王立森

摘要：我國(guó)是一個(gè)煤炭消耗大國(guó)，煤炭開(kāi)采對(duì)我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)建設(shè)都有著至關(guān)重要的作用。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，煤炭開(kāi)采也在向著智能化、自動(dòng)化的方向不斷發(fā)展本文主要研究的是煤炭智能化開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)展與展望

關(guān)鍵詞：煤炭開(kāi)采；智能化開(kāi)采；進(jìn)展與展望

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化技術(shù)在各行各業(yè)中都得到了廣泛的運(yùn)用，煤炭開(kāi)采作為我國(guó)的支柱型產(chǎn)業(yè)自然也不例外。智能化技術(shù)在煤炭開(kāi)采中的廣泛應(yīng)用不僅能夠幫助煤炭行業(yè)提高開(kāi)采效率，更有利于將粗放型的生產(chǎn)模式轉(zhuǎn)變?yōu)榧s化、精細(xì)化的生產(chǎn)模式，實(shí)現(xiàn)煤炭產(chǎn)業(yè)的重要轉(zhuǎn)型。

1、煤炭智能化開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)難題與對(duì)策

1.1 采煤機(jī)智能調(diào)高控制

采煤機(jī)智能調(diào)高控制主要是通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)搖臂的高度進(jìn)行自由的調(diào)整，從而使采煤機(jī)對(duì)煤層的截割能夠更加精準(zhǔn)有效。根據(jù)目前的是實(shí)際情況來(lái)看，采煤機(jī)主要運(yùn)用紅外傳感器或錄行走機(jī)構(gòu)齒輪轉(zhuǎn)數(shù)來(lái)獲得采煤機(jī)的工作面位置信息，將采煤機(jī)的工作面位置信息和該位置的搖臂高度信息統(tǒng)一起來(lái)，繪制相關(guān)的截割曲線并記錄。被記錄下來(lái)的截割曲線對(duì)在后續(xù)開(kāi)采的過(guò)程中作為默認(rèn)的截割路線進(jìn)行使用。

這種方式雖然在一定程度上實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化截割，但并不具備較高的靈活性，對(duì)于賦存穩(wěn)定的煤層來(lái)說(shuō)比較適用，但是對(duì)于賦存不穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜的煤層來(lái)說(shuō)則存在一定的缺陷，不能將煤和巖有效的區(qū)分開(kāi)來(lái)。要想實(shí)現(xiàn)對(duì)采高的精準(zhǔn)智能控制是十分困難的，不僅需要給予煤層地址信息進(jìn)行預(yù)測(cè)，還需要建立先關(guān)的數(shù)字模型，結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行推演計(jì)算，只有這樣才能夠獲得最佳截割曲線。

1.2 液壓支架群組與圍巖的智能耦合自適應(yīng)控制

液壓支架與圍巖作用狀態(tài)的好壞直接決定著煤炭機(jī)械化開(kāi)采工作面生產(chǎn)的成敗，因此在液壓支架的自動(dòng)化過(guò)程中，實(shí)現(xiàn)液壓支架群組與圍巖的智能耦合自適應(yīng)控制是十分重要的。在進(jìn)行液壓支架群組與圍巖的智能耦合自適應(yīng)控制的調(diào)試過(guò)程中，需要注意以下幾點(diǎn)：

首先是支架狀態(tài)自主感知應(yīng)該是全方位、高精度的。在設(shè)置支架狀態(tài)自主感知應(yīng)的過(guò)程中不僅要關(guān)注立柱壓力感知和部件傾角檢測(cè)功能外，還要對(duì)支架各部件關(guān)鍵位置受力大小、工作面仰/俯角自動(dòng)檢測(cè)、超前壓力預(yù)報(bào)等工作面環(huán)境與圍巖狀況感知功能，以求全面放映支架支護(hù)的狀態(tài)。

其次是要對(duì)支架的適應(yīng)性進(jìn)行控制。在進(jìn)行調(diào)試設(shè)置的過(guò)程中，要以液壓支架與圍巖耦合關(guān)系和開(kāi)采工藝要求為基本依據(jù)，并且通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)對(duì)感知系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)分析，最終得出能夠作為自主調(diào)控覺(jué)此一舉的結(jié)論。

其三是對(duì)支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新時(shí)要以自主調(diào)控為基礎(chǔ)。在進(jìn)行結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的過(guò)程中液壓支架初撐力、工作阻力、水平力等都是重要的參考參數(shù)，對(duì)實(shí)現(xiàn)支架自主調(diào)控，提高支架調(diào)節(jié)范圍有著十分重要的影響。

最后要實(shí)現(xiàn)液壓支架群組的智能控制。目前對(duì)液壓支架的研究主要是針對(duì)單架的支護(hù)狀態(tài)進(jìn)行的，但是在實(shí)際工作的過(guò)程中，真正起到作用的是液壓支架群組，要想實(shí)現(xiàn)整個(gè)工作面的合理支護(hù)就必須以液壓支架群組為單位進(jìn)行智能控制的研究，建立起液壓支架群組與圍巖的耦合條件，從而實(shí)現(xiàn)液壓支架群組與圍巖的智能耦合自適應(yīng)控制

1.3 工作面直線度智能控制

在進(jìn)行開(kāi)采操作的過(guò)程中，液壓支架的推移不可能和煤層走向狀況完全貼合的，在推移的過(guò)程中總會(huì)存在一定的誤差，而這些誤差在多個(gè)采煤循環(huán)以后會(huì)導(dǎo)致液壓支架退一步蒸汽，使刮板輸送機(jī)的直線度無(wú)法保證。而直線度的偏差則會(huì)導(dǎo)致液壓支架掩護(hù)梁側(cè)護(hù)板不能重合，最終導(dǎo)致采煤機(jī)的損壞，嚴(yán)重影響開(kāi)采作業(yè)。

目前的實(shí)際開(kāi)采過(guò)程中，工作人員主要依靠拉線和紅外線光束來(lái)保證工作面的直線度，但是這種方法精準(zhǔn)度差，需要消耗大量的人力物力不說(shuō)，也不能跟上智能化開(kāi)采的速度，滿足不了智能化開(kāi)采的需求，因此對(duì)工作面直線度進(jìn)行智能化控制是十分必要的。激光對(duì)位和慣導(dǎo)定位技術(shù)是比較常見(jiàn)的兩種智能化控制方法，其中應(yīng)用較為廣泛的是慣導(dǎo)定位技術(shù)，該技術(shù)通過(guò)安裝在采煤機(jī)上的陀螺儀對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行定位，并繪制截割軌跡用于修正液壓支架的推進(jìn)路線，在實(shí)際應(yīng)用中取得了比較好的效果。

1.4 基于系統(tǒng)多信息融合的協(xié)同控制

智能化開(kāi)采通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)將開(kāi)采相關(guān)的設(shè)備連接成為一個(gè)系統(tǒng)，通過(guò)傳感器和探測(cè)設(shè)備獲得數(shù)據(jù)，控制設(shè)備的運(yùn)行工作，在這個(gè)過(guò)程中對(duì)多源信息關(guān)聯(lián)性和融合度提出了很高的要求。

要想融合多個(gè)設(shè)備的信息數(shù)據(jù)，首先要對(duì)工作面裝備多源信息融合的規(guī)則、機(jī)制有一定的研究了解，運(yùn)用好信息之間的互補(bǔ)性和相關(guān)性，融合算法進(jìn)行融合系統(tǒng)的創(chuàng)建。其次，需要根據(jù)數(shù)據(jù)特點(diǎn)的不同，選擇合適的信息融合技術(shù)，開(kāi)展信息融合工作；最后，利用系統(tǒng)多信息融合協(xié)同控制技術(shù)將融合后的信息用于設(shè)備動(dòng)作的協(xié)同控制上，從而實(shí)現(xiàn)共同的任務(wù)目標(biāo)。

2、煤炭智能化開(kāi)采技術(shù)發(fā)展前景展望

2.1 全面推進(jìn)綜采智能化技術(shù)

煤層的賦存條件是相當(dāng)復(fù)雜的，多變的煤層情況給開(kāi)采智能化發(fā)展帶來(lái)了巨大的阻礙，因此在進(jìn)行煤炭開(kāi)采智能化技術(shù)的創(chuàng)新過(guò)程中，推進(jìn)綜合開(kāi)采智能化技術(shù)是必然的發(fā)展趨勢(shì)。首先要加快完善煤炭資源管理與產(chǎn)能布局，改變傳統(tǒng)的開(kāi)采理念，將綠色開(kāi)采作為煤炭資源開(kāi)發(fā)的基本準(zhǔn)則，對(duì)智能開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行科學(xué)綠色的創(chuàng)新改革；其次，對(duì)智能化開(kāi)采技術(shù)以及設(shè)備體系的研究應(yīng)該針對(duì)煤層賦存條件的多樣性來(lái)展開(kāi)，力求在開(kāi)采的過(guò)程中能夠更加適應(yīng)煤層復(fù)雜多變的開(kāi)采情況；最后，創(chuàng)新技術(shù)只是智能化開(kāi)采技術(shù)發(fā)展的一個(gè)方面，更重要的是要有與之相匹配的管理水平，通過(guò)完善科學(xué)的智能化開(kāi)采技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)體系讓綜采智能化技術(shù)更高效、更綠色、更安全。

2.2 有限無(wú)人化開(kāi)采目標(biāo)

有限無(wú)人化開(kāi)采指的是在開(kāi)采期間，工作面中無(wú)人操作，端頭和工作面巷基本無(wú)人操作，除設(shè)備檢修、維護(hù)或處理突發(fā)狀況外，工作人員無(wú)需進(jìn)入工作面進(jìn)行作業(yè)，是智能化開(kāi)采的中高級(jí)階段，也是智能化開(kāi)采未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。

實(shí)現(xiàn)有限無(wú)人化開(kāi)采，不僅有利于工作效率的提高，減少開(kāi)采煤炭帶來(lái)的人力、物力、財(cái)力的損耗，更能夠減少工作面發(fā)生安全事故的可能性，有效的保障了開(kāi)采工作人員的人身安全，是智能化開(kāi)采必須實(shí)現(xiàn)的目標(biāo)。

要想實(shí)現(xiàn)有限無(wú)人化開(kāi)采，首先要對(duì)整個(gè)整個(gè)工作面的煤層地質(zhì)情況進(jìn)行全面、詳細(xì)的了解，并且利用數(shù)字模型模擬繪制出最適合的行動(dòng)路線；同時(shí)還要求工作面的設(shè)備具有相當(dāng)?shù)闹悄芑剑軌蚶孟到y(tǒng)協(xié)調(diào)機(jī)制對(duì)整個(gè)工作面的設(shè)備進(jìn)行有效的控制，對(duì)開(kāi)采可能遇到的問(wèn)題進(jìn)行預(yù)判；最后還需要完善、全面的智能感知系統(tǒng)對(duì)工作面的情況進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)分析，對(duì)工作面中突發(fā)的情況和變化進(jìn)行及時(shí)的反饋，以便修正開(kāi)采行為，保證開(kāi)采精度。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，煤炭智能化開(kāi)采在煤炭開(kāi)采中已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，并且正在向著更智能、更靈活的方向不斷的發(fā)展，推動(dòng)著我國(guó)煤炭開(kāi)采的可持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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