礦井采煤工作面自動化智能化技術及裝備發(fā)展探析

摘 要：本文基于當前礦井采煤工作面自動化、智能化生產現(xiàn)狀，探析了采煤工作面自動化、智能化技術與裝備的進展，指出了智能化工作面面臨的主要問題以及需突破的關鍵技術，并提出了一系列行之有效的發(fā)展策略，以期有助于提高礦井采煤工作面的自動化、智能化水平，為企業(yè)創(chuàng)造更多經濟效益。

關鍵詞：采煤工作面；自動化；智能化；技術；裝備

礦井采煤工作面智能化生產現(xiàn)狀

采煤機的跟機自動、液壓支架的電液控制、三機設備的“一鍵”啟停等是目前國內綜采工作面的主要技術裝備，綜采工作面連接著高速光纖網(wǎng)絡，同時，綜采工作面也逐步覆蓋了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，這些都為綜采工作面實現(xiàn)智能自動化打下了堅實基礎。采煤機、液壓支架和輸送機這些綜采設備彼此獨立，為單獨控制形式，雖然，目前三機設備已經具備了集中監(jiān)測和監(jiān)控綜采工作面的功能。但是，采煤機、液壓支架和輸送機這些綜采設備的功能還有待完善，其信息的收集要實現(xiàn)網(wǎng)絡通信，不僅設置工作面監(jiān)控平臺，而且要搭建地面遠程控制中心，通過遠程遙控系統(tǒng)和工作面視頻系統(tǒng)從而實現(xiàn)綜采工作面的遠程自動控制。

采煤工作面智能化技術與裝備的進展

2. 采煤工作面智能裝備

（1）智能液壓支架。綜采液壓支架的電液控制系統(tǒng)與其液壓支架結構并未真正融合，是支架生產后添加的附屬品，以后的支架產品設想將電液控制系統(tǒng)與液壓支架設計為一個整體，將傳感器和控制器與支架機械結構相融合，使支架的成本降低，真正實現(xiàn)液壓支架結構的一體化，使液壓支架朝著智能自動化的方向發(fā)展。通過支架遠程控制系統(tǒng)實現(xiàn)對液壓支架遠程控制，在監(jiān)控中心設置液壓支架遠程操作臺，通過工作面視頻界面以及電液控計算機主界面輔助實現(xiàn)遠程操控。

（2）智能采煤機。根據(jù)不同采煤工藝的要求智能化采煤機能夠智能切換工作模式。通過MEMS傳感器技術收集到采煤機及其支架的工作狀況和位置關系，從而預測采煤機的運行軌跡，實現(xiàn)采煤機與其他設備間協(xié)同作業(yè)。

在監(jiān)控中心安裝采煤機遠程操作臺，監(jiān)測系統(tǒng)將監(jiān)測到的采煤機位置和作業(yè)信息情況傳遞到操作臺，采煤機視頻系統(tǒng)進行滾筒升降等命令指示，采煤機網(wǎng)絡通信和數(shù)據(jù)通信將相應的指令信息反饋給操作臺，從而實現(xiàn)采煤機的遠程控制。

2. 綜采工作面智能技術

（1）綜采工作面連續(xù)推進影響因素研究。分析研究影響綜采工作面連續(xù)推進的因素，需要理論聯(lián)系實際，結合綜采工作面目前的發(fā)展現(xiàn)狀，組建數(shù)據(jù)模型進行分析，進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，統(tǒng)籌分析目前自動化綜采工作面現(xiàn)狀，確定綜采工作面連續(xù)推進影響因素研究匯總報告。

（2）綜采工作面連續(xù)推進方法研究。連續(xù)推進方法只要有兩種，一是設置設備運行狀況分析統(tǒng)計程序，對綜采工作面設備運行時長、使用頻率、故障率等數(shù)據(jù)進行分析統(tǒng)計，從而分析設備故障；二是采用綜采工作面精準控制系統(tǒng)，通過高精度定位技術，精確控制支架千斤頂?shù)耐埔苿幼鳌?/p>

以下技術已取得突破性進展還有待提高發(fā)展：

（1）視頻監(jiān)控技術。綜采工作面采礦模擬系統(tǒng)通過增強虛擬現(xiàn)實技術可以模擬出三維的采礦現(xiàn)實環(huán)境，采礦作業(yè)過程和設備的運行均可實時模擬，并且可以實現(xiàn)人機交互功能，操作人員可以隨時隨地進入模擬系統(tǒng)的任意過程與區(qū)域。

（2）支架防碰撞技術。防碰撞系統(tǒng)不僅可以向采煤機操作人員提前發(fā)出視聽報警信號的探測裝置，而且是采煤機上的安全保護系統(tǒng)。

3 存在的主要問題

（1）缺乏統(tǒng)一的通信平臺。綜采工作面信息網(wǎng)絡一般只能用來傳遞數(shù)據(jù)量較大的視頻信息，其它信息無法傳遞，由于缺乏統(tǒng)一的通信平臺，各系統(tǒng)間的信息資源共享并沒有真正實現(xiàn)，綜采設備監(jiān)控數(shù)據(jù)的共享連接還未實現(xiàn)。

（2）工作面還不能實現(xiàn)自動找直。雖然國外在綜采工作面找直功能方面取得了一定成果，導航技術與LASC技術相結合使綜采工作面設備的自動找直功能和水平控制功能得以實現(xiàn)。但工作面的自動化測量技術要求精準的相對位移和距離，由于其測量精度未達到標準，精準的找直技術還未實現(xiàn)。

（3）綜采工作面存在上竄下滑的問題。綜采工作面煤層錯綜復雜的地理環(huán)境，使得板輸送機作業(yè)時常常沿綜采工作面整體上下滑動，造成刮板機和轉載機之間的距離增大或減小，引發(fā)運煤故障的安全問題，以及縮小安全出口等安全隱患。

4 采煤工作面智能化技術未來發(fā)展方向

4. 煤巖自動識別技術

對具有放煤工藝的綜采工作面而言，要實現(xiàn)工作面的智能化必須突破煤巖放落自動識別技術，建立煤巖放落的數(shù)學模型進行分析研究，加之信息技術識別控制算法為最終實現(xiàn)自動化放煤提供了可能。目前已經存在的就有二十多種煤巖分界傳感系統(tǒng)，包括記憶程序控制系統(tǒng)、振動頻譜傳感系統(tǒng)等，但是這些技術僅僅停留在理論階段，在實際生產中未能成功使用，由于井下錯綜復雜的煤巖環(huán)境條件，增大了煤巖分界面的辨別難度，使煤巖分界面無法準確判斷，因此實現(xiàn)采煤機滾筒自動調高的關鍵是研制出精準并有一定分辨率的煤巖分界識別傳感器。研究方向是深入研究組合式調高技術方法，國外機型采用最多的技術為記憶智能程控技術，同時在實際應用中最廣，雷達探測技術是目前最有發(fā)展前景的技術。

4. 刮板輸送機直線度檢測與控制技術

綜采工作面與巷道作為狹長型的測量對象，大量的設備如液壓支架等錯綜復雜的分布其中，其本身的測量技術就有一定難度。加之錯綜復雜的煤層和地理環(huán)境，使得綜采工作面設備的非可視測量十分困難。通常都采用地面常規(guī)的激光定位技術，但是由于伴隨著采煤機切割工作面作業(yè)時會產生大量煤塵，從而影響測量結果的準確性，因此不宜采用此技術。測量定位設備本身的定位精度，對測量定位技術的要求很高，根據(jù)綜采工作面需要，角度定位精度要達到0.01°。

5 結論

隨著煤礦行業(yè)工業(yè)化和信息化相輔相成的發(fā)展，促進了煤炭科技的創(chuàng)新發(fā)展和智能化建設，推動了煤礦企業(yè)模式從勞動密集型轉為技術密集型，智能化技術以及互聯(lián)網(wǎng)技術如雨后春筍般蓬勃發(fā)展。因此，煤礦綜采工作面智能化技術及裝備也正向高智能化、高信息化的方向發(fā)展，煤礦開采工作也應緊跟煤炭行業(yè)和互聯(lián)網(wǎng)時代的發(fā)展與時俱進，最終實現(xiàn)智能化無人化開采的目標。

參考文獻：

[1]甄烺杰.煤礦綜采工作面設備安裝拆除現(xiàn)狀及改進措施[J].機械管理開發(fā)，2016（04）：4-7.

作者簡介：焦金成（1978-），男，漢族，河南魯山縣人，本科，助理工程師，畢業(yè)于河南理工大學，采礦工程專業(yè)，研究方向：煤礦開采。