煤礦綜采工作面智能化技術(shù)及裝備發(fā)展研究

謝亞濤 李宗帥

【摘 要】隨著我國信息技術(shù)的快速發(fā)展，在煤礦綜采工作面中應(yīng)用智能化技術(shù)與設(shè)備可以顯著提升煤礦開采效率，減少人力的投入，提高煤礦開采過程的安全性和可靠性。本文主要針對煤礦綜采工作面智能化技術(shù)進行探討，指出綜采工作面智能化技術(shù)與裝備的未來發(fā)展方向，希望能夠進一步提升煤礦綜采工作面和相應(yīng)設(shè)備的自動化水平，為企業(yè)創(chuàng)造更高的經(jīng)濟效益。

【關(guān)鍵詞】煤礦綜采工作面;智能化技術(shù);裝備發(fā)展

引言

目前，互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展迅速，各行各業(yè)都面臨著新的機遇和挑戰(zhàn)，傳統(tǒng)工業(yè)緊跟社會發(fā)展的潮流，爭相與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)相結(jié)合，向互聯(lián)網(wǎng)行業(yè)轉(zhuǎn)型。當前，中國正處于轉(zhuǎn)型升級和結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要階段，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與傳統(tǒng)行業(yè)相互融合，從而實現(xiàn)企業(yè)轉(zhuǎn)型的趨勢已勢不可擋。由于煤炭開采產(chǎn)業(yè)受安全、環(huán)境等因素的制約較大，因此研究綜采工作面的智能化技術(shù)，實現(xiàn)煤礦的無人開采具有重要的現(xiàn)實意義。

1發(fā)展現(xiàn)狀

采煤機的跟機自動裝備、液壓支架的電液控制裝備、三機設(shè)備（采煤機、刮板輸送機和液壓支架）的“一鍵”啟停裝備等是目前國內(nèi)綜采工作面的主要技術(shù)裝備，綜采工作面連接著高速光纖網(wǎng)絡(luò)，同時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)智能化、自動化打下了堅實的基礎(chǔ)。采煤機、液壓支架和輸送機這些綜采設(shè)備彼此獨立，為單獨的控制形式。雖然目前三機設(shè)備已經(jīng)具備了集中監(jiān)測和監(jiān)控綜采工作面的功能，但采煤機、液壓支架和輸送機這些綜采設(shè)備的功能還有待完善，其信息的收集要實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，不僅要設(shè)置工作面監(jiān)控平臺，還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)實現(xiàn)綜采工作面的遠程自動控制。

2綜采工作面智能化技術(shù)與裝備的進展

綜采工作面智能化是目前的形勢，在本文之中將會對其進行全面的剖析。

2.1智能采煤設(shè)備

智能采煤設(shè)備可以根據(jù)實際采煤需求合理切換工作模式，通過傳感器收集采煤機及相應(yīng)支架的位置關(guān)系和工作狀況，從而預測采煤機的運行軌跡，更好地實現(xiàn)采煤設(shè)備與其他輔助機械的自動化作業(yè)。智能采煤設(shè)備中的監(jiān)控系統(tǒng)能夠及時有效的反饋采煤機的具體工作信息，包括采煤機的作業(yè)狀態(tài)以及采煤機的位置。中心控制平臺根據(jù)實際工作需要給予采煤機滾筒升降的命令，實現(xiàn)采煤機的遠程控制，提高煤礦開采的安全性。

2.2智能液壓支架

智能液壓機架解決了綜采液壓支架電液控制系統(tǒng)的問題，使電液控制系統(tǒng)能夠真正融入到液壓支架結(jié)構(gòu)中，將設(shè)備控制器、傳感器以及支架機械結(jié)構(gòu)有機地結(jié)合在一起，實現(xiàn)機電一體化，提高支架的自動化程度。將液壓支架遠程操控臺設(shè)置到監(jiān)控中心系統(tǒng)中，利用遠程控制臺對液壓支架的行為進行控制，提高采煤機的自動化水平，使液壓支架可以跟隨采煤機實現(xiàn)自動操控，減少了人力的干預。而且，通過智能平臺控制液壓支架的升降，可以滿足工作面三平兩直的要求，實現(xiàn)工作面支架的自動找直，保證支架的工作效果。

2.3視頻監(jiān)控技術(shù)

利用視頻監(jiān)控技術(shù)，綜采工作面可以創(chuàng)造出三維的采煤環(huán)境，有效模擬工藝設(shè)備和采礦作業(yè)過程，操作人員可以通過該項技術(shù)直觀的獲得設(shè)備作業(yè)信息，實現(xiàn)人機互動，解決了以往工作面施工過程中的時間和空間的限制，可以在任意時刻進入系統(tǒng)模擬的任何區(qū)域。視頻監(jiān)控系統(tǒng)能夠識別物體運動狀態(tài)、物體種類、相關(guān)設(shè)備信息，還可以模擬設(shè)備運行規(guī)律，確定空間狀態(tài)，構(gòu)建起一個與現(xiàn)實環(huán)境極為相似的虛擬空間，這樣可以為后續(xù)采煤作業(yè)施工提供更加系統(tǒng)全面的數(shù)據(jù)，包括設(shè)備動態(tài)顯示生產(chǎn)系統(tǒng)運行狀況以及設(shè)備運行參數(shù)等，從而能夠達到生產(chǎn)流程優(yōu)化的目的。

2.4連續(xù)生產(chǎn)保障技術(shù)

為了保障智能機械設(shè)備能夠在綜采面上連續(xù)工作和生產(chǎn)，就必須確保采煤過程中的安全，隨時應(yīng)對突發(fā)問題。因此，還需應(yīng)用輸送平衡控制技術(shù)和防撞技術(shù)。采運平衡非常重要，智能化采煤就需要控制好割煤的速度，從而形成安全和效率之間的協(xié)調(diào)，一般采用攝像儀類的圖像采集識別方法來對采煤進行監(jiān)測，并對刮板進行監(jiān)測。在智能采煤過程中，還需要防止采煤設(shè)備之間發(fā)生碰撞，避免影響到人工操作的安全性，需通過雷達技術(shù)、三維掃描技術(shù)等對其進行遠程監(jiān)控。一些關(guān)鍵的開關(guān)還需要由工作中的人員進行控制。

2.5煤巖界面識別技術(shù)

在綜采工作面的采煤工作中，原有的人工采煤可以依靠知識和經(jīng)驗來識別煤巖界面，但是利用機械采煤，就必須用智能化技術(shù)來實現(xiàn)煤巖界面的自動識別。當前，效果最好的煤巖界面識別技術(shù)就是熱紅外攝像儀追蹤識別技術(shù)，這種技術(shù)非常新，還未實現(xiàn)完全的技術(shù)難題解決。我國一方面在研究這一新技術(shù);另一方面也在應(yīng)用一些其他的技術(shù)來進行煤巖界面識別，如電磁探測、振動頻譜探測、熱敏探測技術(shù)等。

3綜采面智能化技術(shù)未來發(fā)展方向

3.1煤巖自動識別技術(shù)

對于采用放煤工藝的綜采工作面而言，要實現(xiàn)工作面開采的智能化，必須研發(fā)煤巖放落自動識別技術(shù)，建立煤巖放落的數(shù)學模型進行分析研究，同時再采用信息技術(shù)識別控制算法，為最終實現(xiàn)自動化放煤提供可能。目前，已經(jīng)有20多種煤巖分界傳感系統(tǒng)存在，包括記憶程序控制系統(tǒng)、振動頻譜傳感系統(tǒng)等，但是這些系統(tǒng)僅僅停留在理論階段，在實際生產(chǎn)中未能成功應(yīng)用。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，無法準確判斷煤巖分界面，因此實現(xiàn)采煤機滾筒自動調(diào)高的關(guān)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(diào)高技術(shù)方法，國外機型采用最多的技術(shù)為記憶智能程控技術(shù)，同時在實際中應(yīng)用最廣。雷達探測技術(shù)是目前最具發(fā)展前景的技術(shù)。

3.2刮板輸送機直線度檢測與控制技術(shù)

綜采工作面和巷道均為狹長型測量對象，大量設(shè)備如液壓支架等錯綜復雜地分布于其中，其測量本身就有一定的難度，加之錯綜復雜的煤層和地理環(huán)境，綜采工作面設(shè)備的非可視測量十分困難。在綜采工作面，通常采用地面常規(guī)的激光定位技術(shù)，但伴隨著采煤機切割作業(yè)的進行，工作面會產(chǎn)生大量煤塵，進而影響測量結(jié)果的準確性，因此不宜采用此技術(shù)。測量定位設(shè)備本身的定位精度對測量定位技術(shù)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°。

3.3支持過程視頻技術(shù)

以采煤機、刮板輸送機和液壓支架為對象，研究綜采工作面的智能化遠程監(jiān)控技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)，最終實現(xiàn)綜采工作面的“遙測、遙控、遙調(diào)、遙視、遙信”功能，對綜采工作面設(shè)備的運行狀態(tài)進行遠程動態(tài)監(jiān)控，實現(xiàn)三機設(shè)備的遠程控制，對設(shè)備故障進行預測，使綜采工作面系統(tǒng)能夠高效地工作，使操作人員對系統(tǒng)的調(diào)控能力增強。

結(jié)語

煤礦行業(yè)工業(yè)化與信息化的相輔相成促進了煤炭科技的創(chuàng)新發(fā)展和智能化建設(shè)，推動了煤礦企業(yè)從勞動密集型轉(zhuǎn)為技術(shù)密集型，智能化技術(shù)及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)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(shù)及裝備也正朝著高智能化、高信息化的方向發(fā)展，煤礦開采工作應(yīng)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。

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（作者單位：河南平寶煤業(yè)有限公司）