煤礦采煤中智能控制技術(shù)的應(yīng)用分析

雷建華

摘要：煤礦是我國(guó)經(jīng)濟(jì)的重要資源，為我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展做出重要的貢獻(xiàn)。做好煤礦的開(kāi)發(fā)利用，應(yīng)用智能控制技術(shù)對(duì)于提高煤礦產(chǎn)量促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展非常重要。

關(guān)鍵詞：煤礦；采煤；智能技術(shù)；應(yīng)用

一、前言

計(jì)算機(jī)技術(shù)的應(yīng)用和發(fā)展，使煤礦采集朝向智能化的趨勢(shì)發(fā)展，在煤礦的生產(chǎn)作業(yè)過(guò)程中，智能控制技術(shù)的應(yīng)用能夠大大提高煤礦生產(chǎn)的自動(dòng)化程度，還能夠節(jié)約能耗，實(shí)現(xiàn)安全作業(yè)，具有重大意義。

二、煤礦采煤技術(shù)的遵守原則

煤礦采煤技術(shù)應(yīng)以安全生產(chǎn)原則為基礎(chǔ)，以經(jīng)濟(jì)適用原則與高煤炭采出率為目的的原則下進(jìn)行。其具體應(yīng)遵守的各項(xiàng)原則的表現(xiàn)如下。

1、安全生產(chǎn)原則

煤礦開(kāi)采中安全生產(chǎn)原則是煤礦開(kāi)采中最為基礎(chǔ)的，其不僅可以確保煤礦開(kāi)采的技術(shù)落實(shí)，也可以對(duì)開(kāi)采者的生命財(cái)產(chǎn)安全起到保護(hù)。煤礦開(kāi)采企業(yè)應(yīng)對(duì)開(kāi)采過(guò)程中的各個(gè)細(xì)節(jié)及開(kāi)采流程不斷進(jìn)行反復(fù)核查，極力確保設(shè)備和人員的安全標(biāo)準(zhǔn)。例如：為確保地下安全作業(yè)的需求及工人安全問(wèn)題的需要，在進(jìn)行巷道布置時(shí)應(yīng)謹(jǐn)慎，一定要布置通風(fēng)、防止瓦斯、防火的通道。

2、經(jīng)濟(jì)適用原則

經(jīng)濟(jì)適用主要是針對(duì)煤礦開(kāi)采中的采煤技術(shù)與環(huán)境的投入方面應(yīng)保持合理、適度。經(jīng)濟(jì)適用原則可在很大程度上提高勞動(dòng)力、提高產(chǎn)品的產(chǎn)量、促進(jìn)組織管理、節(jié)約成本及降低開(kāi)采成本等。在選擇合理的采煤技術(shù)的同時(shí)，又要對(duì)煤礦開(kāi)采的產(chǎn)量與效率以及煤礦開(kāi)采的掘進(jìn)量進(jìn)行考慮。

3、煤炭采出率的高低直接關(guān)系到煤炭的損失。提高煤炭的采出率可在很大程度上杜絕煤炭的自燃現(xiàn)象，其不僅可以避免火災(zāi)的發(fā)生，也可以在很大程度上減少煤炭的損失。

三、現(xiàn)代煤礦高效掘進(jìn)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

上個(gè)世紀(jì)八十年代，我國(guó)進(jìn)行了大范圍的礦井設(shè)計(jì)改革，取消了巖石集中地區(qū)的巷道布置方式，在煤層中布置采準(zhǔn)巷道和開(kāi)拓巷道，煤巷比例不斷增加，占總掘進(jìn)巷道的 70%。因此煤巷掘進(jìn)技術(shù)水平的高低將直接影響煤炭開(kāi)采的質(zhì)量和效益。目前我國(guó)煤巷掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展主要有以下特點(diǎn)。

1、掘進(jìn)方式

（1）煤巷綜合機(jī)械化掘進(jìn)

該方式也可稱之為懸臂式掘進(jìn)機(jī)和單機(jī)錨桿鉆機(jī)的配套作業(yè)線，在我國(guó)煤礦開(kāi)采中廣泛應(yīng)用，以懸臂式掘進(jìn)機(jī)為主要的掘進(jìn)機(jī)械。目前，我國(guó)研制的煤巷掘進(jìn)機(jī)的生產(chǎn)能力較大，工作的穩(wěn)定性較好。以液壓馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)載機(jī)構(gòu)，減少了設(shè)備的維護(hù)量。同時(shí)，在電氣系統(tǒng)方面，采用了 PLC 控制的方法，具有故障診斷功能和工況檢測(cè)功能，可靠性較高。

（2）錨桿鉆車與連續(xù)采煤機(jī)配套作業(yè)線

該方式需要進(jìn)行多巷掘進(jìn)，在換位交叉施工中，進(jìn)行掘進(jìn)作業(yè)，以連續(xù)采煤機(jī)作為最主要的掘進(jìn)機(jī)械。該機(jī)械是一種具有大截割寬度的，并集合采煤、裝運(yùn)、行走一體的綜合化的掘采設(shè)備。在國(guó)外，主要運(yùn)用于多巷或者雙巷快速掘進(jìn)，還適用于短壁的開(kāi)采，逐漸成為了現(xiàn)代高效礦井的主要設(shè)備。

（3）掘錨機(jī)組一體化掘進(jìn)

該方式目前還處于工程試驗(yàn)階段，只在某些特殊的地區(qū)使用。掘錨機(jī)組是當(dāng)今世界代表高效掘進(jìn)設(shè)備的最高技術(shù)水平，掘錨機(jī)組是一種掘錨一體化的設(shè)備，也是一種新的掘進(jìn)機(jī)型，我國(guó)目前還處于實(shí)驗(yàn)和研究階段。

2、掘進(jìn)設(shè)備

自上個(gè)世紀(jì) 60 年代以來(lái)，我國(guó)借鑒國(guó)外的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)始研制煤礦掘進(jìn)技術(shù)，開(kāi)始了國(guó)產(chǎn)化掘進(jìn)技術(shù)和掘進(jìn)機(jī)械的研發(fā)，取得了一定的成果，但主要以小功率的掘進(jìn)機(jī)為主，規(guī)模比較小。到 70 年代末，我國(guó)大量引進(jìn)國(guó)外掘進(jìn)設(shè)備，懸臂式掘進(jìn)機(jī)得到推廣，推動(dòng)了我國(guó)掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，已成功研制了 20 多種型號(hào)的煤礦掘進(jìn)機(jī)，掘進(jìn)功率及掘進(jìn)機(jī)的加工制造能力都有了很大提升，系列化產(chǎn)品也逐步形成。但與國(guó)外相比，我國(guó)的掘進(jìn)設(shè)備在適應(yīng)性、可靠性、破巖能力方面還存在著很大差距。在掘進(jìn)設(shè)備方面，連續(xù)采煤機(jī)、大功率重型掘進(jìn)機(jī)、四臂錨桿鉆車幾乎被國(guó)外的廠商占領(lǐng)，國(guó)產(chǎn)的重型掘進(jìn)設(shè)備在加工工藝、關(guān)鍵技術(shù)指標(biāo)、設(shè)計(jì)制造、自動(dòng)化技術(shù)方面還存在著一些問(wèn)題，因此，應(yīng)加大煤礦掘進(jìn)技術(shù)的改進(jìn)，以提高煤礦開(kāi)采作業(yè)工效，促進(jìn)煤礦開(kāi)采業(yè)的發(fā)展。

四、常見(jiàn)的煤炭開(kāi)采技術(shù)

1、常規(guī)機(jī)械化開(kāi)采

常規(guī)采煤設(shè)備主要包括可彎曲刮板運(yùn)輸機(jī)、刨煤機(jī)或滾筒采煤機(jī)以及單體液壓支柱或摩擦金屬支柱等。這些機(jī)械設(shè)備的特征是實(shí)現(xiàn)了裝、落、運(yùn)等的機(jī)械化處理。在采煤的過(guò)程中，一個(gè)循環(huán)的操作流程主要包括采煤機(jī)割煤、跟機(jī)掛梁、清除浮煤、移溜打柱、開(kāi)上下缺口等。

2、綜合機(jī)械化采煤

如果遇到傾角較小、賦存比較穩(wěn)定的煤層則需要采用綜合機(jī)械采煤形式，常見(jiàn)的是使用綜采面雙滾筒采煤機(jī)進(jìn)行割煤。而對(duì)于煤層傾角較大、頂板穩(wěn)定性較差或者受其他因素影響的工作面則比較適合采用往返一次一刀的割煤方式。綜合機(jī)械化采煤過(guò)程中，對(duì)于進(jìn)刀方式的要求比較嚴(yán)格，常見(jiàn)的操作為：工作端面適合斜切進(jìn)刀，綜采面適合中部進(jìn)刀，其他的多采用直接推入進(jìn)刀或滾筒鉆入進(jìn)刀。

3、放頂煤技術(shù)

放頂煤開(kāi)采技術(shù)主要是提高放頂煤的開(kāi)采資源采出率技術(shù)。本項(xiàng)技術(shù)主要特點(diǎn)是運(yùn)用頂煤冒放控制理論，以提高工作面頂煤放出率為主，解決相應(yīng)的頂煤損失問(wèn)題，這一理論包括頂煤冒放性分類，放頂煤可行性論證，拱式放煤理論，頂煤冒塊預(yù)測(cè)以及頂煤放出率預(yù)測(cè)。

五、智能控制技術(shù)在采煤機(jī)中的應(yīng)用

1、測(cè)試技術(shù)概況

測(cè)試需要進(jìn)行實(shí)驗(yàn)和測(cè)量，它是通過(guò)客觀事物中的相關(guān)信息，對(duì)其認(rèn)識(shí)的一個(gè)過(guò)程。在測(cè)試的過(guò)程中，需要采集數(shù)據(jù)并對(duì)其進(jìn)行處理，還需要完成對(duì)仿真系統(tǒng)的操作，也就是控制，還有被測(cè)對(duì)象的負(fù)載和運(yùn)行環(huán)境的模擬。測(cè)試技術(shù)的發(fā)展需要經(jīng)歷三個(gè)階段：

（1）手動(dòng)階段，也就是需要人工進(jìn)行對(duì)數(shù)據(jù)采集、處理和仿真系統(tǒng)的控制；

（2）自動(dòng)測(cè)試，通過(guò)數(shù)據(jù)采集所構(gòu)成的測(cè)量裝置，能夠采用自動(dòng)進(jìn)行，但是在分析和處理測(cè)量數(shù)據(jù)的過(guò)程中，仿真系統(tǒng)的控制還需要人工進(jìn)行；

（3）通過(guò)計(jì)算機(jī)及其外圍的設(shè)備，計(jì)算機(jī)的輔助測(cè)試可以替代人工操作，需要計(jì)算機(jī)進(jìn)行相關(guān)的處理，但是，這可以在很大程度上提高測(cè)試的速度和精度，擴(kuò)大測(cè)試的范圍。

2、測(cè)試系統(tǒng)工作原理

（1）液壓泵試驗(yàn)。如果驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩速傳感器和變速箱，電機(jī)就能夠加載調(diào)節(jié)后的溢流閥例，通過(guò)檢測(cè)元件，就能夠?qū)罕玫母黜?xiàng)性能參數(shù)直接檢測(cè)出。下圖1為液壓泵試驗(yàn)原理。

（2）液壓馬達(dá)試驗(yàn)。電機(jī)驅(qū)動(dòng)液壓泵，當(dāng)液壓泵排出的高壓油進(jìn)入到被試液壓馬達(dá)后，檢測(cè)元件就能夠檢測(cè)出馬達(dá)性能參數(shù)。下圖2為液壓馬達(dá)試驗(yàn)原理。

（3）牽引部試驗(yàn)。采煤機(jī)的主電機(jī)能夠驅(qū)動(dòng)牽引部，但是需要連接牽引部鏈輪輸出軸和加載裝置，在溢流閥加載的幫助下，其原理能夠達(dá)到液壓馬達(dá)的效果，可以采用同一加載系統(tǒng)。下圖3為牽引部試驗(yàn)原理。

六、現(xiàn)代煤礦高效掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

從煤礦掘進(jìn)技術(shù)的發(fā)展情況來(lái)看，硬巖掘進(jìn)機(jī)有了很大的改進(jìn)，因此現(xiàn)代煤礦高效掘進(jìn)技術(shù)將呈現(xiàn)以下發(fā)展趨勢(shì)：

1、掘進(jìn)機(jī)智能化、自動(dòng)化。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的快速發(fā)展，計(jì)算機(jī)斷面控制系統(tǒng)和遙控系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于煤礦掘進(jìn)，主要表現(xiàn)為：推進(jìn)方向監(jiān)控、全功能遙控、智能監(jiān)測(cè)、預(yù)報(bào)型故障診斷、記憶截割、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸?shù)?，特別是在巷道截?cái)嗝娉叽缂熬蜻M(jìn)方向監(jiān)控方面，取得了很好的效果。通過(guò)遠(yuǎn)程機(jī)組實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制，提高生產(chǎn)效率及其安全生產(chǎn)能力。

2、多功能一體化。即掘進(jìn)機(jī)主機(jī)集成機(jī)載錨鉆系統(tǒng)、機(jī)載臨時(shí)支護(hù)系統(tǒng)、機(jī)載除塵系統(tǒng)等，通過(guò)多功能集成達(dá)到提高單機(jī)成巷速度和安全生產(chǎn)的目標(biāo)。因此要解決掘進(jìn)機(jī)前載錨鉆系統(tǒng)和掘進(jìn)機(jī)后配套橋式帶式轉(zhuǎn)載機(jī)加可伸縮帶式轉(zhuǎn)載機(jī)問(wèn)題，這樣就能解決掘進(jìn)機(jī)后配礦車的轉(zhuǎn)載運(yùn)輸問(wèn)題，并有利于掘進(jìn)機(jī)向不具備連續(xù)運(yùn)輸設(shè)備的生產(chǎn)礦井應(yīng)用。同時(shí)實(shí)現(xiàn)掘進(jìn)機(jī)附件化，保留掘進(jìn)機(jī)原有主要功能外，還將降塵、輔助支護(hù)等裝置以附件形式出現(xiàn)，在掘進(jìn)機(jī)上搭載，用戶可根據(jù)需要選擇裝配。

3、適用范圍擴(kuò)大。由于掘進(jìn)機(jī)截割硬度與截割斷面不斷加大，因此在不同巖石掘進(jìn)中的巷道斷面、底板比壓、研磨強(qiáng)度等方面的適應(yīng)能力和適應(yīng)范圍將不斷提高。

4、以自動(dòng)化管理方法，保證掘進(jìn)機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中按照電機(jī)的負(fù)荷情況及時(shí)調(diào)整截割深度，優(yōu)化牽引速度、運(yùn)行軌跡、截割速度和深度等。

5、加強(qiáng)支護(hù)設(shè)備的研制，保證掘進(jìn)機(jī)在掘進(jìn)工作中的平穩(wěn)性，也減少巷道支護(hù)的工作量，減少掘進(jìn)隊(duì)的人數(shù)，這樣也能大大減少人工成本。

七、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，煤礦生產(chǎn)作業(yè)中，智能化控制技術(shù)的應(yīng)用能夠大大降低井下作業(yè)的危險(xiǎn)，是煤炭安全生產(chǎn)的保障。隨著智能化控制技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，該項(xiàng)技術(shù)也將具有更加廣闊的發(fā)展空間。

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