摘要：塔山煤矿在结合矿井生产工艺流程和现有设备基础上，根据国家及山西省、中煤集团对煤矿智能化综采工作面的建设指导意见和建设依据，研究建立综采工作面以“工作面设备智能化运行为主、人工干预为辅”的框架和模式。本文系统性地阐述了智能化综采工作面系统的结构组成、关键技术创新点、系统之间的逻辑关系以及在中煤塔山煤矿综采工作面的应用情况和效果。 关键词：煤矿开采；智能化；关键技术；综采工作面
0 引言
随着国家对煤矿智能化建设力度的不断加大，《国家能源局关于促进煤炭工业科学发展的指导意见》提出：目前煤矿安全生产形势依然严峻和复杂，必须加强煤矿自动化、数字化、智能化技术装备开发，提高煤矿安全保障能力【1】集束天线
。2020年3月，国家发改委、国家能源局等八部委联合印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》指出：到2021年基本实现综采工作面内少人化、无人化操作，到25年大型煤矿和灾害严重的煤矿基本实现智能化【2】。为推 进能源革命综合改革试点工作，贯彻落实关于印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》精神，山西省各部门联合下发《山西省煤矿智能化建设实施意见》指出：深化煤炭行业供给侧机构性改革，推动智能化技术与煤炭产业融合发展，促进煤炭产业转型升级,在2021年建成3座智能化示范煤矿、30个智能化示范综采工作面，到2022年建成10座智能化示范煤矿、50个智能化示范综采工作面。在此基础上继续深入推进120万吨/年及以上、灾害严重煤矿及其他具备条件煤矿智能化推广应用【3】。
1 建设必要性和意义
中煤大同能源有限责任公司塔山煤矿隶属于中煤资源发展集团有限公司，是中煤集团的主力生产矿井和标杆企业，同时作为国家高产高效矿井和山西省“A类”矿井称号矿井，实现综采工作面智能化建设打造本质安全性矿井势在必行。
塔山煤矿在结合《中煤集团智能化工作面建设专项规划》及山西省地方标准《智能煤矿建设规范》、《煤矿信息化建设要求》、《煤矿安全生产信息化技术规范》，建立以“采煤机记忆截割、支架跟机动作、时间记忆放煤、视频动态实时监控、人工远程干预、人员主动防护、工作面直线监测、 整体协同保护”的智能化开采模式，以“工作面设备智能化运行为 主、人工干预为辅”的生产模式。将塔山煤矿综采工作面打造成中煤集团放顶煤工作面智能化技术常态化应用示范矿井，实现安全、高效、智能、绿开采的目标，具有深远的意义和重要性。
2 矿井基本情况
2.1地质条件
30503 综采工作面无褶曲构造，煤层较平缓；矿井水文地质条件中等，工作面无重大水害影响；工作面及两顺槽矿压较大，两顺槽均采用巷道超前支护液压支架超前支护；工作面平均空气温度20℃，空气湿度85%，巷道风速0.25～4m/s；工作面平均采高14.35m，走向长度1800m，宽度193m。
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2.2设备情况
1）采煤机：MG650/1710-WD
2）刮板输送机：前部SGZ1000/2×700
后部SGZ1000/2×700
3）转载机：SZZ1200/525 带自移装置
4）破碎机：PCM400
5）液压支架：地铁人员定位
中部支架：ZF18000/27.5/42D放顶煤中间支架
过渡支架：ZFG18000/27.5/42D放顶煤过渡支架
气雾阀端头支架：ZTZ26000/28/42放顶煤后端头支架
超前支架：ZTZ13000/28/42放顶煤前端头支架
3 建设总体框架和系统组成
智能集中控制系统将各子系统进行有机融合，实现统一监测、协同动作、远程控制、自主干预、自动割煤并将所有数据统一汇总打包上传至地面监测分站平台，通过地面平台对井
下数据监测、显示、控制、干预。地面监控平台可分享数据，监控的数据转发给第三方App手机软件系统进行发布。
3.1 智能操作票智能集中控制系统
1）综采工作面智能集中控制系统负责与各个子系统之间的数据检测、高效通讯、故障诊断、数据集成、数据分析、数据管理以及智能控制，是工作面自动化控制系统的核心，是
实现顺槽监控中心对综采设备进行智能化控制，确保各设备间协调、连续、高效、安全运行，实现工作面少人化的关键。
2）顺槽监控中心安装3台监控主机，第一台为集中控制系统主机使用；第二台为精确人员定位系统和惯性导航系统主机使用；第三台为液压支架电液控主机使用。安装6台显示屏，1台显示集中控制系统，1台显示电液控系统，1台显示集中泵站控制系统，另外3台显示视频系统。
3.2 采煤机自动控制系统
1）根据现阶段国内采煤机功能的不同，分为智能感知型、智能控制型、智能诊断型和智能通讯型4类。智能感知关键技术包含位姿感知、运行环境状态感知、机载视频感知、人员临近识别、智能防碰撞检测、直线度感知、煤岩识别感知【4】。采煤机由机身内部倾角仪、滚筒摇臂倾角仪实现工作面横向和纵向的位姿感知；采煤机机载甲烷传感器实现采煤范围内运行环境状态感知；机载视频感知存在灰尘、雾气较大无法实现高清图像，现利用液压支架视频系统代替；液压支架视频系统具有AI识别系统功能，能够及时检测支架护板帮未收到位联动采煤机滚筒停止实现智能防碰撞功能；采煤机机身上惯性导航系统实时检测工
作面纵向和横向位置，实现直线度感知；煤岩识别技术受复杂条件和环境的影响均一定程度限制【5】，识别较差。
2）其他监测功能实现左右摇臂、左右牵引轴承的温度，牵引方向、速度，液压系统泵站压力及泵箱液压油的高度，冷却水流量、压力，油箱温度，左右滚筒高度，机身俯仰角度，采煤机在工作面位置。详见下图监测功能：采煤机速度、方向、位置、高度、姿态、电流等相关信息的全面监测。
3.3 支架电液控制系统
ysn-2641）液压支架电液控制技术是将电子技术、计算机控制技术和液压技术相结合的一种新型技术【6】,是通过支架上安装的倾角传感器、红外线传感器、压力传感器、采高传感器、行程传感器将电信号传递给综合接入器，再通过计算机编程软件发出控制指令，操作电磁先导阀最终控制液压阀组的启停功能，从而实现支架各类动作。
2）液压支架电液控系统能够实现：一是监测功能，包含支架压力、推移行程、煤机位置、电液控制系统工作状态等信息监测。二是控制功能，包含本地单功能和成组控制、自动补
压、自动反冲洗和远程单功能控制。三是智能控制功能，包含全工作面自动跟机喷雾、移架、推溜、收打护帮板、自动调直等自动控制功能。其中煤机位置由两种方式进行确定，一种是每个支架立柱前方安装一台红外线发射仪，采煤机机身上安装一台红外线接收仪，当采煤机行驶过中发射仪发出信号，接收仪接收到信号以后会将信号通过采煤机通讯线传递给集中控制系统，从而读取到采煤机位置。另一种是通过采煤机行走箱位置安装的轴编码器，通过给定的初始位置和采煤机牵引速度，计算得出采煤机相对于支架的位置。红外线定位可靠性强，但传感器较多；轴编码器计算定位受煤机速度和初始位置给定等影响，准确度不高。
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