煤礦綜采工作面智能化技術(shù)與設(shè)備的發(fā)展研究

許小永 王建軍

(山西汾西礦業(yè)集團雙柳煤礦，山西 柳林 033300)

引言

產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)升級的大趨勢下，煤礦行業(yè)開采技術(shù)不斷創(chuàng)新，智能化技術(shù)得以迅速應(yīng)用和發(fā)展，為實現(xiàn)煤炭開采行業(yè)轉(zhuǎn)型升級提供了必要的技術(shù)支撐。當前，綜采工作面智能化水平發(fā)展最為迅速。所以，為了推動該領(lǐng)域無人化生產(chǎn)情景的實現(xiàn)，應(yīng)該加強該方面技術(shù)和裝備的研究。

一、煤礦綜采工作面智能化技術(shù)

1 技術(shù)發(fā)展概況

煤礦綜采智能化可以說是當前煤炭行業(yè)比較復(fù)雜的系統(tǒng)，通常井下控制是其中關(guān)鍵，這是往往需要用到“三機”自動控制，以便實現(xiàn)開采智能化。當前，工作面智能化技術(shù)的種類很多、分布很廣，但是工作面自動取值技術(shù)應(yīng)該是其中最關(guān)鍵的，這是實現(xiàn)巷道裝備等始終處于正常受力狀態(tài)的關(guān)鍵。其中地理信息系統(tǒng)則是關(guān)鍵環(huán)節(jié)，這是實時定位和知曉采煤機參數(shù)和位置，并持續(xù)開展導(dǎo)航的關(guān)鍵。此后，截隔模型的加入則使得整個系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸成為可能，最終在基于支架電液控制系統(tǒng)完成了這個關(guān)鍵的“三機”聯(lián)動控制。當前，在系統(tǒng)中定位和導(dǎo)航往往需要使用最為普遍的技術(shù)是加速度計、陀螺儀。并且在長期作業(yè)過程中，會利用閉合路徑算法來盡可能的消除設(shè)備累計誤差，確保工作面長度始終維持在250m，并盡可能的減小取值、測量兩項誤差內(nèi)容，使兩者分別不超過+50m，+20m的范圍。

截隔區(qū)的位置通常情況下會影響著煤炭采出率。雖然當前綜采技術(shù)得到了飛速發(fā)展，煤巖界面識別技術(shù)也得到了廣泛應(yīng)用，使得煤層動態(tài)傾角實時監(jiān)測成為了可能，進一步促進了工作面水平高度控制水平。然而我國相關(guān)技術(shù)還是較為落后，基于記憶割煤技術(shù)的裝備高度調(diào)整方案，往往在煤層走向變化過程中產(chǎn)生多方面的問題。其他國家在探索利用熱紅外攝像儀完成相關(guān)的工作，并基于此進行工作面調(diào)整。然而，這項研究并未在現(xiàn)實中得以應(yīng)用，還在試驗期。

回采時，通常情況下要求工作面和走向始終保持著良好的垂直角度。當前，溜坡控制技術(shù)應(yīng)用比較廣泛，通過液壓支架完成在采煤巷道中作業(yè)，在測算刀具推進距離時，往往會使用激光掃描儀，這個過程中也全面實現(xiàn)了巷道方向掃描。在工作面位置確定方面，則使用比較先進的特殊濾波算法，完成整個裝備位置姿態(tài)信息采集。液壓支架控制閥也是設(shè)備的一大關(guān)鍵，當前最為先進、應(yīng)用最廣的是電液控制技術(shù)。

連續(xù)生產(chǎn)保障技術(shù)在采煤作業(yè)過程中是提升效率保障連續(xù)生產(chǎn)的智能化手段。例如，平衡控制技術(shù)往往通過對采煤系統(tǒng)負荷數(shù)據(jù)的計算實現(xiàn)隔煤速度動態(tài)的、實時的自動控制。三維掃描、雷達探測的使用則往往可以避免設(shè)備碰撞。

2 裝備發(fā)展概況

煤礦綜采智能控制領(lǐng)域經(jīng)過長時間的探索，已經(jīng)找到了可以良好的處理設(shè)備控制不夠集中、效率不高等問題的智能裝備，它能夠?qū)崿F(xiàn)故障診斷、環(huán)境監(jiān)測等功能的融合和計算機集成，進一步推進煤炭行業(yè)綜采智能化控制目標的達成。

電液控制系統(tǒng)可以說在當下仍然是最普遍、使用最廣泛的綜采液壓支架控制手段，其控制器和傳感器往往難以實現(xiàn)集成。但是，智能液壓支架則不同，如下圖1，它的各設(shè)備間能夠良好集成，大大的提升了支架自動化水平。這項裝備充分的融合了機器視覺技術(shù)，能夠更加精準的控制裝備相對位移，進一步實現(xiàn)綜采工作面“三平兩直”。

另外智能采煤機也是一項十分普遍、發(fā)展迅速的綜采智能裝備。它往往能夠在充分的考量不同工藝要求的基礎(chǔ)上，設(shè)定出與之相對應(yīng)的、符合條件的工種模式，并完成采煤工作中各種設(shè)備的聯(lián)動。該機器還能夠通過傳感器得到準確得采煤機等各類裝備的姿態(tài)數(shù)據(jù)，同時在融合位置關(guān)系數(shù)據(jù)，實現(xiàn)裝備軌跡預(yù)測，進而完成了系統(tǒng)聯(lián)動閉鎖控制。

圖1 液壓支架與采煤機子系統(tǒng)

煤炭運輸系統(tǒng)也實現(xiàn)了智能化，突出表現(xiàn)在智能刮板輸送機的使用。基于這一創(chuàng)新手段，能夠始終保持輸送機直線度動態(tài)監(jiān)測和調(diào)整，實現(xiàn)運輸裝備平整度控制。并且過程中，還可以實現(xiàn)支架相對位置和作用的實施探測，并進一步利用輸送機位置完成支架控制，最大程度上減少設(shè)備上下跳動問題。

信息系統(tǒng)與自動化軟件平臺的投入和使用，實現(xiàn)了綜采工作面設(shè)備通信智能化管控?，F(xiàn)在，在煤炭行業(yè)信息傳輸系統(tǒng)中，工業(yè)以太網(wǎng)是其中的核心，WiFi是井下通信的主要途徑。組件式軟件平臺往往能夠幫助實現(xiàn)綜采工作面智能化監(jiān)測控制。而在日常的安全技術(shù)培訓(xùn)和作業(yè)工作中，往往可以借助采煤訓(xùn)練模擬系統(tǒng)來實現(xiàn)真實信息的傳達和展示，以及數(shù)據(jù)與系統(tǒng)的完美對接，推動作業(yè)順利實現(xiàn)。

二、煤礦綜采工作面智能化技術(shù)與裝備的發(fā)展方向

1 自動化發(fā)展方向

光電技術(shù)的迅速崛起，推動煤炭開采行業(yè)綜采智能化技術(shù)裝備不斷的創(chuàng)新變革，向著更高水平的自動化方向前進。放煤領(lǐng)域，基于前言的識別算法探索和應(yīng)用，獲得科學(xué)的數(shù)學(xué)模型，實現(xiàn)該作業(yè)自動化。另外紅外線、無線電波等技術(shù)研究的不斷深入，獲得高分辨率傳感設(shè)備已經(jīng)成為了可能，為煤炭界面識別帶來了發(fā)展空間，達到柜筒高度自動控制。另外，組合式調(diào)高技術(shù)也在不斷地向前發(fā)展，隨著雷達探測等多類型、多樣化的探測技術(shù)融合發(fā)展，工作面高度動態(tài)化、實時化的檢測調(diào)整成為了可能。

2 高精度發(fā)展方向

煤塵可以說是長期以來阻礙液壓支架式綜采工作面測量向高精準方向發(fā)展的關(guān)鍵因素，因為這往往會影響激光定位準確度。并且按照精確到0.01的角度定位要求，這是完全不夠的。因此，輸送機直線度檢測控制技術(shù)得到了充分重視，相關(guān)探索不斷深化，進一步高精度傳感器的加入往往可以推動這一目標的實現(xiàn)，通過盡可能的減小工作面相對位置，實現(xiàn)調(diào)直目標。僅僅完成相關(guān)設(shè)備自動化控制是不夠的，還應(yīng)該處理好環(huán)境對支架姿態(tài)的作用，盡可能的達到支架、設(shè)備自動調(diào)直，以盡可能的實現(xiàn)工作面斜面長度直線發(fā)展，推動工作順利進行。

3 未來朝向可視化發(fā)展

可視化可以說是未來很長一段時間內(nèi)綜采智能化技術(shù)、裝備探索進步的趨勢。所以，市場上相關(guān)智能控制技術(shù)和設(shè)備的研究也是十分積極的，以便能夠幫助采煤過程實現(xiàn)生產(chǎn)過程和數(shù)據(jù)的可視化處理分析。例如，在場景精測領(lǐng)域，全景視頻顯示計劃綜合運用和有效介入，能夠完成各類生產(chǎn)視頻圖形采集和動態(tài)拼接，這樣則達到了對整個工作面可視化控制的目標。同時，機器視覺技術(shù)的利用能夠進一步幫助做好工作面直線度的檢測，完成動態(tài)的、實時的作業(yè)面姿態(tài)控制，實現(xiàn)“三機”聯(lián)動。

三、結(jié)語

經(jīng)過上述研究論證能夠得到，當前綜采工作面智能化水平已經(jīng)得到了顯著提升，同時相關(guān)的技術(shù)和裝備類型多樣、發(fā)展迅速、效能顯著。為推動當前煤礦行業(yè)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整升級，推動智能化發(fā)展，特別是綜采作業(yè)的智能化發(fā)展奠定了堅實的基礎(chǔ)。伴隨著各類型相關(guān)技術(shù)的革新和進步，煤礦綜采工作面的智能開采會成為未來發(fā)展方向[1]，而且綜采智能化技術(shù)和裝備將不斷的創(chuàng)新、發(fā)展，并逐漸走向成熟，最終實現(xiàn)無人化開采目標。