淺談煤礦綜采工作面智能化開采

孫強(qiáng) 宋廣占 薄文忠

摘 要：國內(nèi)煤礦綜采工作面往往會(huì)面臨復(fù)雜化的情況，為了克服惡劣的條件與完成非常大的操作工程，我們需要持續(xù)提升煤礦綜采工作面的技術(shù)水平，實(shí)現(xiàn)綜采工作面的智能化開采。為此，本文分析了煤礦綜采工作面的智能化開采設(shè)備以及輔助開采的一些智能化技術(shù)。

關(guān)鍵詞：煤礦；綜采；智能化；開采

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.08.073

0 引言

當(dāng)今，國內(nèi)恰恰處在調(diào)整結(jié)構(gòu)與升級(jí)轉(zhuǎn)型的非常階段?；谟行Ыy(tǒng)一傳統(tǒng)工業(yè)與新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的影響下，煤礦企業(yè)出現(xiàn)了非常大的改變。其中，傳統(tǒng)設(shè)備跟智能化技術(shù)的統(tǒng)一能夠使煤礦開采的智能化實(shí)現(xiàn)，從而推動(dòng)產(chǎn)業(yè)的升級(jí)轉(zhuǎn)型。與此同時(shí)，煤礦企業(yè)因?yàn)榄h(huán)境、安全等要素的制約作用，迫切需要先進(jìn)的智能化開采設(shè)備與配套技術(shù)等。鑒于此，對(duì)煤礦綜采工作面智能化的開采進(jìn)行探究有著重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 煤礦綜采工作面的智能化開采設(shè)備

1.1 智能采煤機(jī)

智能采煤機(jī)可以結(jié)合采煤工藝的實(shí)際需要，設(shè)計(jì)各種各樣的運(yùn)行方式，進(jìn)而協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)控制刮板輸送機(jī)與支架。結(jié)合MEMS傳感器技術(shù)對(duì)采煤機(jī)支架的運(yùn)行狀態(tài)與采煤機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行采集，以及實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)位置關(guān)系的計(jì)算與運(yùn)行軌跡的預(yù)測，從而聯(lián)動(dòng)閉鎖采煤機(jī)跟其它的設(shè)備之間。智能采煤機(jī)可以使自動(dòng)探測煤炭分界與記憶截割的作用實(shí)現(xiàn)，根據(jù)采煤工藝使支架的調(diào)斜、斜切進(jìn)刀、跟機(jī)作業(yè)等需要實(shí)現(xiàn)，最終聯(lián)系全部工作面設(shè)備為一個(gè)完整體。

將一臺(tái)采煤機(jī)遠(yuǎn)程操作平臺(tái)設(shè)計(jì)在監(jiān)控中心，操作平臺(tái)跟采煤機(jī)位置監(jiān)測系統(tǒng)進(jìn)行通信，進(jìn)而取得采煤機(jī)的運(yùn)行方向與位置，結(jié)合采煤機(jī)的視頻系統(tǒng)操作平臺(tái)將升降滾筒的指令等發(fā)出，這種指令結(jié)合采煤機(jī)與數(shù)據(jù)通信總線的通信指揮，采煤機(jī)獲得傳輸?shù)男盘?hào)，最終遠(yuǎn)程地控制采煤機(jī)。

1.2 智能液壓支架

當(dāng)今對(duì)于綜采液壓支架電液控制系統(tǒng)來講，其是在生產(chǎn)支架之后增加的附加性產(chǎn)品，且未曾在液壓支架的構(gòu)造中切實(shí)融入，以后的支架產(chǎn)品需要在開始設(shè)計(jì)的時(shí)候就應(yīng)用電液控制系統(tǒng)，從而有效地統(tǒng)一支架的機(jī)械構(gòu)造、控制器、傳感器等，確保支架變?yōu)闄C(jī)電一體化的產(chǎn)品，從而使支架的費(fèi)用減少以及實(shí)現(xiàn)支架自動(dòng)化水平的提升。

將一臺(tái)液壓支架遠(yuǎn)程控制臺(tái)設(shè)計(jì)在監(jiān)控中心，通過工作面視頻與電液控制計(jì)算機(jī)界面作為輔助的方式，結(jié)合支架遠(yuǎn)程控制臺(tái)遠(yuǎn)程性地控制液壓支架?；诰C采工作面液壓支架上普及電液控制系統(tǒng)的影響下，伴隨采煤機(jī)的支架實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化地跟機(jī)，為此，支架的遠(yuǎn)程控制的主導(dǎo)是液壓支架伴隨采煤機(jī)的自動(dòng)化運(yùn)行，且輔助以人工遠(yuǎn)程影響。然而，自動(dòng)降移升之后的液壓支架難以實(shí)現(xiàn)“三平兩直”的工作標(biāo)準(zhǔn)，還應(yīng)對(duì)工作面中各臺(tái)支架的相對(duì)區(qū)域進(jìn)行判斷，這樣才可以使工作面支架的自動(dòng)化找直實(shí)現(xiàn)。技術(shù)方式是結(jié)合工作面實(shí)時(shí)監(jiān)控的視頻，通過機(jī)器視覺技術(shù)對(duì)支架的相對(duì)位移進(jìn)行及時(shí)地計(jì)算，從而確保根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)來對(duì)齊工作面支架。

1.3 智能刮板運(yùn)輸機(jī)

為了更好地輸送煤炭，應(yīng)對(duì)刮板運(yùn)輸機(jī)的直線性進(jìn)行檢測；充當(dāng)采煤機(jī)的支撐而言，要求具備相應(yīng)的平整性；也應(yīng)及時(shí)地控制與檢測跟支架間的相對(duì)范圍與互相影響作用；為了避免下滑上竄，應(yīng)對(duì)刮板運(yùn)輸機(jī)的定位問題進(jìn)行分析，而研制智能刮板運(yùn)輸機(jī)才可以實(shí)現(xiàn)這一系列的作用。

2 煤礦綜采工作面輔助開采的智能化技術(shù)

2.1 支架防碰撞技術(shù)

在采煤機(jī)上能夠安裝一種主動(dòng)安全系統(tǒng)——防碰撞系統(tǒng)，這屬于一種能夠事先將視聽報(bào)警信號(hào)發(fā)送給采煤機(jī)操作工作者的探測設(shè)備。而雷達(dá)探測防機(jī)械碰撞的主導(dǎo)功能是結(jié)合雷達(dá)探測技術(shù)對(duì)采煤機(jī)滾筒附近的阻礙物體進(jìn)行感知，倘若系統(tǒng)探明采煤機(jī)工作前存在阻礙物，那么采煤機(jī)的運(yùn)行會(huì)暫停以及等待相關(guān)工作者進(jìn)行解決。其運(yùn)行理論是：基于順利運(yùn)行的采煤機(jī)情況下，這個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)不運(yùn)行，而在采煤機(jī)快要接近礦井裝置、液壓支架、操作者的情況下，這個(gè)系統(tǒng)會(huì)將警告發(fā)出。在警告發(fā)出之后，倘若操作者未曾實(shí)施一定的對(duì)策，像是加減速制動(dòng)，那么這個(gè)系統(tǒng)的緊急制動(dòng)設(shè)備能夠自動(dòng)地運(yùn)行，從而防止碰撞現(xiàn)象的發(fā)生。

2.2 視頻監(jiān)控技術(shù)

綜采工作面模擬采礦系統(tǒng)通過提高虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建構(gòu)一種三維的實(shí)際采礦環(huán)境，對(duì)運(yùn)行的工藝裝置與采煤整個(gè)過程進(jìn)行模擬，該系統(tǒng)能夠跟操作者進(jìn)行交互，以及實(shí)時(shí)地穿越所有的空間到達(dá)系統(tǒng)模擬的全部范圍中。這種系統(tǒng)可以確定空間狀態(tài)、管理物體運(yùn)行、識(shí)別物體、輸入以及處理一系列的信息、模擬自然現(xiàn)象、識(shí)別物體等等，其顯著的特征是建構(gòu)一種非常接近實(shí)際采掘現(xiàn)狀的三維化環(huán)境，結(jié)合計(jì)算機(jī)對(duì)采礦的現(xiàn)狀進(jìn)行呈現(xiàn)，從而得到裝置工作的一系列參數(shù)、各種裝置的動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)圖、生產(chǎn)系統(tǒng)的工作現(xiàn)狀平面圖等，這涵蓋工作裝置間距、產(chǎn)能、時(shí)間等，在動(dòng)態(tài)模擬各種采掘參數(shù)、各種型號(hào)裝置生產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)以及優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)的目標(biāo)。

2.3 實(shí)時(shí)控制協(xié)議技術(shù)

為了使綜采工作面的遠(yuǎn)程遙控實(shí)現(xiàn)，盡量確保較小的傳輸視頻延時(shí)，結(jié)合支架與采煤機(jī)的控制標(biāo)準(zhǔn)，視頻端至端延時(shí)應(yīng)保持在50ms以內(nèi)，這對(duì)綜采工作面的攝像、傳輸、解碼圖像、儲(chǔ)存的要求比較高。因?yàn)槭艿介L距離工作面的影響，采煤機(jī)附近、刮板運(yùn)輸機(jī)鏈條、膠帶運(yùn)輸機(jī)出煤口、工作面支架等需要采集與呈現(xiàn)視頻，兼顧到攝像儀的容量，立足于以太網(wǎng)的數(shù)字化視頻系統(tǒng)可以結(jié)合雙絞線進(jìn)行傳輸，這樣不再進(jìn)行布線，然而數(shù)字視頻系統(tǒng)中的信號(hào)呈現(xiàn)在顯示器之前需要傳輸、編碼、解碼、數(shù)字化等操作，這導(dǎo)致時(shí)間延遲在300ms以上，還應(yīng)優(yōu)化采集、傳輸、呈現(xiàn)的一系列方面。

3 結(jié)語

綜上所述，基于持續(xù)發(fā)展的采煤產(chǎn)業(yè)影響下，人們不斷地提升安全意識(shí)，在信息化社會(huì)的支持下，煤礦綜采工作面的智能化開采是發(fā)展方向。為此，只有加速綜采工作面的智能化開采，才可以推動(dòng)煤礦技術(shù)的不斷進(jìn)步，以使國內(nèi)的煤礦企業(yè)從勞動(dòng)密集型轉(zhuǎn)變?yōu)槿瞬琶芗停行У亟y(tǒng)一信息化與智能化，國內(nèi)的煤礦企業(yè)才得以可持續(xù)發(fā)展。

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作者簡介：孫強(qiáng)（1976-），男，山東濟(jì)寧人，本科，從事采礦技術(shù)管理和機(jī)電技術(shù)管理工作。