远程控制系统，实现超前支架的视频监视、数据监测和远程自动化控制。35三、智能化开采技