《工矿自动化》发表科达自控董事长付国军论文《自动化综采工作面已渐入实用化阶段、应防止概念过分炒作》，原文如下：

自动化综采工作面已渐入实用化阶段、应防止概念过分炒作

    摘要：介绍了国内自动化综采工作面的技术现状，并将综采工作面的设备分为生产设备、辅助设备、测控系统；针对目前业内工作面名称混乱的情况，认为“自动化综采工作面”的命名比较恰当；提出了自动化综采工作面技术可划分为综采工作面局部自动化、综采工作面半自动化、综采工作面全自动化、综采工作面智能自动化4个等级并给出了具体特征；介绍了自动化综采工作面的发展，指出把自动化综采工作面看成是一个可以自动行走、自动割煤、自动支护、自动装煤、自动运煤的一台大型机器，更符合实用要求。
关键词：自动化综采工作面；无人工作面；综采设备；智能化

FU Guojun
(Shanxi Keda Automatic Control Co., Ltd., Taiyuan 030006, China)
    Abstract: Technology status of automatic fully- mechanized coal mining facein China was introduced, and fully-mechanized coal mining equipments were classified into production equipment, auxiliary equipment and measure and control system. In view of current condition of confused name of coal mining face in the industry, name of “automatic fully-mechanized coal mining face” was considered more appropriate. Technology of the automatic fully-mechanized coal mining face could be divided into four grades, namely local automatic fully-mechanized coal mining face, semi-automatic fully-mechanized coal mining face, complete automatic fully-mechanized coal mining face and intelligent automatic fully-mechanized coal mining face, whose specific characteristics were given. Development approach of the automatic fully-mechanized coal mining face was introduced, and a view was pointed out that the automatic fully-mechanized coal mining face considered as a large machine which can automatically work, automatic cutting coal,  supporting, coaling, transporting coal meet practical requirements.
Key words: automati fully -mechanized coal mining face; manless workingunmanned coal mining face; fully-mechanized coal mining equipment; intelligent
0  引言
    目前，中国煤炭装备水平已接近或达到了世界先进水平。以采掘装备为例，经过“十五”计划和“十一五”计划的长足发展，国产设备市场占有率已远远高于进口品牌。国产采掘装备不论从装机容量到一次开采高度、再到机器的外观设计已与国外产品相差无几，甚至有的做到了世界最大。然而，设备的内在性能和整机的自动化水平却与国外产品仍有差距。采掘工作面自动化是煤炭生产环节的重中之重，因其难度极大，发达国家也没有很成熟的技术和应用案例。由于综采是我中国煤矿最主要的采煤工艺，近几年国内有很多科研院所和自动化公司开展了有关综采工作面的无人化和少人化（自动化综采工作面）研究。自动化综采工作面研究的关键是从采煤工艺的角度来主导综采工作面设备的自动运行及配合，即从综采系统的整体角度来思考自动化采煤问题。

1  自动化综采工作面的现状
    综采工作面是煤矿生产最前沿的工作环节，也是最复杂的工作环节。其设备数量多，设备之间相互制约、相互协调，任何单一设备都无法脱离其他设备而单独完成任务。同时这些设备的任何一个动作还受地质条件的限制。一个标准的综采工作面一般要由200～300台设备构成，核心设备有采煤机、刮板输送机、液压支架、转载机、破碎机和带式输送机，其中仅液压支架就多达100～200架，实现自动化的难度很大。随着自动化技术的发展及采煤工艺研究的不断深入，在地质条件允许的情况下实现自动化采煤逐渐具备了可行性。2009年3月，神东煤炭集团榆家梁煤矿全国首个自动化综采工作面井下试车[1]。2010年，晋城煤业集团古书院煤矿首个自动化综采工作面开始下井调试，并先后完成了4个工作面的运行，总结了丰富的经验,，其改进后的第2个自动化综采工作面系统也已开始下井试运行。阳泉荫营煤矿的薄煤层自动化综采工作面也完成了极薄煤层段的采煤工作。此外，大采高自动化综采工作面也于2013年6月通过地面验收，同年8月已在西山煤电斜沟煤矿下井安装完毕进入调试阶段。通过一系列的研究和试验，自动化综采工作面技术有了很大提高，控制理念也基本清晰，整体水平已达到实用化阶段，可在一定程度上减少现场操作人员。
综合近几年的一些实验项目和上述技术突破，自动化综采工作面技术已渐入实用化阶段。随着实验项目的不断投入运行，技术会日趋完善、产品可靠性会不断提高；标准化产品很快就会出现，实用化的少人或无人自动化综采工作面将投入运行。
2  综采工作面设备组成
    综采工作面设备从整体自动化的角度可分为生产设备、辅助设备、测控系统 ，其平面布置如图1所示。

 
2.1  生产设备
    综采工作面的生产设备包括主要采煤设备、和转载运输设备。主要采煤设备是整个综采工作面的核心设备，可将其称为主采机组。笔者将工作面的“三机”——采煤机、输送机、液压支架看作一个大型设备。由于这3种设备在结构上相互连接，动作上相互制衡，位置上相互重叠，故从自动控制的角度来看是不可分割的一个整体，应由测控系统统一控制。转载运输设备是综采工作面的接续设备，包括转载机、破碎机、带式输送机等，主要完成煤炭的连续运输工作。
2.2  辅助设备
    辅助设备一般是指设备列车上的所有动力保障设备，包括动力中心、泵站、清水站、自动配液系统等。动力中心为整个综采工作面所有设备提供电力，测控系统可通过网络对其任何一个动作进行控制，并可读取每一条路线的所有电气参数及开关状态。泵站是液压支架的动力源，可通过测控系统进行集中控制，完成自动配液、软化处理、压力检测、水位控制、泵组开停及各种保护功能。
2.3  测控系统
    测控系统是自动化综采工作面的中枢神经，是综采工作面由机械化向自动化过渡的关键设备，包括工作面整体操作控制中心、主采机组控制站、转载运输控制站、视频监测中心、通信调度中心等。其中有几项技术瓶颈需要攻克，如主采机组控制站中包含的采煤机高速通信系统、煤岩识别系统、姿态检测系统、关键部件故障检测系统；支架电液控制系统、支架姿态检测系统和刮板输送机自动张紧系统、自移机尾系统、地形检测及工作面调直系统[32]。；随机移动的工作面可视化系统、高速有线及无线通信系统、高可靠的实时控制系统和高性能的防爆计算机等。目前，支架电液控制系统的国产化已达到实用化水平，采煤机记忆切割、高速通信系统已有重大突破，如科达自控公司的HAIBUS通信系统在多个采煤机厂的产品中已投入使用，工作面可视化系统、高速有线及无线通信系统和基于主采机组概念的实时控制系统已在多个工作面得到验证。其专项技术也有大量的机构进行了研究。
笔者从自动化综采工作面的设计和实施过程中发现，要想实现综采工作面的自动化运行，必须对综采工作面的设备重新认识和定位[23]，必须打破原有的在人工操作基础上以单机为控制目标的传统思路、打破设备生产厂家的界限、打破设备功能的界限；修正单机智能化的传统研究思路，从工作面整体采煤的思路来看待每一台设备，将它们作为一个大机器的一个部件，在控制中心的统一控制下协调工作。
3  自动化综采工作面概念的误区
    近几年，笔者经常在网络、报纸或其他媒体上看到“自动化综采工作面”、“智能化综采工作面”、“无人综采工作面”、“数字化综采工作面”等投入运行的消息，使得业内人士眼花缭乱。在由于国家对此还没有统一定义，笔者认为首先应从概念上进行规范，使用户真正认清自己要的是什么、做的是什么，以便为后续综采工作面自动化、信息化的推进和应用起到参考标示性作用。
目前，机械化综采设备在山西、内蒙等煤炭大省已基本普及，但在云南、贵州、四川等地质条件较差的省份还有相当数量的煤矿没有使用综采设备，更不用说采煤自动化了。但不论什么条件，都有关于“无人工作面”或“自动化工作面”的相关报道，总结起来以下几种情况：
（1） 把机械化当自动化。对于一直以人工炮采为主要工艺的煤矿，突然试验成功“综采设备采煤”，人员由原来的几百人一下降到几十人，不再用人工落煤，就以为是自动化采煤了。
（2） 把支架电液控制系统当成工作面自动化。在各种报道中经常出现煤矿企业把支架电液控制系统当成工作面自动化。现在比较成熟的电液控制系统都具有跟机拉架、自动降、移、升等简单控制功能。客观上这些均为支架本身的自动控制，可使支架工由操作液压阀改为操作电液控制按键；单架或成组的连贯动作可以自动完成；在顶底板条件特别好的情况下也可以进行跟机拉架动作[4]。但这样的系统只是改变了人们的操作方式，并不能大量减少人员。有些报道把它夸大为工作面自动化，一方面可能是对工作面自动化理解不深，另一方面也存在夸大宣传的问题。这种观点是把个别设备的自动化理解为整个工作面的自动化，这样宣传会产生误导，客观上不是推动自动化工作面技术,而是起到阻碍作用。
（3） 玩文字游戏，“智能化工作面”、“数字化工作面”、“无人工作面”、“自动化工作面”、“工作面一键启动”、“鼠标采煤”等，让人眼花缭乱，无所适从。这些概念有的是从不同角度出发，取不同的名字 ，；有的是为了突出科研申报项目与别人项目的差异化，以名词创新替代技术创新。但就目前的技术水平来说，这些名称都没有实质区别，而且大部分都是名不符实。
4  自动化综采工作面的概念和定义
    就上述几种情况而言，前2种属于认识的局限性，把机械化和单机设备自动化当成了“自动化工作面”，应彻底否定，以免误导行业发展。对于第3种情况，也应有一个具体的界定。笔者认为对于自动化工作面，“无人工作面”是目标； “数字化工作面”是“自动化工作面”某一方面的特征；“智能化工作面”是“自动化工作面” “数字化工作面”从单一技术层面而言，只是技术手段而已，它强调的是对工作面设备的数字化描述的特征，不能完全体现“自动化工作面”的控制特征。而“智能化工作面”应该是自动化水平达到能模仿人的思维方式的高级阶段，应该具有处理非常规问题的能力。如果整个工作面的自动化控制系统达到了智能化这一水平，“无人工作面”的目标就可真正实现了。但目前的现实情况是，自动化工作面才刚刚起步，自动化水平还没有达到智能化的程度，至多只能说是使用了一些智能化的技术，只达到了少人的程度。根据以上分析，又由于目前煤矿自动化工作面技术应用仅限于采煤工作面，所以目前的煤矿自动化工作面应以“自动化综采工作面”来命名比较恰当，并根据其自动化程度的不同再给出如下分级的定义。
4.1  综采工作面局部自动化
    局部自动化是指在综采工作面中，某一种或几种设备自身在不受外界条件影响下可实现自动化动作，而不需要人工操作。如支架电液控制系统的跟机拉架、自动降、移、升等；采煤机的牵引速度自动调节、滚筒的记忆切割、刮板输送机的自动张紧等。局部自动化只能提高单品种设备的自动化程度，在一定程度上减轻矿工的劳动强度，不能明显减少作业人员，但它是自动化工作面的基础。局部自动化的这些自动控制项目都是机械设备根据自身动作规律进行小范围自动调节和控制，其动作条件是假设周边条件不变的情况下进行的，在地面演示或在煤层非常稳定的条件下也可以实现整个工作面自动化，但从控制原理上看，它是属于“开环控制”。但在实际应用中由于工作面生产条件经常受地质条件变化、设备之间时空关系的变化等影响，“开环控制”很难正常工作。
4.2  综采工作面半自动化
    要实现整个工作面的自动化运行，仅有局部自动化功能是不够的。因为综采工作面是很多机械联动，地质条件也是随时变化的。综采工作面半自动化是指在局部设备具备部分单机自动化功能的前提下，在工作面端头进行由人工干预的控制，。根据具体情况，又分2种情况：① 在条件理想化的情况下，工作面的中间段由端头控制中心控制单机（局部机械）实现自动化运行。② 在条件发生变化的情况下或复杂工艺段，可在端头控制中心根据视频信号，进行人员远程操作，如情况复杂，人员可进入工作面进行直接干预。
4.3  综采工作面全自动化
    综采工作面全自动化应该具备较高水平的自动化控制功能，基本实现采煤的无人化。从工艺设计开始（如斜切进刀、割三角煤、扫底煤、自动调高等），到各设备之间的协调控制（如自动配液、顺序启动、集中送电、滚筒自动调高、自动拉架推溜、自移机尾、链条设备自动张紧、工作面一键启停、设备干涉自动检测等）； 采用无线通信、视频跟机监控、图像自动拼接等技术；所有操作都在工作面控制中心协调完成。综采工作面全自动化控制系统结构如图2所示。
 
4.4  综采工作面智能自动化
    智能自动化也可简称为智能化，它是自动化程度一个更高层面，而不是脱离“自动化工作面”的另一个层面。智能化在具体采煤过程中与全自动化没有太大区别，只是在特殊情况下它应该具有部分人工智能，可提供出特别的控制策略。可由以下流程来加以区别：由“检测—比较—计算——执行”发展到“检测—识别—推理（运算）—决策—执行”。如遇到煤层突然变化，如何自动识别煤岩并自适应调节设备动作；根据运输系统的负荷能力调节采煤机的割煤速度；根据瓦斯和通风条件变化调节采煤速度；设备主要部件故障诊断和寿命周期管理等。可以说，智能化采煤对采煤工作面的研究有极其重要意义，是长远目标，而且智能自动化本身也是从低级到高级分阶段的，这个发展过程也是随着技术进步而不断推进的。
5  自动化综采工作面的发展
    现在业界对自动化综采工作面有不同的认识，研究的技术路线也各不相同，主要分2大派：① 以电液控制为主的单机智能派，强调各独立机器设备的自动化水平；②以主采机组概念为代表的系统派，强化工作面的系统概念。笔者认为不论是哪一派都是在各自熟悉的方面提升综采工作面的自动化水平，都会对综采工作面无人或少人化有积极的推动作用。尽管目前从生产和使用的角度看，工作面的3种核心设备由不同厂家生产和提供，而且各自有独立的动力系统和控制系统，但三者在采煤过程中是不可分割的。在目前以人工操作为主要工作方式的情况下（机械化采煤），每台设备的动作可单独操作，各自生产厂家都对其进行自动化技术的改造升级，如智能采煤机系统、电液控制系统、刮板输送机在线监测系统等。但某一种设备自动化水平的提高不会对工作面整体工作产生太大影响。过度地强化单机的自动化控制功能，而弱化系统概念，只会使单机越做越复杂，成本越来越高。
要实现综采工作面的全自动化，应从以下3个方面调整对采煤工作的认识。
（1） 建立系统概念，把综采工作面所有设备看作一个整体可移动的机组，整个回采过程就是机组整体移动的作业过程。其中各种设备如采煤机、液压支架、刮板输送机等，只是其中的一个部件，所有部件由测控系统联络、控制，使其形成一个整体。综采工作面系统化控制示意如图3所示。

  
（2） 弱化局部设备（部件）的控制功能，强化其通信、检测、保护和执行功能，所有控制命令由控制中心发出。设备的每一个动作都是在收集大量信息（各部件提供的设备状态、姿态、位置、速度及地质数据）进行大量运算后的结果，每一个动作都是在考虑当下各部件的时空关系和地质条件下进行的，这样才能保证各设备之间不干涉，同时又能高速运作。
（3） 自动化动作与人工操作截然不同，在设计软件时尽可能优化工艺，使其更适合自动化运行规律。所以，真正的自动化工作面不再是以机械设备为主导，由设备司机操控的设备群，而是以自动化控制系统为主导，由采煤工艺工程师来操作的一个采煤系统[5]。
    从这个角度理解，自动化综采工作面应该是一个可以自动行走、自动割煤、自动支护、自动装煤、自动运煤的一台大型机器，而操作人员不在不是分别操作各个子机器上，而是在巷道的操作列车上操作这台大机器。
6  结语
    煤矿综采工作面的自动化工作，以达到无人或少人采煤为目的，是采煤技术发展的终极目标；经过多年的研发和实验，自动化综采工作面技术已渐入实用化阶段。在新技术推广阶段，由于市场及用户对此了解甚少，难免会出现标准不一、概念混乱的现象。有必要从技术和实施效果方面做一些界定，为以后行业或国家制定标准做一些前期铺垫。“自动化综采工作面”作为项目标准名称，在此基础上分为综采工作面局部自动化、综采工作面半自动化、综采工作面全自动化、综采工作面智能自动化4个不同的技术级别是比较客观和科学的。在上述技术分级的基础上，技术研发应该以全自动化或智能化为目标进行总体布局、分阶段推进。首先应从优化工艺开始、建立系统控制概念，避免设备厂家单打独斗的现象，真正实现综采工作面的自动化运行，实现无人和少人化作业，从而把采煤工人从恶劣环境中解放出来。

参考文献：
[1] 云孝义.神华集团薄煤层综采自动化工作面总结报告[EB/OL].[2013-11-20]. http://www.docin.com/p-472124441.html
[2] 武培林,牛乃平,高波.电牵引采煤机远程控调技术研究[J].科技创新与生产力, 2012(9):77-79.
[3] 付国军,杨明亮,许太山.综采无人工作面的整体设计与实现方法的构想[J].工矿自动化,2013,39(1):39-42.
[4] 伍小杰,程尧,崔建民,等.液压支架电液控制系统设计[J].煤炭科学技术,2011,39(4):106-109.
[5] 帅银周.自动化综采工作面的实现与应用[J].科技信息,2010(16):335-336