煤炭智能化開采模式和關(guān)鍵技術(shù)研究

田成金

(北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司， 北京 100013)

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綜述

煤炭智能化開采模式和關(guān)鍵技術(shù)研究

田成金

(北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司， 北京 100013)

針對(duì)智能化開采的概念、模式和技術(shù)存在模糊的現(xiàn)狀，簡(jiǎn)述了無(wú)人化技術(shù)、智能化技術(shù)和數(shù)字化技術(shù)的概念和區(qū)別。結(jié)合采煤技術(shù)發(fā)展的歷程,基于采煤技術(shù)手段的變革，提出了智能化開采的2種技術(shù)模式：智能自適應(yīng)開采技術(shù)模式和工作面自動(dòng)化+可視化遠(yuǎn)程干預(yù)半智能開采技術(shù)模式，分別對(duì)這2種技術(shù)模式的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析研究。研究結(jié)果表明，2種技術(shù)模式皆能實(shí)現(xiàn)智能開采并滿足實(shí)際應(yīng)用需求，未來(lái)趨向于2種模式交叉并列發(fā)展，以實(shí)現(xiàn)采煤工作面的智能控制。

工作面自動(dòng)化； 煤炭開采; 智能化開采； 自適應(yīng)開采； 遠(yuǎn)程干預(yù)； 直線度控制； 自適應(yīng)調(diào)高

0 引言

安全智能、綠色高效開采已成為我國(guó)煤礦開采技術(shù)發(fā)展的主要方向，應(yīng)用智能化技術(shù)和裝備實(shí)現(xiàn)智能采煤是促進(jìn)我國(guó)煤礦由勞動(dòng)密集型向兩化融合人才技術(shù)密集型轉(zhuǎn)變和煤炭行業(yè)由數(shù)量、速度型向質(zhì)量、效益型轉(zhuǎn)變，提高煤礦安全生產(chǎn)保障的重要手段。從煤炭行業(yè)的發(fā)展歷程看，我國(guó)煤炭開采模式先后經(jīng)歷了人工鎬刨、炮采、普采、綜采、自動(dòng)化信息化采煤等歷史發(fā)展階段，特別是過(guò)去10余年來(lái)，自動(dòng)化信息化采煤技術(shù)獲得了較快發(fā)展，一批以數(shù)字化和信息化為技術(shù)特征的先進(jìn)礦井應(yīng)運(yùn)而生，在智能開采關(guān)鍵技術(shù)方面取得了重大突破[1]，為智能開采奠定了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)基礎(chǔ)。澳大利亞等發(fā)達(dá)國(guó)家的礦井采用綜采工作面自動(dòng)化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)了少人化智能開采[2]，我國(guó)黃陵礦業(yè)采用國(guó)產(chǎn)綜采工作面智能化控制技術(shù)和裝備實(shí)現(xiàn)了無(wú)人操作、1人巡視的智能化開采并得到了推廣應(yīng)用[3]。但是針對(duì)智能開采的概念和模式、技術(shù)路線、關(guān)鍵技術(shù)等，還存在一些模糊的認(rèn)識(shí)，筆者著重從這幾個(gè)方面對(duì)智能化開采的模式和關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行綜合研究。

1 智能化開采概念和模式分類

1.1 智能化開采概念分析

近年來(lái)，隨著我國(guó)智能開采技術(shù)的發(fā)展，相關(guān)單位和學(xué)者從自身研究角度出發(fā)，針對(duì)智能開采技術(shù)提出了眾多概念，包括無(wú)人化或少人化技術(shù)、智能化或智能化開采技術(shù)、數(shù)字化信息化技術(shù)等，由于沒(méi)有嚴(yán)格的區(qū)分，各方根據(jù)自身的理解給出了眾多的定義，給從業(yè)者造成了一些困擾，筆者根據(jù)自身的研究作如下解讀。

(1) 無(wú)人化或少人化技術(shù)：以實(shí)現(xiàn)工作面內(nèi)無(wú)人或少人操作為最高目標(biāo)，為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)可以采取多種技術(shù)和手段，只要保證工作面內(nèi)無(wú)人或少人并實(shí)現(xiàn)正常采煤即可，因此，所有的機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化等技術(shù)和產(chǎn)品都是為實(shí)現(xiàn)無(wú)人化目標(biāo)服務(wù)?；谶@個(gè)目標(biāo),在實(shí)現(xiàn)過(guò)程中采用的先進(jìn)有效技術(shù)可稱之為無(wú)人化技術(shù)[4-5]。

(2) 智能化或智能化開采技術(shù)：智能化或智能化開采是從操作手段和功能的實(shí)現(xiàn)角度進(jìn)行論述的，表征的是根據(jù)特定采煤工藝實(shí)現(xiàn)采煤的技術(shù)水平的高低，與手動(dòng)操作采煤手段、自動(dòng)化操作采煤手段相對(duì)應(yīng)，因此，智能化開采技術(shù)的概念較能夠體現(xiàn)采煤方式的技術(shù)水平。

(3) 數(shù)字化信息化技術(shù)：數(shù)字化信息化是從工作面設(shè)備數(shù)據(jù)流的特征和交互方式的表述角度進(jìn)行論述的，是表征工作面開采裝備先進(jìn)程度的一個(gè)指標(biāo)，是用于衡量開采裝備先進(jìn)程度的充分非必要指標(biāo)，不能完全用于表征開采控制技術(shù)的高低或先進(jìn)程度[6-7]。

1.2 智能化開采模式分類研究

綜合以上論述，結(jié)合采煤技術(shù)發(fā)展的歷程來(lái)看，智能化開采模式基本上以采煤技術(shù)手段的變革為劃代特征較為合理，因此，智能化采煤技術(shù)用于表征當(dāng)前的技術(shù)發(fā)展水平較為合適，無(wú)人化和少人化作為該種技術(shù)發(fā)展的目標(biāo)?；诖耍鶕?jù)我國(guó)當(dāng)前采煤技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀，提出了智能開采技術(shù)的2種模式：一種是智能自適應(yīng)開采技術(shù)模式，另一種是工作面自動(dòng)化+可視化遠(yuǎn)程干預(yù)半智能開采技術(shù)模式。2種技術(shù)模式的目標(biāo)都是實(shí)現(xiàn)綜采工作面的無(wú)人化和少人化采煤，減少工作面的人員，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化，間接提升人員的安全水平。2種模式的關(guān)鍵技術(shù)路徑對(duì)比如圖1所示。

圖1 2種模式的關(guān)鍵技術(shù)路徑對(duì)比

2種技術(shù)模式的關(guān)鍵技術(shù)路徑都是以綜采成套裝備為載體，以綜采自動(dòng)化技術(shù)為共同基礎(chǔ)，通過(guò)發(fā)展不同的技術(shù)方法實(shí)現(xiàn)綜采工作面的無(wú)人或少人化采煤，提升工作效率和保障人員安全。無(wú)人化或少人化技術(shù)應(yīng)是包括綜采自動(dòng)化技術(shù)、智能自適應(yīng)開采技術(shù)和可視化遠(yuǎn)程干預(yù)半智能開采技術(shù)及其他路徑關(guān)鍵技術(shù)的集合體。

2 智能自適應(yīng)開采技術(shù)模式

智能自適應(yīng)開采技術(shù)模式是指根據(jù)上層控制系統(tǒng)需求指令自動(dòng)執(zhí)行調(diào)度，通過(guò)對(duì)煤層賦存條件和環(huán)境因素的智能感知，回采工作面的采煤設(shè)備自主實(shí)現(xiàn)設(shè)備的自感知、調(diào)節(jié)控制和任務(wù)動(dòng)作，完成整個(gè)采煤過(guò)程和工作面的支護(hù)、推進(jìn)等過(guò)程，整個(gè)過(guò)程無(wú)人工參與操作，全部依賴工作面的設(shè)備自主實(shí)現(xiàn)采煤過(guò)程的智能感知和控制。該種模式是采煤技術(shù)發(fā)展的最終目標(biāo)，是技術(shù)集成和應(yīng)用的最高級(jí)形式，由于其核心關(guān)鍵技術(shù)未突破，暫時(shí)還未有完整技術(shù)的具體實(shí)踐,但部分技術(shù)已實(shí)現(xiàn)應(yīng)用。

2.1 關(guān)鍵技術(shù)

(1) 直線度控制和水平控制技術(shù)。直線度控制技術(shù)可在工作面連續(xù)推進(jìn)的過(guò)程中，保證綜采裝備在工作面傾斜長(zhǎng)度方向上始終處于直線狀態(tài)，確保輸送機(jī)、支架排列整齊和連續(xù)推進(jìn)，避免推進(jìn)過(guò)程中工作面超百臺(tái)液壓支架和刮板輸送機(jī)等重型設(shè)備排列混亂，導(dǎo)致無(wú)法連續(xù)推進(jìn)和因彎曲度過(guò)大導(dǎo)致設(shè)備損壞等問(wèn)題。國(guó)內(nèi)通過(guò)多項(xiàng)技術(shù)手段對(duì)直線度控制技術(shù)進(jìn)行了試驗(yàn)和驗(yàn)證，比較典型的有以下幾種：一是在相鄰液壓支架安裝傳感器，利用傳感器感知相對(duì)位置實(shí)現(xiàn)工作面液壓支架找直控制的方法；二是通過(guò)尋求固定的參照點(diǎn)進(jìn)行移架控制，在液壓支架上安裝激光測(cè)距儀，檢測(cè)液壓支架相對(duì)于煤壁或刮板輸送機(jī)的位置[8]，以消除液壓支架與刮板輸送機(jī)連接銷耳之間的竄動(dòng)誤差累積；三是在刮板輸送機(jī)上進(jìn)行激光定標(biāo)，在工作面建立二維坐標(biāo)系，通過(guò)高清攝像儀拍攝圖像并與標(biāo)準(zhǔn)位置圖像進(jìn)行比對(duì)，確定系統(tǒng)需要調(diào)整的偏移量。但這些方法均因受制于現(xiàn)場(chǎng)的復(fù)雜因素，無(wú)法推廣應(yīng)用。

水平控制技術(shù)是指根據(jù)預(yù)先繪制的三維地質(zhì)模型實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的俯仰和傾斜控制。三維地質(zhì)模型能夠精確反映煤層起伏變化、傾角、斷層等構(gòu)造特征，可指導(dǎo)采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)俯仰控制，難點(diǎn)在于精確繪制三維地質(zhì)模型，目前國(guó)內(nèi)外對(duì)此項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了相關(guān)研究，采用慣導(dǎo)級(jí)的航空激光陀螺儀研制了工作面高精度慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，結(jié)合高精度的地理信息數(shù)據(jù)，繪制地質(zhì)模型。

針對(duì)以上2項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)，澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究院(CSIRO)與澳大利亞采礦技術(shù)與裝備研究中心、綜采工作面自動(dòng)控制委員會(huì)等科研機(jī)構(gòu)自2001年起開展了聯(lián)合攻關(guān)，并于2008年成功研制一套綜采工作面自動(dòng)化控制技術(shù)(以下簡(jiǎn)稱LASC技術(shù))，經(jīng)過(guò)幾年完善，至2015年已升級(jí)為L(zhǎng)ASC第二代技術(shù)。該技術(shù)的核心點(diǎn)包括以下4個(gè)方面：采煤機(jī)位置的精確測(cè)量技術(shù)、工作面自動(dòng)化矯直技術(shù)、工作面自動(dòng)化水平控制技術(shù)和高級(jí)三維可視化技術(shù)。該技術(shù)的工作流程如下：① 通過(guò)預(yù)先獲取地質(zhì)勘探數(shù)據(jù)和工作面兩巷的掘進(jìn)數(shù)據(jù)構(gòu)建工作面三維地質(zhì)模型，描繪出工作面煤層大體分布情況的曲線圖，得到煤層頂?shù)装逶诳臻g的絕對(duì)定位，模型精度達(dá)到50 mm，能夠準(zhǔn)確反映出煤層的起伏、傾角和斷層等構(gòu)造情況；② 通過(guò)安裝于采煤機(jī)上的高精度激光光纖陀螺儀和慣導(dǎo)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)低速運(yùn)動(dòng)和高振動(dòng)狀態(tài)下在工作面的精確定位，得到采煤機(jī)在工作面的三維絕對(duì)定位數(shù)據(jù)，并在采煤機(jī)行進(jìn)過(guò)程中，利用該數(shù)據(jù)對(duì)三維地質(zhì)模型的空間絕對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)修正，全程定位誤差達(dá)到100 mm；③ 工作面自動(dòng)化矯直技術(shù)涉及的系統(tǒng)包括LASC控制系統(tǒng)、采煤機(jī)精確測(cè)量定位系統(tǒng)和液壓支架電液控制系統(tǒng)，三方聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)工作面的自動(dòng)矯直。每當(dāng)完成一個(gè)方向的割煤后，采煤機(jī)精確測(cè)量定位系統(tǒng)即可描繪出推進(jìn)方向上的采煤機(jī)行走曲線圖，該曲線圖的絕對(duì)定位可與三維地質(zhì)模型絕對(duì)定位進(jìn)行比較，得到2個(gè)端點(diǎn)的絕對(duì)定位，將2個(gè)端點(diǎn)連成的直線作為本次的目標(biāo)線，LASC系統(tǒng)指示液壓支架電液控制系統(tǒng)完成支架的推溜，以彌補(bǔ)誤差，實(shí)現(xiàn)工作面設(shè)備的矯直，控制誤差達(dá)到50 mm；④ 工作面的水平控制技術(shù)涉及的系統(tǒng)包括LASC控制系統(tǒng)、采煤機(jī)精確測(cè)量定位系統(tǒng)和采煤機(jī)控制系統(tǒng)。根據(jù)三維地質(zhì)模型的數(shù)據(jù)，采煤機(jī)控制系統(tǒng)控制采煤機(jī)完成俯仰、傾斜和滾筒的高度調(diào)節(jié)控制，當(dāng)工作面出現(xiàn)變化時(shí)，采煤機(jī)司機(jī)對(duì)采煤機(jī)實(shí)施人工操作和調(diào)節(jié)，完成本刀割煤后，采煤機(jī)精確測(cè)量定位系統(tǒng)繪制完成實(shí)際的采煤機(jī)三維數(shù)據(jù)圖，并與三維地質(zhì)模型實(shí)時(shí)比較，對(duì)其進(jìn)行修正，作為下次采煤機(jī)割煤的依據(jù)。

(2) 自適應(yīng)調(diào)高技術(shù)。自適應(yīng)調(diào)高技術(shù)包括煤巖界面自動(dòng)識(shí)別感知技術(shù)和智能化控制技術(shù)。煤巖界面自動(dòng)識(shí)別感知技術(shù)用于智能自適應(yīng)開采過(guò)程中，采煤機(jī)行進(jìn)時(shí)可根據(jù)煤層的賦存彎曲程度自動(dòng)調(diào)節(jié)滾筒高度，正常割煤，避免滾筒割到頂、底板的巖石，實(shí)現(xiàn)高效率割煤和保障煤炭的高質(zhì)量。此項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)是實(shí)現(xiàn)無(wú)人自動(dòng)化開采的前提條件。國(guó)內(nèi)外已將20余種理論方法用于煤巖界面自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的研究，包括γ射線、振動(dòng)頻譜傳感系統(tǒng)、測(cè)力截齒、同位素、噪聲、紅外線、紫外線、超聲波、無(wú)線電波、雷達(dá)探測(cè)等[9]，還有基于多種探測(cè)方式的多種算法研究，包括基于高斯混合聚類的煤巖識(shí)別算法[9]、基于小波域非對(duì)稱廣義高斯模型的煤巖識(shí)別算法[10]、基于ANFIS的多信息融合煤巖識(shí)別方法[11]、基于Meanshift算法的識(shí)別方法[12]等，但因煤巖賦存的多樣性，目前都未有成功應(yīng)用，成為制約自適應(yīng)調(diào)高技術(shù)發(fā)展的主要因素。智能化控制技術(shù)是指對(duì)采煤機(jī)滾筒的實(shí)時(shí)高度進(jìn)行調(diào)節(jié)的技術(shù)，該技術(shù)的依據(jù)是煤巖界面的識(shí)別曲線，核心在于實(shí)時(shí)響應(yīng)性能，已達(dá)到幾十毫秒的控制延時(shí)。針對(duì)記憶截割的智能控制技術(shù)目前已較為成熟，唯一不同點(diǎn)在于已知界面識(shí)別曲線和實(shí)時(shí)界面識(shí)別曲線。因此，自適應(yīng)調(diào)高技術(shù)的難點(diǎn)在于煤巖界面的自動(dòng)識(shí)別感知。自適應(yīng)調(diào)高技術(shù)是智能自適應(yīng)開采技術(shù)模式的核心關(guān)鍵技術(shù)，是衡量該模式能否成功應(yīng)用的最重要指標(biāo)。

(3) 自動(dòng)調(diào)度控制技術(shù)。自動(dòng)調(diào)度控制技術(shù)是“按需生產(chǎn)”模式，智能控制系統(tǒng)依據(jù)煤炭需求量智能控制采煤機(jī)的采煤速度、推進(jìn)速度。其中煤炭需求量是最主要的輸入?yún)?shù)，煤層厚度、工作面傾角、瓦斯、水文、主運(yùn)輸膠帶系統(tǒng)的運(yùn)輸能力等參數(shù)作為輔助參數(shù)，系統(tǒng)根據(jù)生產(chǎn)需求量，綜合參考輔助參數(shù)，計(jì)算出采煤機(jī)的采煤和推進(jìn)速度，智能調(diào)控工作面各設(shè)備依據(jù)該模型實(shí)現(xiàn)智能化生產(chǎn)。該技術(shù)正處于研究中，目前并無(wú)實(shí)際應(yīng)用，但部分技術(shù)已獲得應(yīng)用。

2.2 應(yīng)用情況

澳大利亞布爾加礦應(yīng)用LASC技術(shù)實(shí)現(xiàn)了綜采工作面的自動(dòng)化控制。該綜采工作面傾斜長(zhǎng)度為400 m，煤層厚度為3～3.2 m，工作面走向長(zhǎng)度為3 400 m；整體控制系統(tǒng)以LASC控制系統(tǒng)為核心，配套使用JOY成套綜采裝備和液壓支架電液控制系統(tǒng)(RS20S)。通過(guò)應(yīng)用LASC控制系統(tǒng)，該工作面工人數(shù)量減少到3人，1人操作采煤機(jī)，1人操作液壓支架，1人巡視工作面。 直線度控制精度達(dá)到50 mm，減輕了支架操作工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。該系統(tǒng)可通過(guò)模型模擬采煤機(jī)行走過(guò)程中頂?shù)装宓钠鸱闆r，通過(guò)軟件技術(shù)預(yù)知前方的煤層水平分布情況，實(shí)現(xiàn)工作面設(shè)備的水平控制。

3 工作面自動(dòng)化+可視化遠(yuǎn)程干預(yù)半智能開采技術(shù)模式

由于實(shí)現(xiàn)智能自適應(yīng)開采技術(shù)模式目前面臨著一系列難題，一些關(guān)鍵技術(shù)難以突破,如自動(dòng)調(diào)高依據(jù)的賦存曲線的煤巖分界技術(shù)、工作面采煤設(shè)備經(jīng)過(guò)多次移架推溜后序列化的位置排列不整齊等，非常需要一種能夠繞開這些關(guān)鍵技術(shù)的方法,以另一種思路和技術(shù)路線解決回采工作面的智能無(wú)人化采煤?jiǎn)栴}，因此,提出了工作面自動(dòng)化+可視化遠(yuǎn)程干預(yù)半智能開采技術(shù)模式：以采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)等設(shè)備為控制對(duì)象，通過(guò)建立以工作面運(yùn)輸巷集控中心為控制樞紐的智能控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)回采工作面的自動(dòng)化控制；以全工作面的視頻系統(tǒng)為監(jiān)視手段，操作人員在監(jiān)控中心實(shí)時(shí)監(jiān)視智能化采煤過(guò)程中的設(shè)備，對(duì)自動(dòng)化運(yùn)行過(guò)程中沒(méi)有按照程序要求完成的設(shè)備進(jìn)行實(shí)時(shí)人工遠(yuǎn)程干預(yù)。通過(guò)積極的實(shí)踐，該種技術(shù)模式獲得了典型的示范應(yīng)用。

3.1 關(guān)鍵技術(shù)

(1) 遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)操作技術(shù)。遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)操作技術(shù)是可視化遠(yuǎn)程干預(yù)半智能開采技術(shù)的控制執(zhí)行環(huán)節(jié)，可針對(duì)工作面記憶割煤和跟機(jī)自動(dòng)化過(guò)程中出現(xiàn)的變化和設(shè)備動(dòng)作不到位的情況及時(shí)作出調(diào)整[13]。該技術(shù)的實(shí)施主要包括3個(gè)方面：一是需要研制位于工作面運(yùn)輸巷集控中心內(nèi)以液壓支架、采煤機(jī)模型為依據(jù)的遠(yuǎn)程操作臺(tái)，使得遠(yuǎn)程干預(yù)操作準(zhǔn)確、快速、實(shí)用；二是需要建立綜采工作面的工業(yè)以太網(wǎng)與現(xiàn)場(chǎng)總線深度融合的網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng)[14]，增強(qiáng)遠(yuǎn)程干預(yù)的實(shí)時(shí)性，工作面液壓支架200個(gè)節(jié)點(diǎn)的遠(yuǎn)程控制延時(shí)要盡量小于500 ms，以有效解決液壓支架遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制難題，采煤機(jī)的遠(yuǎn)程控制延時(shí)要小于300 ms,以有效解決采煤機(jī)遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)控制難題；三是需要研發(fā)軟件控制平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)綜采工作面過(guò)程數(shù)據(jù)監(jiān)控、視頻監(jiān)控、三維虛擬現(xiàn)實(shí)、人機(jī)交互輸入、語(yǔ)音對(duì)講、視頻通話等功能的融合統(tǒng)一，能夠?qū)崿F(xiàn)可靠、靈活、便利的遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)操作控制。

(2) 現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景遠(yuǎn)程呈現(xiàn)技術(shù)?，F(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景遠(yuǎn)程呈現(xiàn)技術(shù)是指將綜采工作面內(nèi)的整體狀態(tài)以畫面形式在遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)操作臺(tái)實(shí)時(shí)呈現(xiàn)的技術(shù)，用于操作人員遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)觀察工作面內(nèi)采煤機(jī)滾筒、液壓支架、刮板輸送機(jī)的狀態(tài)，當(dāng)發(fā)現(xiàn)工作面設(shè)備偏離原有軌跡或工作面情況有變化時(shí)，操作人員通過(guò)遠(yuǎn)程操作臺(tái)對(duì)工作面設(shè)備進(jìn)行單獨(dú)操作，例如當(dāng)液壓支架的動(dòng)作不到位或者采煤機(jī)滾筒遇到頂板變化時(shí)進(jìn)行人工遠(yuǎn)程干預(yù)調(diào)整。該技術(shù)主要包括現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景的智能捕捉和感知、智能追蹤和接力、實(shí)時(shí)性智能處理和畫面拼接呈現(xiàn)技術(shù)[15]，最終結(jié)果和要求是操作人員在遠(yuǎn)程操作集控中心可實(shí)時(shí)連續(xù)地監(jiān)視采煤機(jī)前后滾筒的狀態(tài)和全工作面的狀況。

(3) 人工調(diào)度控制技術(shù)。人工調(diào)度控制技術(shù)相對(duì)于智能調(diào)度控制技術(shù)，同樣是 “按需生產(chǎn)”模式，由人工依據(jù)需求量控制采煤機(jī)的采煤速度、推進(jìn)速度，使綜采設(shè)備滿足生產(chǎn)的實(shí)際要求。煤炭需求量是最主要的輸入?yún)?shù)，煤層厚度、工作面傾角、瓦斯、水文、主運(yùn)輸膠帶系統(tǒng)的運(yùn)輸能力等參數(shù)是輔助參數(shù)，通過(guò)這些參數(shù)計(jì)算出采煤機(jī)的采煤速度和推進(jìn)速度，整個(gè)過(guò)程的計(jì)算和推斷由人工完成，并由人工實(shí)施遠(yuǎn)程控制以完成智能采煤，該技術(shù)已獲得成功應(yīng)用。

3.2 應(yīng)用情況

黃陵一號(hào)煤礦1001工作面應(yīng)用綜采智能控制系統(tǒng)(SAM系統(tǒng))實(shí)現(xiàn)了智能化采煤。該工作面煤層厚度為1.1～2.75 m，平均采高為2.22 m，工作面長(zhǎng)度為235 m，工作面走向長(zhǎng)度為2 280 m?？刂葡到y(tǒng)配套使用液壓支架電液控制系統(tǒng)(SAC型)和采煤機(jī)控制系統(tǒng)。通過(guò)應(yīng)用該套智能系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了“無(wú)人操作、1人巡視”可視化遠(yuǎn)程干預(yù)型智能化采煤，實(shí)現(xiàn)了“工作面運(yùn)輸巷監(jiān)控中心2人可視化遠(yuǎn)程干預(yù)控制，工作面內(nèi)1人巡視”常態(tài)化連續(xù)運(yùn)行，月產(chǎn)量達(dá)17.03萬(wàn)t，年生產(chǎn)能力達(dá)200萬(wàn)t以上，生產(chǎn)效率提高了25%，生產(chǎn)作業(yè)人員由11人遞減至3人，年節(jié)約人工成本700多萬(wàn)元，安全生產(chǎn)水平獲得較大提升[16]。

4 結(jié)語(yǔ)

針對(duì)綜采現(xiàn)實(shí)條件和技術(shù)發(fā)展態(tài)勢(shì)對(duì)智能開采技術(shù)模式進(jìn)行了研究，提出了煤炭智能開采的智能自適應(yīng)開采技術(shù)模式和工作面自動(dòng)化+可視化遠(yuǎn)程干預(yù)半智能開采技術(shù)模式，并對(duì)這2種開采模式的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行了分析研究。研究結(jié)果表明，2種技術(shù)模式皆能實(shí)現(xiàn)智能開采并滿足實(shí)際應(yīng)用需求，未來(lái)2種技術(shù)模式將逐步實(shí)現(xiàn)融合統(tǒng)一，交叉并行、相互融合，向一體化方向發(fā)展。

2種技術(shù)模式的應(yīng)用雖然有效滿足了現(xiàn)階段煤炭智能開采發(fā)展的需求，取得了成功應(yīng)用，但部分核心技術(shù)仍然需進(jìn)一步攻關(guān)和繼續(xù)完善，以滿足各種地質(zhì)條件下智能開采的需求。

(1) 基于煤巖界面自動(dòng)識(shí)別的智能調(diào)高技術(shù)。我國(guó)煤炭市場(chǎng)對(duì)煤炭質(zhì)量和資源回收率的高要求迫使采煤機(jī)嚴(yán)格按照煤層的賦存曲線割煤，因此，智能調(diào)高技術(shù)需進(jìn)一步攻克，其核心在于煤巖界面的自動(dòng)識(shí)別。

(2) 惡劣環(huán)境下高清晰視頻呈現(xiàn)技術(shù)。針對(duì)工作面自動(dòng)化+可視化遠(yuǎn)程干預(yù)半智能開采技術(shù)模式，現(xiàn)場(chǎng)場(chǎng)景遠(yuǎn)程呈現(xiàn)技術(shù)受制于現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，當(dāng)工作面出現(xiàn)大量粉塵時(shí)，工作面能見度降低，技術(shù)應(yīng)用受到較大限制，因此，需進(jìn)一步研究融合應(yīng)用熱成像、圖像識(shí)別與視覺增強(qiáng)等多種技術(shù)，以解決工作面惡劣環(huán)境下的視頻監(jiān)控難題。

(3) 智能調(diào)度控制技術(shù)。智能調(diào)度控制技術(shù)是煤礦智能化開采技術(shù)的重要特征，是采煤工作面實(shí)現(xiàn)智能開采的綜合決策技術(shù)，目前受煤礦整體智能化控制技術(shù)水平較低的限制，發(fā)展較為緩慢，因此，需進(jìn)一步攻關(guān)，以解決工作面智能化與礦井層面控制和需求的智能銜接難題。

[1] 王虹.綜采工作面智能化關(guān)鍵技術(shù)研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，42(1):60-64.

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Research of intelligentized coal mining mode and key technologies

TIAN Chengjin

(Beijing Tiandi-Marco Electro-Hydraulic Control System Co., Ltd., Beijing 100013, China)

In view of ambiguous status of concept, mode and key technologies of intelligentized coal mining, the paper briefly described concept and difference of unmanned technologies, intelligentized technologies and digitization technologies. In combination with the development course and technological means revolution of coal mining technologies, it put forward two kinds of technology mode of intelligentized coal mining ,namely one is the intelligent self-adaptive mining technology mode, the other one is technology mode of working face automation + visual remote intervention half mode intelligent drilling. It also respectively analyzed and researched key technologies of the two kinds of coal mining technology mode. The research results show that the two kinds of technology mode can realize intelligentized mining and meet the demands of practical application， its development trend is crossing and paralleling development in the future, so as to realize intelligent control on coal mining face.

working face automation; coal mining; intelligentized mining; self-adaptive mining; remote intervention; straightness control; self-adaptive adjustment

1671-251X(2016)11-0028-05

10.13272/j.issn.1671-251x.2016.11.007

2016-07-07；

2016-08-22；責(zé)任編輯：張強(qiáng)。

國(guó)家高技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃(863計(jì)劃)資助項(xiàng)目(2013AA06A410)；國(guó)家能源裝備技術(shù)專項(xiàng)資助項(xiàng)目(20151780)。

田成金(1979-)，山東費(fèi)縣人，副研究員，碩士，現(xiàn)主要從事綜采工作面智能化控制技術(shù)和裝備方面的研發(fā)工作，E-mail：tcj@tdmarco.com。

TD82

A

時(shí)間：2016-10-28 16:24

http://www.cnki.net/kcms/detail/32.1627.TP.20161028.1624.007.html