煤礦智能化綜采技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展

馮學(xué)軍

國(guó)家能源集團(tuán)寧夏煤業(yè)有限公司紅柳煤礦 寧夏靈武 750411

煤礦智能化發(fā)展的目標(biāo)是建設(shè)智慧煤礦，智慧煤礦與智慧社會(huì)、智慧城市、智慧交通等具有類似的科學(xué)內(nèi)涵，是指煤礦主體系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)智能化，將物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、人工智能、自動(dòng)控制、移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)、裝備機(jī)器人化等與現(xiàn)代礦山開發(fā)技術(shù)相融合，開發(fā)礦山感知、互聯(lián)、分析、自學(xué)習(xí)、預(yù)測(cè)、決策、控制的完整智能系統(tǒng)。數(shù)字化和信息化是智慧煤礦的基本要求，首先要解決3 個(gè)基礎(chǔ)理論問(wèn)題：①數(shù)字煤礦多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一表達(dá)及信息動(dòng)態(tài)關(guān)聯(lián)關(guān)系；②復(fù)雜圍巖環(huán)境- 開采系統(tǒng)作用機(jī)理及設(shè)備群全程路徑和姿態(tài)智能控制的理論基礎(chǔ)；③礦井設(shè)備群的系統(tǒng)健康狀況預(yù)測(cè)、維護(hù)決策機(jī)制[1]。

1 綜采智能化工作面開采關(guān)鍵技術(shù)特征

首先，液壓支架智能化控制，形成移架狀態(tài)自動(dòng)決策控制、超前壓力預(yù)報(bào)、耦合系統(tǒng)監(jiān)控、記憶時(shí)序控制、噴霧降塵自動(dòng)化等。其次，是智能化控制采煤機(jī)，主要表現(xiàn)為采煤機(jī)位置精準(zhǔn)定位、自動(dòng)規(guī)劃運(yùn)行軌跡、滾筒高度自動(dòng)化調(diào)節(jié)、自動(dòng)化防碰撞、故障事故自動(dòng)化診斷等，同時(shí)根據(jù)工作面的具體產(chǎn)量，運(yùn)輸機(jī)的工作負(fù)載、工作面地質(zhì)環(huán)境等方面的因素，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜采智能化工作面的全面智能化控制。第三，工作運(yùn)輸設(shè)備實(shí)現(xiàn)負(fù)載、啟動(dòng)及運(yùn)行狀態(tài)的智能化監(jiān)控，機(jī)尾可達(dá)到自動(dòng)張緊的效果，各種類型的運(yùn)行參數(shù)均可實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制。

2 智能化開采關(guān)鍵技術(shù)

2.1 安全保障體系

（1）建立煤礦井下通風(fēng)安全監(jiān)測(cè)與控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)井下通風(fēng)狀態(tài)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和動(dòng)態(tài)調(diào)控，確保井下通風(fēng)安全。

（2）建立煤礦井下瓦斯預(yù)警體系，對(duì)不同區(qū)域的瓦斯含量進(jìn)行全覆蓋監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果及時(shí)調(diào)整通風(fēng)系統(tǒng)的通風(fēng)狀態(tài)，確保井下瓦斯含量始終處于安全水平。另外，建立煤礦自燃防火監(jiān)測(cè)體系，對(duì)井下的重點(diǎn)自燃區(qū)域進(jìn)行監(jiān)測(cè)，形成以阻化劑防火為主、以注凝膠防火為輔的井下防自燃控制系統(tǒng)[2]。

2.2 視頻監(jiān)控技術(shù)

對(duì)于煤礦綜采工作面模擬采礦系統(tǒng)而言，主要借助提升虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)，進(jìn)而建立起一個(gè)三維采礦環(huán)境，實(shí)現(xiàn)模擬相關(guān)運(yùn)行技術(shù)設(shè)備以及采煤過(guò)程的目的。利用此系統(tǒng)，可以和相應(yīng)的操控人員實(shí)現(xiàn)一定的互動(dòng)，并能夠穿越全部的空間到達(dá)該系統(tǒng)所模擬的所有區(qū)間內(nèi)。依靠此系統(tǒng)，既明確了空間的狀態(tài)、物體運(yùn)作的管控，又可以辨識(shí)物體，準(zhǔn)確輸入與處理輸入相關(guān)信息。這當(dāng)中，最大的特點(diǎn)為建立了一個(gè)與現(xiàn)實(shí)十分近似的采掘三維環(huán)境，同時(shí)借助先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)，能夠清晰地呈現(xiàn)出采礦的情況，進(jìn)而獲取相關(guān)設(shè)備運(yùn)行的相關(guān)參數(shù)、動(dòng)態(tài)化圖像等等，其中包含了相關(guān)設(shè)備的產(chǎn)能、間距以及時(shí)間等信息情況。

2.3 煤流系統(tǒng)設(shè)備自動(dòng)化控制

首先是刮板運(yùn)輸機(jī)順序啟停。通過(guò)集成控制轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)等，對(duì)整個(gè)運(yùn)輸系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中控制，按照具體的設(shè)定要求開展順序啟停，達(dá)到順煤流的情況下停止、逆煤流的情況下啟動(dòng)的要求。其次，構(gòu)建煤流平衡系統(tǒng)，將煤流系統(tǒng)負(fù)載作為基本的依據(jù)，形成采煤運(yùn)輸機(jī)系統(tǒng)電機(jī)電流信號(hào)為基礎(chǔ)，開采設(shè)定出運(yùn)輸機(jī)、支架及采煤機(jī)智能化決策聯(lián)動(dòng)、動(dòng)態(tài)分析控制軟件，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤流系統(tǒng)的有效平衡，防止出現(xiàn)采煤量過(guò)大超過(guò)運(yùn)輸機(jī)運(yùn)載能力等問(wèn)題。

2.4 工作面綜采裝備位姿監(jiān)測(cè)技術(shù)

在裝備運(yùn)行過(guò)程中，可通過(guò)采用三維激光掃描儀、紅外高清攝像儀進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掃描，對(duì)工作面進(jìn)行三維激光掃描，實(shí)時(shí)構(gòu)建工作巷道三維模型，繪制工作面地圖。由于井下高粉塵環(huán)境，可采用仿生除塵、智能去塵的本安型防爆視覺(jué)傳感器對(duì)井下環(huán)境進(jìn)行高清圖像獲取。利用慣性導(dǎo)航、機(jī)器視覺(jué)和激光掃描等高精度定位技術(shù)對(duì)綜采裝備位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為綜采裝備安裝高精度傳感器，采用多傳感信號(hào)集成監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)綜采裝備的姿態(tài)。應(yīng)用基于多信息的三維場(chǎng)景實(shí)時(shí)建模，搜集綜采工作面三維地圖、裝備行程、壓力、傾角等傳感信息，通過(guò)視頻增強(qiáng)技術(shù)和動(dòng)態(tài)建圖技術(shù)構(gòu)建遠(yuǎn)程虛擬生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)工作面綜采裝備位姿的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[3]。

2.5 記憶采煤技術(shù)的分析

為了發(fā)揮出煤礦綜采工作面智能化開采技術(shù)的良好作用，應(yīng)該在綜采工作面中獲取對(duì)應(yīng)的采煤區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤工作水平面的合理管控，并加以縱向切割處理。應(yīng)用煤礦綜采工作面智能化開采技術(shù)的過(guò)程當(dāng)中，基于彌補(bǔ)技術(shù)方面的缺陷，主要運(yùn)用了記憶采煤技術(shù)。要求有關(guān)采煤司機(jī)科學(xué)操作采煤機(jī)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)正確地采煤操作，然后借助采煤機(jī)智能操作系統(tǒng)準(zhǔn)確記錄相關(guān)數(shù)據(jù)信息，達(dá)到智能化管控的目的。如此，節(jié)約了人力資源，應(yīng)用效果十分明顯。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上分析，在綜采機(jī)械化開采過(guò)程中，全面推動(dòng)綜采智能化開采水平已經(jīng)成為了必然趨勢(shì)，但是從智能化技術(shù)在綜采工作面使用情況來(lái)看，在很多方面還有著較大的提升空間，需要煤礦企業(yè)充分結(jié)合綜采工作面開采實(shí)際，采取針對(duì)性的措施，推動(dòng)綜合機(jī)械化開采與智能化開采技術(shù)相融合，更好推動(dòng)綜采水平的提升[4-5]。