科技日报记者 王海滨 通讯员 邱 美 乔 磊
“各部位巡视人员请注意，智能化采煤远控模式现在开启。”4 月 22 日上午 8 时，在同煤集团塔山矿调度指挥中心，技术工人桂儒佳开始了他一天的“采煤”工作。
没过几秒钟，通信设备传来嘀嘀声：“外围设备确认完毕，可以进行远程操控”“采煤设备确认完毕，可以进行远程操控”……各部位井下 4G 可视通讯电话向指挥中心陆续确认，只见桂儒佳轻点鼠标，井下的采煤机、运输机、转载机等井下综采设备相继联动运转。没有机械的轰鸣、没有飞扬的煤尘，在整洁敞亮的调度指挥中心，只见在监控屏幕上各类数据的跳动间，塔山矿 8222 综放工作面就源源不断地将煤炭输送到了地面。
“同煤集团塔山矿 1500 万吨智能化综采工作面是国家‘十三五’资源领域重点研发计划重点专项‘千万吨级特厚煤层智能化综放开采关键技术研究及示范’项目工程。自今年 2 月 27 日正式投入运行以来，其安全、高效、便捷的优势明显。”同煤集团塔山矿党委书记、董事长马占元说，“开展千万吨级特厚煤层智能化综放开采关键技术研究，打造塔山矿年产 1500 万吨特厚煤层智能化综放工作面示范工程，对解决世界特厚煤层的开采技术将起到引领示范作用。”
瞄准“特厚煤层”难题
在我国煤炭资源探明储量中，厚煤层约占总储量的 44％，厚煤层的产量也占总产量的 40％ 以上，但 14 米以上特厚煤层安全高效开采技术是世界性难题。而塔山矿平均煤层厚度在 18 米左右，最厚的有 20 米，对煤炭开采来说，无异于打捞“深海沉船”。
作为新中国成立以来煤炭行业获得单项支持力度最大的项目之一，“千万吨级特厚煤层智能化综放开采关键技术研究及示范”，被列入“十一五”国家科技支撑重大项目。该项目以“特厚煤层运移、冒放理论与自动化放煤机理研究”等五大课题研究为依托，攻克开采技术、成套装备、支护材料、安全保障四大难关，开创特厚煤层智能化开采的世界纪录，获得 2014 年度国家科学技术进步奖一等奖。马占元说，塔山矿 8222 综放工作面的智能化综放开采成套装备，是我国 29 家高等院校、科研院所、国内外先进的矿山装备研发和制造厂商共同完成整体设计选型配套及生产制造的世界先进装备。
智能“大脑”能掐会算
“数字化、信息化、自动化和智能化，是这个工作面的安全生产核心。”塔山矿生产副总经理王磊说，“该项目实现了设备数据高速上传和控制信息实时下达，控制延时不超过 500 毫秒，将人的视听感官延伸到工作面，身临其境监控安全生产。”
该工作面集中控制系统、视频监控系统、设备状态监测系统、通讯网络平台与多项关键技术，形成了综采工作面的整个大型控制系统。系统通过建立工作面实时工业以太网与无线网络覆盖，将各个相关设备联系在一起，实现各个设备间的数据交换。
“监控指挥中心是‘大脑’，它具有智能采集分析信息、智能指挥机械采煤、智能修正操作等功能。不仅设定采煤机的牵引速度等参数进行自动割煤，还可以按照示范刀所记录的工作参数、滚筒高度轨迹进行智能化预算，形成记忆截割模板，在自动截割过程中不断修正误差。”桂儒佳说。
智能“感知”采煤流程
让“大脑”能力发挥到极致，需要灵敏的“神经网络”。在 2 公里长、200 米宽的采煤工作面上，60 多个摄像头、1500 多个传感器，通过网络互联集成管理，实现了高效快捷指挥，所有设备都实现了自动精准安全控制。
来到塔山矿井下 400 多米深的 8222 工作面，只见巷道和工作面布满了 LED 灯。塔山矿智能化综采队队长李瑞金指着支架顶梁上安装的摄像仪说：“这是我们在井下的‘眼睛’，是我们视频通讯系统的重要组成部分，整个工作面有 48 组，它能够清晰捕捉设备每一个细微的动作，观察采煤机的运行位置，及时地通过网络传输给‘大脑’，即监控指挥中心。”
监控指挥中心主任张慧说，每个支架控制器和每个摄像仪都是信息网络的节点，它们自动采集、统计、分析和反馈设备当时运行数据，通过光纤传输至监控中心，然后进行数据分析，得出结果。
“这些就是系统的‘神经’，通过压力、倾角等多种传感器，实现液压支架防倾倒、防片帮、防冒落、状态控制等，自动完成工作面跟机作业，精确控制推移油缸，减少工作面推进的误差。”张慧指着支架上的传感器说。
李瑞金介绍，综采队原来每班 20 人，实现智能开采后，每班不到 8 人即可完成任务。未来，塔山矿 1500 万吨智能化综采工作面，将力争建成工作面回收率达到 95％ 以上、混矸率不超过 30％ 的行业一流智能化综采工作面。