完成單位：棗莊礦業（集團）有限責任公司濱湖煤礦
北京天地瑪珂電液控制系統有限公司
一、專案承擔單位的基本情況
濱湖煤礦是棗莊礦業（集團）有限責任公司自主設計、自主施工、自主安裝， 採取新井新機制和投資主體多元化建設的一座現代化礦井。
濱湖煤礦隸屬于棗莊礦業（集團）有限責任公司， 於2004年11月15日， 在山東省工商局註冊成立， 是棗莊礦業（集團）有限責任公司全資企業， 註冊地址為滕州市濱湖鎮西蓋村， 企業類型是分公司， 經濟性質是國有企業， 經營範圍為煤炭開採、洗選及銷售。
企業法人及專案負責人鄧濤，
2016年， 實現營業收入32086.56萬元， 利潤總額-4319.45萬元， 淨利潤-3642.26萬元， 商品煤產量103.56萬噸， 商品煤銷量102.51萬噸，
二、專案基本情況
背景：目前在採煤機綜采工作面， 無人值守開採在國外尚無無人化成功先例， 但澳大利亞正在研製遠端控制全自動無人長壁工作面開採技術。
國內， 相關機構在工作面自動化做了積極的探索和大量的實踐工作。
薄煤層的安全開採近年成為了我國煤礦企業關注的焦點。 我國薄煤層開採過程中，
同時， 煤礦井下綜采工作面的生產環境極其惡劣。 當採煤機行進速度較快時， 人員跟機作業困難， 勞動強度很大。 ”工人在工作面近距離操作， 遇緊急情況時， 人員沒有躲避空間。 另外， 現場噪音、粉塵等對會工人身體健康帶來損害， 迫切需要將工人從高危的生產環境解放出來。
思路：提高綜采工作面系統的自動化水準是當前國際採礦界研究的熱點。 本項目是在工作面採煤機、刮板輸送機、液壓支架等設備實現單機自動控制功能的基礎上， 通過工作面三機與順槽監控中心聯網、通訊， 實現監控中心對三機的即時監測與控制。 該項目的應用成功， 對採煤業的發展必將有著深遠的影響。
目標：研究薄煤層綜采遠端可視智慧化成套技術， 包括採煤機記憶截割與遠端人工干預技術， 液壓支架跟機自動化與遠端人工干預技術， 工作面綜采設備順序協同運行， 地面遠端控制技術等， 並在棗礦集團濱湖煤礦16108綜采工作面應用。
專案已有技術基礎情況
Ø本綜采自動化工作面採用以單機裝備為主、總體協調控制的研製思路，
Ø遠端控制技術。 研究工作面設備遠端通訊、控制技術， 研製遠端控制裝置， 進行工作面設備遠端控制方法的研究；
Ø液壓支架跟機自動化技術。 研究針對薄煤層開採工藝的液壓支架跟機自動化技術， 實現全工作面支架自動化動作及遠端人工干預操作模式開採；
濱湖煤礦依託集團雄厚的人才基礎和豐富的綜采開採經驗， 有一支現場實際經驗豐富工程技術隊伍；北京天瑪電液控制公司是國內電液控制系統最大的生產廠家， 具有多年的煤礦自動化產品研製和應用經驗。 可以說，目前該項目的各方面因素都已成熟，參加本項目的主要人員將由長期從事綜采設備研究與管理等各專業的人員組成，都是本領域或本單位的科研骨幹，熟悉本行業的國內外發展趨勢，具有豐富的科研開發經驗及專案的組織、管理經驗，完全有能力完成專案目標。
主要內容：
1、薄煤層智能化開採條件下的採煤工藝
2、薄煤層智能化開採的國產裝備配套選型方案
3、薄煤層實現智慧化開採的技術方案
4、薄煤層智慧化開採條件下的生產應用
完成情況：通過以上新技術的應用及各先進系統的合理銜接，我們在實際應用中實現了諸多自動化功能，具體效果如下：
1、實現了在順槽監控中心對綜采設備的“一鍵”啟停功能。
2、實現了液壓支架的自動化控制
3、實現了採煤機的自動化控制
4、搭建了工作面工業乙太網傳輸
5、完善了工作面視頻系統
6、建立工作面監控中心，實現對綜采設備集中監控
7、實現了地面調度指揮中心對綜采設備的遠端監控
專案建設總投資：此套設備總投資2527.948萬元，其中：上海天地科技股份有限公司生產的MG400/870-WD雙滾筒型採煤機1套348萬元，冀凱裝備製造股份有限公司生產的SGZ764/500刮板運輸機1部468萬元，北京煤機廠生產的ZY4000/09/18D型電液控液壓支架96架960.828萬元、ZYT4000/12/24D型電液控端頭液壓支架4架55.68萬元，北京天地瑪珂電液控制系統有限公司生產的電液控制系統1套、自動化控制系統1套、乳化液自動配比系統1套共695.44萬元。
三、專案實施需要解決的關鍵問題
在薄煤層綜采工作面單機設備自動化基礎上，深入研究集中控制技術，確保各設備協調、連續、高效、安全運行，實現在順槽監控中心對綜采設備進行集中自動化控制。
本綜采自動化工作面採用以單機裝備為主、總體協調控制的研製思路，建立成套裝備總控制網路，實現以設備資訊綜合決策為主、單機裝備為執行機構的體系結構；
研究工作面設備遠端通訊、控制技術，研製遠端控制裝置，進行工作面設備遠端控制方法的研究；
研究針對薄煤層開採工藝的液壓支架跟機自動化技術，實現全工作面支架自動化動作及遠端人工干預操作模式開採。
專案具體研究內容：
1、薄煤層無人值守工作面自動化成套設備整體架構研究
將採煤機控制系統、支架電液控制系統、工作面運輸控制系統、三機通信控制系統、泵站控制系統及供電系統有機結合，實現對綜合機械化採煤工作面設備的協調管理與集中控制。採煤機以記憶割煤為主，人工遠端干預為輔；液壓支架以跟隨採煤機自動序列動作為主，人工遠端干預為輔；綜采運輸設備實現集中自動化控制。本專案實現集視頻、語音、遠端集中控制為一體綜采工作面自動化控制系統，實現工作面採煤機、刮板運輸機和液壓支架等設備的聯動控制和關聯閉鎖等功能。如圖1所示。
圖1 自動化工作面集成控制系統示意圖
系統主要由三部分組成，包括綜采單機設備層（第一層）、順槽監控中心（第二層）、地面（第三層）。
在工作面原有採煤機、液壓支架、刮板輸送機等單機子系統的層級之上構建了統一開放的100M工業乙太網控制網路，實現單機設備資訊彙集到順槽監控中心的隔爆伺服器上，供其分析決策與控制。
圖2 自動化工作面集成控制系統總體方案圖
2、綜采工作面工業乙太網研究
利用工作面的綜合接入器、光電轉換器和交換機，建立一個統一開放的工作面100M工業乙太網，構建控制平臺。使工作面設備連接到順槽集控中心的隔爆伺服器，實現工作面設備資訊彙集，工作面自動化控制網路如圖3所示。工業乙太網系統網路管理方面具備虛擬區域網路（VLAN）、流量優先順序等網路頻寬管理功能，保證最重要的資料流程能動態地獲得最優先的頻寬支援，同時具有網路狀況自診斷功能。
圖3 工作面自動化控制網路系統圖
圖4 工作面單架接入器連接圖
3、綜采工作面視頻系統研究
4、順槽監控中心研究
5、採煤機無人值守自動化控制研究
採煤機智能控制系統依據採煤機高度感測器實現採煤機的記憶割煤和遠端干預等功能，實現以記憶割煤為主，遠端控制為輔的生產工作模式。
6、液壓支架無人值守自動化開採研究
在支架電液控制系統標配基礎上，通過增加接近感測器、傾角感測器等以實現液壓支架的自動化控制。
圖11 液壓支架電液控制系統圖
四、專案價值、優勢和創新點
項目的研究，可為綜采提供新型的自動化生產組織方式，提供一個整套的工作面無人化自動裝備。不僅能大幅削減人工與設備維護成本，提高生產效率，從而達到控制綜合成本，“減人提效、節能降耗”，實現煤礦生產的集約化、自動化與資訊化的目的，而且還能提升集團公司的核心競爭力。該專案開發成功後不但在棗礦集團內部使用，而且還可以推廣到全省甚至全國市場，有著極大的市場潛力和社會貢獻。在本項目的技術開發過程中，相關知識與經驗的積累也會對我國煤炭行業的整體技術水準起到積極的推進作用。
借鑒國內外薄煤層開採經驗，並結合濱湖礦區薄煤層開採要求及條件，與設備製造廠家共同研究“薄煤層綜采遠端可視智慧化成套設備”科技專案，並探索形成了一套完整的薄煤層智慧化採煤工藝和流程，達到綜采工作面少人或無人開採，實現高產高效安全生產，最終達到采場無人化的目標。
專案創新點
1、地面遠端控制功能實現：專案組在調試過程中不斷總結探索，研究決定在調度室新增遠端自動化控制裝置，通過工作面的全覆蓋即時監控視頻，實現在地面進行採煤作業常態化。
2、根據工作面實際情況，探索採用前滾筒割底煤、後滾筒割頂煤的採煤機10象限記憶截割開採工藝。
3、實現了採煤機記憶截割、液壓支架跟機自動化作業為主，人工遠端干預控制為輔的控制模式。
4、通過電液控制系統實現轉載機尾自移聯動，實現了端頭設備的自動化。
5、實現遠端配液、水處理系統的無人值守控制。
五、專案實際應用情況及效果分析
濱湖煤礦通過薄煤層綜采遠端可視智慧化成套設備，實現採煤作業的自動化控制以及遠端遙控；通過採煤機記憶截割調節控制，採煤機、支架電液控制、運輸系統的整體協調控制技術，實現設備的就地/集中/遠端三級網路管理，系統能夠根據運輸系統負荷的大小，自動調控採煤機的生產能力；
實現移動設備採煤機在工作面環境下的可靠通訊，視頻、語音、資料三網合一，解決整個作業面的通訊瓶頸，割煤過程視頻自動跟蹤監控；
根據設備之間感測器的物聯網技術，實現相關設備的姿態識別，故障提前預警，實現工作面協調、安全、可靠的生產。
1、經濟效益分析
濱湖煤礦2016年3月運用《薄煤層綜采遠端可視智慧化成套設備研發與應用》專案後，在16層煤的16108工作面推廣應用，多產出原煤25.85萬噸，噸煤效益50元，合計增效1292.5萬元，應用效果良好，這一智慧感知與控制技術，對液壓支架的傾角、頂壓、跟機推進以及採煤機的采高等進行自我調整控制，實現了綜采工作面的無人操作常態化連續生產，成本較低，縮短了工作面生產時間，能夠減少煤炭損失，提高采區資源回收率，延長礦井服務年限，促進了礦井高效、安全的生產，該套綜采設備不僅標誌著煤礦行業自動化高產高效礦井建設進入新的階段，同時也初步建立了采場無人化的技術開發體系,為今後無人工作面的發展奠定了基礎，對採煤業的發展必將有著深遠的影響。
2、社會效益分析
專案所研發的綜采工作面自動化智慧控制系統，立足於我國煤礦現狀，通過工作面集控系統完成對工作面設備的遠端操控，可為煤炭綜合機械化、自動化採煤技術提供設備支援，實現煤炭安全高效開採，解決制約我國煤炭工業發展的瓶頸問題，發展高效集約化生產，實現無人值守開採，提高採煤效率，降低勞動強度，大大減少井下工作人員，降低煤炭生產的百萬噸死亡率，降低煤炭開採成本，具有重大的社會效益。
六、專案成果的應用前景、示範意義及行業推廣價值
16108無人化綜采工作面是棗礦集團首套資訊化、自動化程度最高的國產成套裝備系統的應用典範，填補了國內采場無人化連續推進應用的空白。為促進煤炭行業開採技術進步，改變工人的操作習慣，改善工人的勞動環境，探索了一條工作面無人化開採的路子，取得了巨大的經濟效益和社會效益。該套綜采設備不僅標誌著煤礦行業自動化高產高效礦井建設進入新的階段，同時也初步建立了采場無人化的技術開發體系,為今後無人工作面的發展奠定了基礎，對採煤業的發展必將有著深遠的影響。
七、專案經驗總結和下一步計畫。
經驗總結：該套自動化設備經過6個月的工業性試驗，工作面順槽監控中心遠端作業及採煤機自動記憶截割等自動化功能使用基本穩定，系統各項功能應用效果良好，能夠大大減少采場作業人員，降低職工勞動強度，實現了“無人跟機作業，有人安全監護”的目標。工作面的生產能力不斷提高，月產量達到了9萬噸，年生產能力可達1Mt以上。在專案推進過程中，培養鍛煉了一支高學歷、高水準、年輕化的“大學生採煤隊”。
下一步計畫，我們將在設備功能升級和改變職工作業方式兩個方面開展工作，將“一鍵啟、停”功能升級為全工作面設備的依次啟、停，即皮帶、轉載機、工作面運輸機、乳化泵、支架自動跟機、煤機記憶截割的一鍵順序啟、停。將設備於工作面順槽操作的作業方式升級為地面調度台採煤的全新安全作業方式。
可以說，目前該項目的各方面因素都已成熟，參加本項目的主要人員將由長期從事綜采設備研究與管理等各專業的人員組成，都是本領域或本單位的科研骨幹，熟悉本行業的國內外發展趨勢，具有豐富的科研開發經驗及專案的組織、管理經驗，完全有能力完成專案目標。
主要內容：
1、薄煤層智能化開採條件下的採煤工藝
2、薄煤層智能化開採的國產裝備配套選型方案
3、薄煤層實現智慧化開採的技術方案
4、薄煤層智慧化開採條件下的生產應用
完成情況：通過以上新技術的應用及各先進系統的合理銜接，我們在實際應用中實現了諸多自動化功能，具體效果如下：
1、實現了在順槽監控中心對綜采設備的“一鍵”啟停功能。
2、實現了液壓支架的自動化控制
3、實現了採煤機的自動化控制
4、搭建了工作面工業乙太網傳輸
5、完善了工作面視頻系統
6、建立工作面監控中心，實現對綜采設備集中監控
7、實現了地面調度指揮中心對綜采設備的遠端監控
專案建設總投資：此套設備總投資2527.948萬元，其中：上海天地科技股份有限公司生產的MG400/870-WD雙滾筒型採煤機1套348萬元，冀凱裝備製造股份有限公司生產的SGZ764/500刮板運輸機1部468萬元，北京煤機廠生產的ZY4000/09/18D型電液控液壓支架96架960.828萬元、ZYT4000/12/24D型電液控端頭液壓支架4架55.68萬元，北京天地瑪珂電液控制系統有限公司生產的電液控制系統1套、自動化控制系統1套、乳化液自動配比系統1套共695.44萬元。
三、專案實施需要解決的關鍵問題
在薄煤層綜采工作面單機設備自動化基礎上，深入研究集中控制技術，確保各設備協調、連續、高效、安全運行，實現在順槽監控中心對綜采設備進行集中自動化控制。
本綜采自動化工作面採用以單機裝備為主、總體協調控制的研製思路，建立成套裝備總控制網路，實現以設備資訊綜合決策為主、單機裝備為執行機構的體系結構；
研究工作面設備遠端通訊、控制技術，研製遠端控制裝置，進行工作面設備遠端控制方法的研究；
研究針對薄煤層開採工藝的液壓支架跟機自動化技術，實現全工作面支架自動化動作及遠端人工干預操作模式開採。
專案具體研究內容：
1、薄煤層無人值守工作面自動化成套設備整體架構研究
將採煤機控制系統、支架電液控制系統、工作面運輸控制系統、三機通信控制系統、泵站控制系統及供電系統有機結合，實現對綜合機械化採煤工作面設備的協調管理與集中控制。採煤機以記憶割煤為主，人工遠端干預為輔；液壓支架以跟隨採煤機自動序列動作為主，人工遠端干預為輔；綜采運輸設備實現集中自動化控制。本專案實現集視頻、語音、遠端集中控制為一體綜采工作面自動化控制系統，實現工作面採煤機、刮板運輸機和液壓支架等設備的聯動控制和關聯閉鎖等功能。如圖1所示。
圖1 自動化工作面集成控制系統示意圖
系統主要由三部分組成，包括綜采單機設備層（第一層）、順槽監控中心（第二層）、地面（第三層）。
在工作面原有採煤機、液壓支架、刮板輸送機等單機子系統的層級之上構建了統一開放的100M工業乙太網控制網路，實現單機設備資訊彙集到順槽監控中心的隔爆伺服器上，供其分析決策與控制。
圖2 自動化工作面集成控制系統總體方案圖
2、綜采工作面工業乙太網研究
利用工作面的綜合接入器、光電轉換器和交換機，建立一個統一開放的工作面100M工業乙太網，構建控制平臺。使工作面設備連接到順槽集控中心的隔爆伺服器，實現工作面設備資訊彙集，工作面自動化控制網路如圖3所示。工業乙太網系統網路管理方面具備虛擬區域網路（VLAN）、流量優先順序等網路頻寬管理功能，保證最重要的資料流程能動態地獲得最優先的頻寬支援，同時具有網路狀況自診斷功能。
圖3 工作面自動化控制網路系統圖
圖4 工作面單架接入器連接圖
3、綜采工作面視頻系統研究
4、順槽監控中心研究
5、採煤機無人值守自動化控制研究
採煤機智能控制系統依據採煤機高度感測器實現採煤機的記憶割煤和遠端干預等功能，實現以記憶割煤為主，遠端控制為輔的生產工作模式。
6、液壓支架無人值守自動化開採研究
在支架電液控制系統標配基礎上，通過增加接近感測器、傾角感測器等以實現液壓支架的自動化控制。
圖11 液壓支架電液控制系統圖
四、專案價值、優勢和創新點
項目的研究，可為綜采提供新型的自動化生產組織方式，提供一個整套的工作面無人化自動裝備。不僅能大幅削減人工與設備維護成本，提高生產效率，從而達到控制綜合成本，“減人提效、節能降耗”，實現煤礦生產的集約化、自動化與資訊化的目的，而且還能提升集團公司的核心競爭力。該專案開發成功後不但在棗礦集團內部使用，而且還可以推廣到全省甚至全國市場，有著極大的市場潛力和社會貢獻。在本項目的技術開發過程中，相關知識與經驗的積累也會對我國煤炭行業的整體技術水準起到積極的推進作用。
借鑒國內外薄煤層開採經驗，並結合濱湖礦區薄煤層開採要求及條件，與設備製造廠家共同研究“薄煤層綜采遠端可視智慧化成套設備”科技專案，並探索形成了一套完整的薄煤層智慧化採煤工藝和流程，達到綜采工作面少人或無人開採，實現高產高效安全生產，最終達到采場無人化的目標。
專案創新點
1、地面遠端控制功能實現：專案組在調試過程中不斷總結探索，研究決定在調度室新增遠端自動化控制裝置，通過工作面的全覆蓋即時監控視頻，實現在地面進行採煤作業常態化。
2、根據工作面實際情況，探索採用前滾筒割底煤、後滾筒割頂煤的採煤機10象限記憶截割開採工藝。
3、實現了採煤機記憶截割、液壓支架跟機自動化作業為主，人工遠端干預控制為輔的控制模式。
4、通過電液控制系統實現轉載機尾自移聯動，實現了端頭設備的自動化。
5、實現遠端配液、水處理系統的無人值守控制。
五、專案實際應用情況及效果分析
濱湖煤礦通過薄煤層綜采遠端可視智慧化成套設備，實現採煤作業的自動化控制以及遠端遙控；通過採煤機記憶截割調節控制，採煤機、支架電液控制、運輸系統的整體協調控制技術，實現設備的就地/集中/遠端三級網路管理，系統能夠根據運輸系統負荷的大小，自動調控採煤機的生產能力；
實現移動設備採煤機在工作面環境下的可靠通訊，視頻、語音、資料三網合一，解決整個作業面的通訊瓶頸，割煤過程視頻自動跟蹤監控；
根據設備之間感測器的物聯網技術，實現相關設備的姿態識別，故障提前預警，實現工作面協調、安全、可靠的生產。
1、經濟效益分析
濱湖煤礦2016年3月運用《薄煤層綜采遠端可視智慧化成套設備研發與應用》專案後，在16層煤的16108工作面推廣應用，多產出原煤25.85萬噸，噸煤效益50元，合計增效1292.5萬元，應用效果良好，這一智慧感知與控制技術，對液壓支架的傾角、頂壓、跟機推進以及採煤機的采高等進行自我調整控制，實現了綜采工作面的無人操作常態化連續生產，成本較低，縮短了工作面生產時間，能夠減少煤炭損失，提高采區資源回收率，延長礦井服務年限，促進了礦井高效、安全的生產，該套綜采設備不僅標誌著煤礦行業自動化高產高效礦井建設進入新的階段，同時也初步建立了采場無人化的技術開發體系,為今後無人工作面的發展奠定了基礎，對採煤業的發展必將有著深遠的影響。
2、社會效益分析
專案所研發的綜采工作面自動化智慧控制系統，立足於我國煤礦現狀，通過工作面集控系統完成對工作面設備的遠端操控，可為煤炭綜合機械化、自動化採煤技術提供設備支援，實現煤炭安全高效開採，解決制約我國煤炭工業發展的瓶頸問題，發展高效集約化生產，實現無人值守開採，提高採煤效率，降低勞動強度，大大減少井下工作人員，降低煤炭生產的百萬噸死亡率，降低煤炭開採成本，具有重大的社會效益。
六、專案成果的應用前景、示範意義及行業推廣價值
16108無人化綜采工作面是棗礦集團首套資訊化、自動化程度最高的國產成套裝備系統的應用典範，填補了國內采場無人化連續推進應用的空白。為促進煤炭行業開採技術進步，改變工人的操作習慣，改善工人的勞動環境，探索了一條工作面無人化開採的路子，取得了巨大的經濟效益和社會效益。該套綜采設備不僅標誌著煤礦行業自動化高產高效礦井建設進入新的階段，同時也初步建立了采場無人化的技術開發體系,為今後無人工作面的發展奠定了基礎，對採煤業的發展必將有著深遠的影響。
七、專案經驗總結和下一步計畫。
經驗總結：該套自動化設備經過6個月的工業性試驗，工作面順槽監控中心遠端作業及採煤機自動記憶截割等自動化功能使用基本穩定，系統各項功能應用效果良好，能夠大大減少采場作業人員，降低職工勞動強度，實現了“無人跟機作業，有人安全監護”的目標。工作面的生產能力不斷提高，月產量達到了9萬噸，年生產能力可達1Mt以上。在專案推進過程中，培養鍛煉了一支高學歷、高水準、年輕化的“大學生採煤隊”。
下一步計畫，我們將在設備功能升級和改變職工作業方式兩個方面開展工作，將“一鍵啟、停”功能升級為全工作面設備的依次啟、停，即皮帶、轉載機、工作面運輸機、乳化泵、支架自動跟機、煤機記憶截割的一鍵順序啟、停。將設備於工作面順槽操作的作業方式升級為地面調度台採煤的全新安全作業方式。