煤礦采掘機(jī)械自動(dòng)化和智能化應(yīng)用研究

陳興寶

摘 要： 隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)水平也在不斷提升。智能化技術(shù)作為一種新興技術(shù)，已經(jīng)逐漸應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域。煤礦是我國工業(yè)的基礎(chǔ)，其開采技術(shù)水平也在不斷提高。在煤礦采掘中有效應(yīng)用自動(dòng)化和智能化技術(shù)，對(duì)于提高煤礦的開采效率具有重要作用。因此，探討煤礦采掘機(jī)械自動(dòng)化和智能化的重要性，分析目前煤礦采掘機(jī)械自動(dòng)化和智能化的現(xiàn)狀，并研究煤礦采掘機(jī)械自動(dòng)化和智能化的具體應(yīng)用。

關(guān)鍵詞： 煤礦采掘 機(jī)械自動(dòng)化 智能化 應(yīng)用

中圖分類號(hào)： TP393文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 1679-3567（2024）06-0007-03

Research on the Application of the Automation and Intelligence of Coal Mining Machinery

CHEN Xingbao

CCTEG Robot Technology Co.， Ltd.， Shenyang， Liaoning Province， 110000 China

Abstract： With the continuous development of Chinas social economy， the level of science and technology is also constantly improving， and intelligent technology has been gradually applied to various fields as an emerging tech‐nology. A coal mine is an industrial foundation of China， the technology level of its mining is also constantly im‐proving， and how to effectively apply automatic and intelligent technologies in coal mining plays an important role in improving the mining efficiency of coal mines. Therefore， this article explores the importance of the automation and intelligence of coal mining machinery， analyzes the current situation of its automation and intelligence， and studies the specific application of its automation and intelligence.

Key Words： Coal mining； Mechanical automation； Intelligence； Application

現(xiàn)階段，我國煤礦開采行業(yè)的生產(chǎn)技術(shù)已經(jīng)取得了顯著進(jìn)步。然而，隨著行業(yè)的持續(xù)發(fā)展，煤礦開采過程中仍然面臨一些挑戰(zhàn)。企業(yè)需要根據(jù)實(shí)際情況，合理應(yīng)用自動(dòng)化和智能化技術(shù)，提升煤礦采掘機(jī)械的穩(wěn)定性和效率，從而充分發(fā)揮作用與優(yōu)勢。

1 煤礦采掘機(jī)械自動(dòng)化和智能化的重要性

1.1 提升煤礦作業(yè)的生產(chǎn)效率

首先，通過對(duì)煤炭采掘機(jī)械設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)化改造，可以大幅提升煤炭采掘機(jī)械設(shè)備的工作效率。例如：應(yīng)用采煤機(jī)的液壓系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)以及自動(dòng)截割系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)一體化，提高采煤機(jī)的工作效率。其次，使用機(jī)械化開采方式進(jìn)行煤礦采掘作業(yè)，可以實(shí)現(xiàn)煤礦采掘機(jī)械設(shè)備的高度自動(dòng)化。例如：在使用電牽引采煤機(jī)進(jìn)行開采時(shí)，可以將電液控制技術(shù)應(yīng)用在電液控制裝置中，不僅可以提高電牽引采煤機(jī)的工作效率，還可以保證工作人員的安全。最后，在使用綜采工作面液壓支架時(shí)，還可以將綜采工作面液壓支架與傳統(tǒng)的綜采工作面液壓支架相結(jié)合，可以讓綜采工作面液壓支架實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。在使用電牽引采煤機(jī)采煤時(shí)，也可以將電液控制裝置與電牽引采煤機(jī)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)電牽引采煤機(jī)與綜采工作面液壓支架一體化改造。

1.2 保障煤礦生產(chǎn)作業(yè)人員的生命安全

煤礦開采是一項(xiàng)高危險(xiǎn)性的工作，在煤礦開采時(shí)，工作人員的生命安全放在首位。在煤礦開采過程中必須加強(qiáng)對(duì)工作人員的安全防護(hù)。傳統(tǒng)的煤礦開采過程中，工作人員不能有效對(duì)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行監(jiān)控，容易出現(xiàn)由于環(huán)境原因?qū)е碌陌踩鹿?。而采用自?dòng)化和智能化技術(shù)進(jìn)行煤礦開采時(shí)，工作人員可以在井下作業(yè)時(shí)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，及時(shí)地了解井下的環(huán)境變化。例如：當(dāng)井下溫度過高或者出現(xiàn)危險(xiǎn)情況時(shí)，能及時(shí)發(fā)現(xiàn)并且采取措施降低井下溫度以及危險(xiǎn)程度。在生產(chǎn)過程中，工作人員可以通過監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，一旦出現(xiàn)異常情況能及時(shí)采取措施處理，有效避免由于環(huán)境原因造成的安全事故。

1.3 降低煤礦開采的勞動(dòng)強(qiáng)度

在傳統(tǒng)的煤礦開采過程中，由于技術(shù)水平的限制，大部分工作都是由人工進(jìn)行操作，容易造成工作人員的工作強(qiáng)度過大。而采用自動(dòng)化和智能化技術(shù)進(jìn)行煤礦開采時(shí)，能降低工作人員的工作強(qiáng)度。在傳統(tǒng)煤礦開采過程中，工作人員需要對(duì)整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且還要負(fù)責(zé)井下的一些安全工作，導(dǎo)致工作人員過度疲勞，影響正常的生產(chǎn)作業(yè)。采用自動(dòng)化和智能化技術(shù)進(jìn)行煤礦開采時(shí)，就能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)整個(gè)生產(chǎn)環(huán)境的實(shí)時(shí)監(jiān)控，并且還能夠?qū)崿F(xiàn)井下生產(chǎn)作業(yè)自動(dòng)化操作。在井下作業(yè)時(shí)，工作人員只需要根據(jù)指令進(jìn)行操作，大大降低了工作人員的工作強(qiáng)度。

1.4 降低煤礦采掘生產(chǎn)的經(jīng)濟(jì)成本

煤礦采掘中應(yīng)用機(jī)械自動(dòng)化和智能化技術(shù)，不僅能夠提升生產(chǎn)效率、減少安全生產(chǎn)中面臨的風(fēng)險(xiǎn)隱患，還可以降低煤礦采掘作業(yè)的成本。例如：自動(dòng)化技術(shù)可以減少人工操作的需求，降低勞動(dòng)力成本；智能化系統(tǒng)則可以通過數(shù)據(jù)分析和預(yù)測，優(yōu)化采掘流程，減少資源浪費(fèi)。

2 煤礦采掘機(jī)械自動(dòng)化和智能化的現(xiàn)狀

2.1 采掘工藝和采掘設(shè)備現(xiàn)狀

從采掘工藝上來看，我國大多數(shù)煤礦已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化、自動(dòng)化開采，一些大型煤礦也實(shí)現(xiàn)了無人化開采，但某些小煤礦依然采用傳統(tǒng)的人工開采工藝。隨著機(jī)械化、自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用，煤礦采掘機(jī)械在實(shí)際生產(chǎn)中的作用越來越大，但我國煤炭行業(yè)在這方面的發(fā)展還相對(duì)滯后。從采掘設(shè)備來看，我國煤礦采掘設(shè)備種類多樣，包括截齒、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等。此外，一些先進(jìn)設(shè)備如綜采放頂煤成套技術(shù)、煤層注水技術(shù)等也在煤礦生產(chǎn)中得到了應(yīng)用。我國采煤工藝已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化、智能化發(fā)展，但是從總體上來看，我國煤礦采掘工藝與發(fā)達(dá)國家相比還有較大差距。

2.2 工人現(xiàn)狀

近年來，隨著我國煤礦采掘機(jī)械化水平的提高，煤礦開采從業(yè)人員的數(shù)量呈下降趨勢。有關(guān)資料顯示：我國煤炭開采行業(yè)從業(yè)人員在2000年時(shí)為550萬人，到2015年下降至380萬人，在2016年時(shí)進(jìn)一步下降至285萬人。煤炭開采行業(yè)從業(yè)人員的減少，還與我國當(dāng)前煤炭生產(chǎn)任務(wù)重、勞動(dòng)條件差、勞動(dòng)強(qiáng)度大有直接關(guān)系。目前，煤礦采掘工作主要以人工為主，工作環(huán)境較為惡劣，工作強(qiáng)度大且安全風(fēng)險(xiǎn)高。特別是在當(dāng)前我國煤炭企業(yè)進(jìn)行機(jī)械化、智能化升級(jí)改造的大背景下，煤炭企業(yè)內(nèi)部的從業(yè)人員數(shù)量急劇減少[1]。如果不能采取有效措施引導(dǎo)從業(yè)人員向高技術(shù)水平方向發(fā)展，就可能會(huì)對(duì)煤炭企業(yè)的整體發(fā)展水平產(chǎn)生不利影響。

2.3 資金現(xiàn)狀

對(duì)煤礦采掘機(jī)械進(jìn)行自動(dòng)化和智能化改造，需要投入大量的資金，而我國煤礦采掘行業(yè)整體面臨資金不足、資金投入較少的問題。以某煤礦為例，該企業(yè)購入了大功率的綜采設(shè)備，該設(shè)備價(jià)格昂貴，約為100萬元，一般的中小型煤礦很難承擔(dān)這筆費(fèi)用。另外，在實(shí)際生產(chǎn)過程中，還需要配備相應(yīng)的專業(yè)技術(shù)人員，人力資源成本較高。因此，相關(guān)企業(yè)要加大對(duì)煤礦采掘機(jī)械自動(dòng)化和智能化建設(shè)的投入力度。

3 煤礦采掘機(jī)械自動(dòng)化和智能化的具體應(yīng)用

3.1 工作面刮板輸送機(jī)的應(yīng)用

應(yīng)用工作面刮板輸送機(jī)能將采煤工作面內(nèi)的煤炭運(yùn)輸?shù)降孛嫔?，降低開采工作對(duì)地面交通造成的影響。在工作面刮板輸送機(jī)的運(yùn)行過程中，其主要是依靠液壓系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)動(dòng)力傳輸和控制，需要保證其在較短時(shí)間內(nèi)高效完成運(yùn)行和操作任務(wù)。這就要求在工作面刮板輸送機(jī)的運(yùn)行過程中，對(duì)其控制系統(tǒng)進(jìn)行有效優(yōu)化和改進(jìn)，以便能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)化和智能化控制[2]。此外，在工作面刮板輸送機(jī)運(yùn)行過程中，還需要對(duì)刮板輸送機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控和檢測，一旦發(fā)現(xiàn)設(shè)備出現(xiàn)故障或者問題，應(yīng)該及時(shí)采取相應(yīng)的措施進(jìn)行處理和維修。

3.2 掘進(jìn)工作面中的應(yīng)用

在掘進(jìn)工作面中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)工作面的自動(dòng)化，并且使掘進(jìn)工作面能夠通過智能控制實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，從而進(jìn)一步提高掘進(jìn)效率。在這個(gè)過程中，需要對(duì)不同的掘進(jìn)機(jī)進(jìn)行合理選擇和配置，同時(shí)對(duì)掘進(jìn)機(jī)的性能進(jìn)行分析，從而確定最佳的方案。一般情況下，當(dāng)需要進(jìn)行截割時(shí)，可以使用截割頭；如果需要進(jìn)行轉(zhuǎn)載，則要使用轉(zhuǎn)載頭。在掘進(jìn)工作面中應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)，可以減少工人的勞動(dòng)強(qiáng)度和提升工作效率[3]。例如：在掘進(jìn)機(jī)自動(dòng)截割時(shí)，可以采用單臂截割和雙臂截割兩種方式，將截割頭與轉(zhuǎn)載頭之間的距離保持在8 m左右，同時(shí)還應(yīng)該保證兩者之間的平行度以及垂直度滿足要求；通過對(duì)不同類型的截割頭進(jìn)行合理配置，從而使其適應(yīng)不同類型的掘進(jìn)機(jī)。

3.3 礦用激光導(dǎo)航系統(tǒng)在煤礦采掘中的應(yīng)用

在煤礦采掘中應(yīng)用礦用激光導(dǎo)航系統(tǒng)，主要是為了提高煤礦采掘的效率和安全。該系統(tǒng)可以對(duì)采掘的實(shí)際情況進(jìn)行有效的監(jiān)控，還能夠?qū)﹂_采現(xiàn)場的地質(zhì)結(jié)構(gòu)以及周圍環(huán)境進(jìn)行準(zhǔn)確的監(jiān)測，從而避免一些人為因素所造成的事故。

3.3.1 自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)

自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)在煤礦采掘中的應(yīng)用可以提高煤礦采掘的效率，減少煤礦采掘工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，有效提高煤礦采掘工作人員的工作效率。在自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)應(yīng)用過程中，煤礦采掘人員需要根據(jù)礦用激光導(dǎo)航系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)來完成對(duì)巷道位置以及巷道坡度的判斷，也可以根據(jù)實(shí)際情況對(duì)巷道進(jìn)行修正，從而保證巷道的實(shí)際坡度可以與設(shè)計(jì)坡度相吻合，提高巷道開挖的精確度。自動(dòng)導(dǎo)向系統(tǒng)可以提高煤礦采掘的安全性和精確性，避免由于人為因素所造成的事故，提高了煤礦采掘工作的安全性和精確性[4]。

3.3.2 煤礦巷道的三維導(dǎo)航系統(tǒng)

在煤礦采掘過程中，將三維導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用于煤礦采掘中，可以提高煤礦采掘的質(zhì)量和效率。該系統(tǒng)可以對(duì)煤礦開采現(xiàn)場的相關(guān)信息以及地質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行信息處理和分析，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦開采現(xiàn)場的準(zhǔn)確定位。該系統(tǒng)還可以為工作人員提供巷道的相關(guān)信息，使工作人員不需要通過任何輔助工具就可以準(zhǔn)確地找到自己需要去的地方。這樣不僅可以提高工作效率，還可以降低工作人員的安全風(fēng)險(xiǎn)。同時(shí)，三維導(dǎo)航系統(tǒng)應(yīng)用還可以將井下的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行整合和處理，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下實(shí)際情況的有效監(jiān)控和管理，從而提高煤礦采掘的質(zhì)量和效率。

3.4 綜采工作面液壓支架的應(yīng)用

綜采工作面的液壓支架是實(shí)現(xiàn)煤礦智能化開采的關(guān)鍵裝備。對(duì)于一些具有復(fù)雜地質(zhì)條件的綜采工作面而言，其液壓支架在使用的過程中會(huì)受到很多因素的影響，在綜采工作面液壓支架使用的過程中需要結(jié)合實(shí)際情況來選擇合適的支架。目前我國比較常用的綜采工作面液壓支架是ZY 10000/25/45型掩護(hù)式液壓支架，這種支架在使用中具有比較好的適應(yīng)性和可靠性，可以滿足對(duì)各種煤層厚度、地質(zhì)構(gòu)造以及頂?shù)装迩闆r等方面進(jìn)行開采[5]，能夠提高煤礦生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全性。

4 結(jié)語

綜上所述，當(dāng)前我國煤礦開采技術(shù)的創(chuàng)新不斷取得新進(jìn)展，采煤機(jī)械的自動(dòng)化和智能化水平持續(xù)提升，在提高工作效率和安全性能方面發(fā)揮了顯著作用，已成為煤礦生產(chǎn)的關(guān)鍵技術(shù)。然而，從當(dāng)前實(shí)際情況看，采煤機(jī)械的自動(dòng)化和智能化仍然存在一些問題，需要進(jìn)一步改進(jìn)和完善。企業(yè)需要認(rèn)識(shí)到其重要性，基于當(dāng)前的發(fā)展現(xiàn)狀，合理地應(yīng)用相關(guān)技術(shù)，進(jìn)而提升采掘機(jī)械的智能化與自動(dòng)化水平，為我國煤炭行業(yè)的持續(xù)發(fā)展提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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