基于LASC技术的综采智能化系统在红柳煤矿的实践应用
杨长俊 刘学君
（国家能源神华宁夏煤业集团红柳煤矿，宁夏灵武750411）
摘要 在国家提出“2030年实现智能化开采”的号召后，我国采煤工艺正在从普通综采逐步向半自动化—全自动化—智能化迈进。智能开采已成为煤炭开采发展的重要方向，国家将“加快推进煤炭无人开采技术研发应用”写入国民经济发展第十三个五年规划纲要，国家能源神华宁夏煤业集团红柳煤矿积极践行“机械化换人、自动化减人”的发展理念，引进国际目前最先进的LASC2.0技术配合国内成熟自动化产品，经过近两年的不断探索，成功实现了在10°~25°倾角煤层中全工作面双向全截深跟机自动化工艺、采煤机记忆截割控制功能、快速移架、工作面直线度检测与自动找直功能、工作面设备视频监控及集中控制功能常态化应用。为我国综采工作面由自动化开采向智能化开采提出了一种切实可行的解决方案。
关键词 综采智能化 LASC技术 倾斜工作面 自动找直双向全截深全工作面跟机
随着我国煤矿装备水平的整体提高，目前全国煤矿采煤、掘进机械化程度已分别达到78.5%、60.4%，比2012年均提高近10个百分点。综采工作面自动化技术不断进步，综采设备单机自动化取得了很大的发展，全国很多矿井主要生产系统实现了地面远程集中控，井下无人值守的机电岗位是2016年的2.4倍，目前全国已经建成70多个自动化采煤工作面。这些自动化综采工作面已实现如液压支架可以实现跟随采煤机的位置和方向自动完成降-移-升、推溜、喷雾等动作，采煤机能够实现记忆割煤，运输设备能够实现变频启停和煤流监控调速等技术。然而目前综采工作面自动化技术多数处在基于近水平工作面的采煤机记忆割煤、中部自动跟机移架阶段，针对缓倾斜-倾斜工作面的全截深双向三角煤工艺、快速移架、采煤机智能煤岩识别以及工作面自动找直等关键技术仍处于探索阶段。
1系统简介
1.1综采工作面参数
红柳煤矿是神华宁夏煤业集团鸳鸯湖矿区第二大矿井，矿井规模6 Mt/a，采用主斜副缓的开拓方式。目前主采三煤，最短自燃发火期47天，煤尘具有爆炸性。红柳煤矿I040301工作面是宁煤集团第三套装备成套智能化设备的综采工作面。工作面地质条件比较复杂，煤层倾角10°～15°，平均倾角12°；煤层厚度2.71～3.30m，平均3.0m，有一处0.7～1.2m贯穿断层，停采线附近有一处0～1.9 m正断层；顶底板为泥岩、煤线及细粉砂岩，局部为杏黄色中粒砂岩属弱含水层，开采正常涌水量20~30 m3/h，最大涌水量50 m3/h。工作面埋深320～402 m；倾斜长240 m，走向长1700 m，可采储量141.8万吨。开采初期为6°～0°仰斜开采，工作面推进约1010 m后，工作面由仰斜变为0°～5°俯斜开采。采用走向长壁、综合自动化、一次采全高、全部垮落采煤法。
1.2自动化系统原理、配置及功能
红柳煤矿I040301综采控制系统以工作面无人化开采为目标，依托贯穿工作面、顺槽的工业以太网通信系统及无线网络通信平台，实现以综采设备自动化控制为核心，人员就地巡视干预为辅助，顺槽、地面远程集中监控为支撑的智能化控制模式。
该自动化工作面以支架电液控系统为基础，以LASC综采自动化技术为核心，融合了工作面视频监控系统、智能集成供液系统、采煤机自动控制系统、顺槽三机集中控制系统、集中供电系统、工作面工业以太网通信、顺槽监控中心、工作面语音通信等子系统。具备在地面调度中心对综采设备（采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机等）的运行状态监控、工作面设备数据集成、视频实时监控、工作面双向全截深自动化控制等功能。可实现全工作面双向全截深跟机自动化功能、采煤机记忆截割控制功能、快速移架、工作面直线度检测与找直功能、工作面设备视频监控及集中控制等功能的常态化应用。
2应用成果
2.1综采工作面双向全截深自动化开采的常态化应用
（1）该套自动化系统在实现了工作面中部自动化开采的基础上，根据实际生产工艺，突破了全工作面跟机自动化控制，实现了双向全截深采煤工艺的自动化跟机模式。包括中部支架跟机移架、推溜、伸缩护帮板伸缩梁控制、工作面上下端头斜切进刀、两端部支架自动补充移架、三角煤区域自动推溜等功能，并且实现了常态化生产模式。在全集团率先攻破自动化根机三角煤工艺，研发出“红柳煤矿I040301自动化工作面三角煤工艺”“红柳煤矿040301液压支架全工作面跟机12段自动化工艺”，上述工艺将人工操作标准化转为计算机语言写入自动化程序，该工艺的攻破为综采智能化、无人化开采，智能矿山建设提供了一条可靠的探索路径。在工作面各系统调试完善以后，实现自动化功能的常态化应用。在2018年12月040301自动化综采工作月均使用率高达72.25%。在使用中不断去发现问题、解决问题，努力实现自动化功能的持久稳定化运行。
（2）支架跟机自动化运行模式满足高产高效的需求，跟机自动化过程中要实现快速移架，对原有工艺进行改进并结合职工技术创新成果（高效滤芯清洗技术、全自动主阀故障诊断仪、驱动器断线修复技术、4C4N线断线修复技术）实现了采煤机平均速度可达8 m/min，最快11.5 m/min的成果，见图1。
2.2采煤机自动控制系统及记忆截割功能应用效果
采煤机在原有实现对滚筒高度、采煤机位置的检测，实现记忆截割功能外，通过引进国际最先进的LASC2.0技术，还实现在综采工作面复杂端头截割作业工序中精确定位自动截割端点位置、准确重复左右滚筒截割高度的需求，并具有良好的实用性及操作便捷性。研发出“红柳煤矿040301采煤机全工作面跟机14段自动化工艺”，同时实现采煤机控制系统具备向LASC系统SPMS采集装备进行位置数据报送功能，为采煤机运行轨迹生成提供必要条件。
图1液压支架全工作面跟机自动化工艺流程示意
2.3 LASC2.0技术应用得到进一步突破
在全国首次攻破商用LASC技术应用难关，成功实现工作面校准找直。通过安装采煤机机载无线接入基站，实现了LASC系统数据通过无线通信平台上传的应用方式，满足LASC系统数据输出要求。电液控制系统通过接收LASC系统生成的工作面直线度控制数据，根据直线度偏差情况智能决策是否需要进行找直控制，并在适当条件下下发控制参数，实现支架跟机自动化过程中自动找直控制。目前系统已生成近1500个循环的工作面轮廓线数据并成功将300余条曲线进行矫直验证，是目前国内拥有LASC曲线最多的工作面。作为全国首套正式商业应用的基于LASC技术的综采自动化工作面，推动了该技术在国内进一步普及使用，也通过该技术的成功示范应用，提高宁煤集团、红柳煤矿在国内智能化开采技术研究领域的知名度及技术竞争力。
2.4完成国内第一套顺槽联动创新
将现有马蒂尔机尾片阀改造为电液控制系统，实现转载机、马蒂尔机尾电液控制，联系电液控制厂家开发控制软件，实现端头支架推移转载机与马蒂尔机尾自移联动（自动）控制，并将自动控制融入红柳三角煤工艺，实现在跟机状态下的自动控制，该套联动控制方式的创新填补了国内顺槽联动领域的空白。
3经济效益
一是加强管理使得维护成本降低。与传统的采用电液控的综采工作面每年300万元~400万元的设备备件材料费用相比，在综采自动化工作面实施过程中通过加强管理手段，维护成本费用得到了有效的控制。针对自动化设备特点，红柳煤矿加大了设备的检修、维护、保养力度，所有问题按照有反馈、有记录、有处理、有跟踪的“四有闭环处理机制”处理，实现小问题当班立即处理，大问题24h内处理完毕，保证了综采自动化开采常态化使用。
二是工作面减员提效成果显著。经过持续的应用，成套系统运行稳定，形成了工作面全自动化开采作业模式，工作面及顺槽由原先的至少10人手动作业变为工作面4人（1名班长、3名巡检工）巡检干预操作和1人远程可视化集中控制作业。每天节省人工17人，年节约人工费用276万元。工作面人工工效由原来的250吨/工提升至318吨/工，实现了用工成本的显著降低。
三是技术创新带来成本降低。在大力鼓励员工自主创新的号召下，综采队技术人员发明了滤芯高效清洗技术。该技术使得滤芯清洗不再依赖于厂家，不但降低了更换成本，而且满足了现场快速更换堵塞滤芯的要求。该清洗技术每年可为矿井节约委外滤芯清洗费用300多万元，同时节约周转滤芯购置费用100万元。
4技术效应
4.1完成宁煤集团首个综采自动化工作面采煤作业规程编制
经过两个自动化工作面生产技术积累与沉淀，红柳煤矿主持编制完成了宁煤集团第一本自动化采煤作业规程。该规程打破了传统采煤作业规程的限制，以服务于自动化生产为目标，将经过现场验证的自动化采煤工艺进行归纳总结，实现了对自动化生产的有效指导作用，可对集团自动化工作面开采起到技术示范作用。
4.2项目技术示范效应明显
本项目的实施推动了综采自动化开采技术由近水平煤层到地质条件较好煤层向缓倾斜再到地质条件复杂煤层延伸与完善的提升，促进了煤炭开采技术的进步，为缓倾斜、复杂地质条件工作面自动化开采起到了示范效应。
4.3有力提升了企业知名度及技术竞争力
作为国内首套正式商业应用的基于LASC技术的综采自动化工作面，推动了该技术在国内进一步普及使用，也通过该技术的成功示范应用，提高了宁煤集团、红柳煤矿在国内智能化开采技术研究领域的知名度及技术竞争力。
5结束语
5.1构建了“设备完好、通讯畅通、质量标准、锻造队伍、践行理念、响应号召”的机制
一是设备完好、通讯畅通是实现综采工作面自动化的前提和保障，项目实施过程中必须保证成套设备台台完好、液压系统保障有力、电控系统灵敏可靠、通信网络畅通无阻。
二是实施过程中严把施工质量标准化要求，确保工程质量标准化是实现综采工作面自动化的必要条件，二者相互促进、相辅相成。
三是要通过项目实施锻造一支技术过硬、素质优良、保障有力的员工队伍，团队、成员的快速成长也为集团公司综采自动化的全面铺开提供了强有力的人才储备。
四是通过项目实施促进了煤矿开采技术的进步，对煤炭行业“机械化换人、自动化减人”的发展理念进行了积极实践，也为综采智能化、无人化开采，智能矿山建设提供了可靠的探索路径。
五是综采自动化开采的积极尝试作为能源技术创新驱动的一部分，为煤炭行业技术转型、升级提供了有力支撑，同时积极响应国家提出的“在2030年实现智能化开采”的号召，为我国综采自动化开采水平的提高做出积极贡献。
5.2持续推动“有人巡视、无人操作”远程可视化开采模式向智能化、无人化开采模式迈进的“红柳模式”
从严格意义上讲，“有人巡视、无人操作、远程可视化”割煤并未完全实现工作面无人开采，但这种方式为无人开采提供了一条切实可行的技术途径，在地质条件简单的煤层中基本能够实现人工远程干预的智能开采模式，有限无人化是复杂地质条件下智能化开采的切实发展目标。在国家提出“2030年实现智能化开采”目标后，红柳煤矿将继续深入探索综采工作面智能化、无人化开采技术，计划利用5~10年时间真正实现工作面内做到无人开采模式的常态化应用，为煤炭行业技术转型、升级提供技术支撑，为我国综采自动化开采水平的提高做出积极贡献。
参考文献
［1］黄玉治．全国煤矿安全基础建设推进大会上讲话［R］．山西长治，2018.
［2］范京道，王国法，张金虎，等．黄陵智能化无人工作面开采系统集成设计与实践［J］．煤炭工程， 2016,48（1）:84-87.
［3］王国法，张德生．煤炭智能化综采技术创新实践与发展展望［J］．中国矿业大学学报，2018,47（3）:459-467.
作者简介
杨长俊，生于1969年，高级工程师，毕业于中央广播电视大学机械设计与自动化专业，现任职于神华宁夏煤业集团有限公司红柳煤矿，任机电副矿长，主要从事综采自动化技术研究工作。