综采工作面智能化系统.pdf

贺俊义 山西科达自控股份有限公司山西科达自控股份有限公司 2 目 录 综采工作面智能化系统及关键技术综采工作面智能化系统及关键技术 3 系统整体解决方案 2 智能化工作面问题及解决对策 1 智能化工作面发展情况 4 各装备应该具备的条件 3 一、智能化工作面发展情况 掘进面减掘进面减 人人5050 以上以上 工作面减工作面减 人人4040 以上以上 辅运系统辅运系统 减人减人3030 以上以上 主运系统主运系统 减人减人8080 以上以上 固定场所固定场所 减人减人6060 以上以上 一一智能化工作面发展情况智能化工作面发展情况政策方面政策方面 （（20202020年年））重点矿区工作面减人重点矿区工作面减人5050 以上以上 （（20302030年年））实现智能化开采实现智能化开采 （（20502050年年 全面建成安全绿色全面建成安全绿色、、高效智能矿山高效智能矿山 20162016 20152015 20192019 能源技术革命创新行动计划能源技术革命创新行动计划 科技强安专项行动要求科技强安专项行动要求 能能智慧矿山建设标准智慧矿山建设标准 安监总局安监总局 国家发改委、国家能源局国家发改委、国家能源局 各省政策及标准发布各省政策及标准发布 20182018年年 贵州省发布智慧矿山建设标准贵州省发布智慧矿山建设标准 煤炭工业智能化矿井设计标准煤炭工业智能化矿井设计标准 智慧矿山信息系统通用技术规范智慧矿山信息系统通用技术规范 ---------------- 20192019年年 河南省发布智慧矿山建设标准河南省发布智慧矿山建设标准 山东省发布智慧矿山建设标准山东省发布智慧矿山建设标准 陕西省发布绿色矿山建设办法陕西省发布绿色矿山建设办法 山西省起草智慧矿山建设标准山西省起草智慧矿山建设标准 ............ 20172017年年 贵州省发布智慧矿山建设标准贵州省发布智慧矿山建设标准 煤炭工业智能化矿井设计标准发布煤炭工业智能化矿井设计标准发布 智慧矿山信息系统通用技术规范发布智慧矿山信息系统通用技术规范发布 -------- 一一智能化工作面发展情况智能化工作面发展情况技术方面技术方面 国内综采工作面智能化采煤主要发展阶段及成果国内综采工作面智能化采煤主要发展阶段及成果 1 1支架电液控技术实用化支架电液控技术实用化 2 2井下通信技术由有线向无线跨越井下通信技术由有线向无线跨越 3 3控制体系和理念基本完善控制体系和理念基本完善 4 4设备单机智能化越来越成熟设备单机智能化越来越成熟 局部自动化局部自动化 远程干预自动化远程干预自动化 全自动化全自动化 整个工作面常态化自动开采率整个工作面常态化自动开采率7070；； 调直，调斜，割三角煤，超前支护，调直，调斜，割三角煤，超前支护， 自移机尾，自动退锚，设备列车等生产环节自动调控自移机尾，自动退锚，设备列车等生产环节自动调控 智能化智能化 自我感知环境及地质变化，自动调整采煤工艺；自我感知环境及地质变化，自动调整采煤工艺； 自学习采煤工艺能力；自学习采煤工艺能力； 根据设备工况，自动调整开采速度；根据设备工况，自动调整开采速度； 根据瓦斯、涌水量、粉尘浓度、顶板压力、底板质量，根据瓦斯、涌水量、粉尘浓度、顶板压力、底板质量， 自动调整开采速度自动调整开采速度 机械化机械化 采煤技术手段的跨越采煤技术手段的跨越 泵站、运输系统一键启停，集中监测；泵站、运输系统一键启停，集中监测； 采煤机、液压支架跟机遥控采煤机、液压支架跟机遥控 基于视频可视化远程遥控采煤基于视频可视化远程遥控采煤 国内综采工作面智能化采煤发展成果国内综采工作面智能化采煤发展成果 截至截至1919年年1010月份日期，已建设完成智能化工作面的月份日期，已建设完成智能化工作面的接近接近200200个个 在此插入内容 远程干预自动化案例远程干预自动化案例 黄陵一矿、斜沟煤矿、付村煤矿、巴彦高勒煤矿黄陵一矿、斜沟煤矿、付村煤矿、巴彦高勒煤矿 一一智能化工作面发展情况智能化工作面发展情况应用案例应用案例 未进行自动化改造未进行自动化改造 智能化智能化 全自动化全自动化 远程干预自动化远程干预自动化 90 8 2 0 1 1现阶段处于远程干预自动化阶段现阶段处于远程干预自动化阶段 ““有人巡视，无人操作有人巡视，无人操作”” 2 2全自动化阶段仍未达到常态化运行全自动化阶段仍未达到常态化运行 7 二、智能化工作面问题及解决对策 03 04 02 01 对智能化工作面认知水平不一致对智能化工作面认知水平不一致 单机设备可靠性稳定性不高，专项智能化不足，过度泛化智能化单机设备可靠性稳定性不高，专项智能化不足，过度泛化智能化 感知器件大量采用，故障率高，精度不够感知器件大量采用，故障率高，精度不够 通信系统带宽不够，稳定性差通信系统带宽不够，稳定性差 二二智能化工作面问题及解决对策智能化工作面问题及解决对策存在问题存在问题 机械化采煤，装备决定产能；智能化采煤，系统能力决定机械化采煤，装备决定产能；智能化采煤，系统能力决定 产能；系统设计需要由系统解决方案商来完成；产能；系统设计需要由系统解决方案商来完成； 05 配套厂家多，数据接口不统一配套厂家多，数据接口不统一 06 机头机尾手动干预率高，国产化部件故障率高机头机尾手动干预率高，国产化部件故障率高 01 对对加强对智能化的认识，组建临时工作组，工艺方牵头，系统方统筹，设备方参与支持加强对智能化的认识，组建临时工作组，工艺方牵头，系统方统筹，设备方参与支持 02 工作面通讯控制无线化工作面通讯控制无线化 工作面内无基站 构建宽带无线与窄带无线融合网络 03 加大适用于工作面的感知器件研究力度加大适用于工作面的感知器件研究力度 除尘摄像仪 防护等级要求IP65以上 传感器无线化 04 设备要加强自身智能化研究，不要过度外延智能化功能设备要加强自身智能化研究，不要过度外延智能化功能 二二智能化工作面问题及解决对策智能化工作面问题及解决对策解决对策解决对策 03 01 02 01 02 10 1 2 3 4 无线温度传感器无线温度传感器 无线压力传感器无线压力传感器 无线采高传感器无线采高传感器 无线倾角传感器无线倾角传感器 有线传感器无线化有线传感器无线化 二二智能化工作面问题及解决对策智能化工作面问题及解决对策解决对策解决对策 11 摄像仪镜面自动除尘摄像仪镜面自动除尘 1.1.端头摄像仪具备自动除尘端头摄像仪具备自动除尘 2.2.除尘频率可控除尘频率可控 二二智能化工作面问题及解决对策智能化工作面问题及解决对策解决对策解决对策 12 视频视频 数据数据 传感器数据传感器数据 控制控制 数据数据 宽带 无线 控制 中心 窄带 无线 宽带 无线 数据分流处理数据分流处理 二二智能化工作面问题及解决对策智能化工作面问题及解决对策解决对策解决对策 13 井下现有环网、高带宽无线、窄带传感网络三网融合井下现有环网、高带宽无线、窄带传感网络三网融合 二二智能化工作面问题及解决对策智能化工作面问题及解决对策解决对策解决对策 14 三、系统整体解决方案 三系统整体解决方案三系统整体解决方案系统理念系统理念 1. 1. 综采工作面是一个复杂的工艺环节组合，设备之间互相制约、综采工作面是一个复杂的工艺环节组合，设备之间互相制约、 相互协调，任何单一设备无法脱离其他设备单独完成任务，同时相互协调，任何单一设备无法脱离其他设备单独完成任务，同时 设备的动作还受地质条件、环境条件的约束设备的动作还受地质条件、环境条件的约束。。 2. 2. 需要把综采工作面看成是一个整体可移动的机组，需要把综采工作面看成是一个整体可移动的机组，各个设备各个设备 是综采机组的各个部件，通过控制中心为每一个环节进行精准定是综采机组的各个部件，通过控制中心为每一个环节进行精准定 位、协调控制，才能使工作面像一台机器一样连贯自如配合默契位、协调控制，才能使工作面像一台机器一样连贯自如配合默契 地工作（地工作（进刀、进刀、割煤、装煤、运煤、支护、推溜）。割煤、装煤、运煤、支护、推溜）。 三系统整体解决方案三系统整体解决方案系统理念系统理念 工作面集控中心工作面集控中心 工业以太网，无线通讯，低功耗传感网络工业以太网，无线通讯，低功耗传感网络 工作面视频系统，语音通信，传感网络工作面视频系统，语音通信，传感网络 供液系统供液系统，供电系统，供电系统 采煤机采煤机，液压支架，，液压支架，运输系统运输系统 工工 作作 面面 机机 器器 人人 控控 制制 系系 统统 “大脑及思想” “神经网络” “感知” “动力” “执行机构” 信息通信平台信息通信平台 SM MU 采煤机采煤机记忆截割记忆截割 液压支架液压支架电液控制系统电液控制系统 集控中心集控中心 运输系统运输系统煤流平衡煤流平衡 视频系统视频系统视频跟踪视频跟踪 动动 力力 系系 统统 管管 控控 信信 息息 通通 信信 台台 息息 平平 在顺槽建立一个聪慧的大脑在顺槽建立一个聪慧的大脑 三系统整体解决方案三系统整体解决方案系统组成系统组成 三三系统整体解决方案系统整体解决方案系统架构系统架构 三三系统整体解决方案系统整体解决方案系统控制功能系统控制功能 控制界面控制界面 工作面设备按照采煤工艺自动协调工工作面设备按照采煤工艺自动协调工 作作 智能化采煤工艺编辑管智能化采煤工艺编辑管 理理 人员联动管控人员联动管控 顶板及支护工艺管控顶板及支护工艺管控 煤流运输工艺管控煤流运输工艺管控 动力系统联动管控动力系统联动管控 工作面平直度调控工作面平直度调控 割煤装煤工艺管控割煤装煤工艺管控 视频监控联动管控视频监控联动管控 01 02 03 04 05 06 07 08 09 智能化采煤工艺编辑管理智能化采煤工艺编辑管理 1 1简单参数设置即可更改采煤工艺并下发简单参数设置即可更改采煤工艺并下发 2 2支持采煤工艺动画预览支持采煤工艺动画预览 三三系统整体解决方案系统整体解决方案系统控制功能系统控制功能 人员联动管控人员联动管控 1 1实时定位实时定位 2 2设备安全互锁设备安全互锁 3 3语音告警语音告警 4 4采煤工艺段安全闭锁采煤工艺段安全闭锁 采煤机位置采煤机位置 有人有人 有人有人 无人无人 三三系统整体解决方案系统整体解决方案系统控制功能系统控制功能 割煤装煤工艺管控割煤装煤工艺管控 三三系统整体解决方案系统整体解决方案系统控制功能系统控制功能 智能调高智能调高 采煤机采煤机,支架支架,运输机运输机,巷道姿态联动管控巷道姿态联动管控 采煤机在工作面姿态及位置分析判断采煤机在工作面姿态及位置分析判断 自动截割自动截割 故障预判、预警故障预判、预警 智能调速智能调速 01 02 03 04 05 06 顶板及支护工艺管控顶板及支护工艺管控 三三系统整体解决方案系统整体解决方案系统控制功能系统控制功能 远程控制单架降移升小循环远程控制单架降移升小循环 液压支架自动跟机支护液压支架自动跟机支护 任意截深自动跟机支护、推溜、喷雾任意截深自动跟机支护、推溜、喷雾 工作面推进度与矿压统计分析工作面推进度与矿压统计分析 超前支架自动推移、遥控干预超前支架自动推移、遥控干预 远程控制成组推溜、成组伸收护帮远程控制成组推溜、成组伸收护帮 故障预判、预警故障预判、预警 01 02 03 04 05 06 07 煤流运输工艺管控煤流运输工艺管控 三三系统整体解决方案系统整体解决方案系统控制功能系统控制功能 煤流均衡智能调控煤流均衡智能调控 顺启顺停、逆启顺停双控制模式顺启顺停、逆启顺停双控制模式 电机减速器数据无线采集电机减速器数据无线采集 链条自动张紧链条自动张紧 故障预判、预警故障预判、预警 运输系统一键联动启停运输系统一键联动启停 03 02 01 04 05 06 动力系统联动管控动力系统联动管控 三三系统整体解决方案系统整体解决方案系统控制功能系统控制功能 按需供液按需供液 动力系统故障与采煤工艺闭锁联动控制动力系统故障与采煤工艺闭锁联动控制 动力系统与执行机构联动互锁控制动力系统与执行机构联动互锁控制 用电量、用液量统计分析用电量、用液量统计分析 故障预判、预警故障预判、预警 按需供液按需供液 01 02 03 04 05 工作面平直度调控工作面平直度调控 三三系统整体解决方案系统整体解决方案系统控制功能系统控制功能 惯性导航装置惯性导航装置 位置校准位置校准 测量信号测量信号 采煤机电源采煤机电源 后备电源后备电源 控制信号控制信号 调直信号调直信号 1.1.激光陀螺仪激光陀螺仪 2.2.纯惯性位置纯惯性位置1nm/4h, CEP 501nm/4h, CEP 50 3.3.纯惯性姿态纯惯性姿态0.010.01, 1, 1σ σ 4.4.纯惯性航向纯惯性航向0.02*sec0.02*secφ φ 5.5.轨道直线度测量精度轨道直线度测量精度 8cm8cm 视频联动管控视频联动管控 三三系统整体解决方案系统整体解决方案系统控制功能系统控制功能 1. 1. 视频系统具备画面自动跟机切换功能视频系统具备画面自动跟机切换功能 2. 2. 摄像仪图像无线上传摄像仪图像无线上传 超级除尘摄像仪超级除尘摄像仪 支架本安摄像仪支架本安摄像仪 3 3架一台架一台 照明照明 机头机头, ,机尾机尾, , 马蒂儿马蒂儿, ,超前超前 3.3. 视频画面实时拼接视频画面实时拼接 感知系统感知系统 二二系统整体解决方案系统整体解决方案系统控制功能系统控制功能 设备姿态设备姿态互锁联动互锁联动 采煤工艺与环境感知数据互锁联动采煤工艺与环境感知数据互锁联动 采煤工艺与人员定位感知数据互锁联动采煤工艺与人员定位感知数据互锁联动 感知元器件快速插拔设计感知元器件快速插拔设计 设备工况互锁联动及设备工况互锁联动及趋势分析趋势分析 故障点快速定位故障点快速定位 设备与工作面姿态互锁联动设备与工作面姿态互锁联动 01 02 03 04 05 06 07 网络通信系统网络通信系统 三三系统整体解决方案系统整体解决方案系统控制功能系统控制功能 数据格式，通讯接口标准统一数据格式，通讯接口标准统一 三机、泵站、自移机尾数据无线上传三机、泵站、自移机尾数据无线上传 通讯故障点快速定位通讯故障点快速定位 系统控制响应时间小于系统控制响应时间小于200ms200ms 传感器数据无线采集传感器数据无线采集 开放第三方接口开放第三方接口 采煤机有线无线冗余通信方式，通信方式快速切换采煤机有线无线冗余通信方式，通信方式快速切换 03 02 01 04 05 06 07 手机移动管控手机移动管控 三三系统整体解决方案系统整体解决方案系统控制功能系统控制功能 远程查看工作面总体进度远程查看工作面总体进度 故障信息记录及处理情况故障信息记录及处理情况 重要公告发布重要公告发布 机电设备总体运行情况机电设备总体运行情况 01 02 03 04 装备云 设备上云设备上云 三三系统整体解决方案系统整体解决方案系统控制功能系统控制功能 及时发现、及时分析问题及时发现、及时分析问题 远程运维，快速解决问题远程运维，快速解决问题 设备、系统故障快速诊断设备、系统故障快速诊断 01 02 03 32 四、各装备应该具备的条件 四四各装备应该具备的条件各装备应该具备的条件采煤机采煤机 03 04 05 02 01 具备标准远程控制通讯接口具备标准远程控制通讯接口 具备记忆截割功能具备记忆截割功能 具备远距离调高、调速功能具备远距离调高、调速功能 预留一路预留一路AC90250VAC90250V电源电源 具备运行工况、姿态实时监测保护功能具备运行工况、姿态实时监测保护功能 03 04 05 02 01 具备电液控制功能具备电液控制功能 具备立柱压力、护帮伸收、推移行程工况监测保护具备立柱压力、护帮伸收、推移行程工况监测保护 具备支护高度、俯仰倾斜角度姿态检测保护功能具备支护高度、俯仰倾斜角度姿态检测保护功能 开放远程推溜、拉架、伸收护帮、喷雾控制开放远程推溜、拉架、伸收护帮、喷雾控制 具备标准远程控制通讯接口具备标准远程控制通讯接口 四四各装备应该具备的条件各装备应该具备的条件液压支架液压支架 03 04 05 02 01 具备标准远程控制通讯接口具备标准远程控制通讯接口 具备吸空、爆管、设备运行工况异常等保护功具备吸空、爆管、设备运行工况异常等保护功能能 泵站、液箱预留传感器接口泵站、液箱预留传感器接口 能够远程控制泵站的启停能够远程控制泵站的启停 具备自动配液、进回液过滤、恒压供液功能具备自动配液、进回液过滤、恒压供液功能 四四各装备应该具备的条件各装备应该具备的条件泵站泵站 03 04 05 02 01 具备标准远程控制通讯接口具备标准远程控制通讯接口 具备调速功能具备调速功能 电机减速器预留传感器接口电机减速器预留传感器接口 皮带机自移装置具备电液控制功能皮带机自移装置具备电液控制功能 刮板机链条张紧方式为油缸张紧刮板机链条张紧方式为油缸张紧 四四各装备应该具备的条件各装备应该具备的条件供配电供配电系统系统 四四系统设计需求系统设计需求供配电系统供配电系统 03 04 02 01 具备标准远程控制通讯接口具备标准远程控制通讯接口 具备过载、欠压、缺相、漏电等故障保护功能具备过载、欠压、缺相、漏电等故障保护功能 能够接收远程分合闸、故障复位等控制指令能够接收远程分合闸、故障复位等控制指令 具备电压、电流、温度等运行工况监测保护功能具备电压、电流、温度等运行工况监测保护功能 顺槽集控中心顺槽集控中心 （井下）（井下） 工作面机头工作面机头 机头巡检工机头巡检工 （（1人）人） 工作面机尾工作面机尾 机尾巡检工机尾巡检工 （（1人）人） 顺槽皮带机头顺槽皮带机头 地面监控中心地面监控中心 地面远程管理地面远程管理 顺槽一键启停自动采煤顺槽一键启停自动采煤 本阶段工作面智能化建设最终目标本阶段工作面智能化建设最终目标 顺槽集控司机顺槽集控司机 （（1人）人） 皮带顺槽巡检工皮带顺槽巡检工 （（1人）人） 建设智能化工作面还需要突破的关键技术建设智能化工作面还需要突破的关键技术 01 工作面架前浮煤清理工作面架前浮煤清理 02 工作面超前锚杆锚索退除工作面超前锚杆锚索退除 03 工作面低成本调直技术工作面低成本调直技术 04 工作面上窜下滑调控技术工作面上窜下滑调控技术 05 煤岩识别煤岩识别 建设智能化工作面的经验和建议建设智能化工作面的经验和建议 01 02 03 04 05 06 工作面建设工作面建设由易到难由易到难 一个健全完善的一个健全完善的检修队伍检修队伍和和设备管理体制设备管理体制 要用好支架电液控系统，先保证要用好支架电液控系统，先保证乳化液清洁度乳化液清洁度 包容新技术新设备的应用过程智能化采煤会有包容新技术新设备的应用过程智能化采煤会有一个人、机、工艺磨合一个人、机、工艺磨合阶段阶段 通讯系统是整个智能化工作面能否高质量运行的关键环节，应予以通讯系统是整个智能化工作面能否高质量运行的关键环节，应予以高度关注高度关注 智能化采面设计初期，最好智能化采面设计初期，最好先确定系统控制厂家先确定系统控制厂家，由该厂家牵头协调各配套厂家进行，由该厂家牵头协调各配套厂家进行 系统化设计系统化设计机械结构、通讯对接、系统架构、传感器选型、单机智能化功能机械结构、通讯对接、系统架构、传感器选型、单机智能化功能 扫一扫扫一扫 关注关注 科达自控官方微信科达自控官方微信 销售电话400-0351-150 网址 谢 谢