綜采工作面智能化技術(shù)分析

武曉波

（西山煤電調(diào)度指揮中心 山西省太原市 030053）

現(xiàn)階段，國內(nèi)煤炭行業(yè)正處于轉(zhuǎn)型升級的關(guān)鍵階段，新興網(wǎng)絡(luò)技術(shù)正在深度融入到煤炭企業(yè)的生產(chǎn)各個環(huán)節(jié)，特別是智能化技術(shù)的全面應(yīng)用，已經(jīng)成為了煤炭行業(yè)是實現(xiàn)提質(zhì)增效發(fā)展的重要途徑。當(dāng)前綜采工作面整體的生產(chǎn)壓力相對較大，各個方面的設(shè)備更新也相對較快，承擔(dān)的生產(chǎn)任務(wù)也相對較高。因此，將智能化技術(shù)全面應(yīng)用到綜采工作面中，對于提升整體的工作實效非常關(guān)鍵。

1 綜采工作面智能化關(guān)鍵技術(shù)

從煤炭開采情況來看，在綜采工作面實現(xiàn)智能化技術(shù)的應(yīng)用，整體屬于一個較為復(fù)雜的工程，整體的主干模型見圖1所示。井下控制中心是整個應(yīng)用的中心，主要的功能作用是建立綜采設(shè)備和煤層相對位置關(guān)鍵的截割模型，從而實現(xiàn)對整個綜采工作面“三機”的智能化控制，最終達到采煤工藝智能化的目標(biāo)。從綜采工作面智能化控制情況來看，總體結(jié)構(gòu)見圖2。

圖1：綜采工作面智能化開采系統(tǒng)主干模型

圖2：綜采工作面智能化控制總體結(jié)構(gòu)

1.1 采煤機位置監(jiān)測及工作面自動取直技術(shù)

在綜采工作面持續(xù)向前推進的過程中，為了確保刮板輸送機、液壓支架整體處于較好的受力情況，應(yīng)當(dāng)確保工作面呈現(xiàn)為直線情況，同時和巷道的方向應(yīng)當(dāng)呈現(xiàn)出正交狀態(tài)，這個過程中需要結(jié)合地理信息系統(tǒng)，主要目的是為了將采煤機的位置準(zhǔn)確獲取，同時實時掌握采煤機的運動學(xué)參數(shù)，推動采煤機實現(xiàn)自動導(dǎo)航，然后通過截割模型，將采煤機截割參數(shù)傳送到工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)中，實現(xiàn)采煤機、刮板運輸機及液壓支架的聯(lián)動。

從當(dāng)前“三機”智能聯(lián)動情況來看，選擇使用的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)相對較多，這種導(dǎo)航系統(tǒng)整體的精度較高，但是在使用的過程中，因為長時累計誤差的存在，導(dǎo)致其不能較好滿足采煤機導(dǎo)航工作需要，在實際使用時，需要對測量系統(tǒng)誤差進行全面補償。現(xiàn)階段，取得較好誤差補償?shù)姆椒ㄖ饕歉鶕?jù)航位進行推算，充分使用里程表進行補償?shù)?，從具體使用情況來看，閉合路徑算法是當(dāng)前取得較好效果的方法，該方法在使用時，將采煤機的截深作為恒定的條件，通過采取補償?shù)姆绞?，可以取得較好的誤差補償效果。例如，在工作面長度為250m，工作面取直誤差在50mm的范圍內(nèi)，測量誤差在20mm的范圍內(nèi)。

1.2 煤巖界面識別技術(shù)和工作面水平控制技術(shù)

為了有效提升綜采工作面的采出率，最大程度上降低出現(xiàn)資源浪費的問題，在綜采工作面工作面的過程中，需要確保截割區(qū)域在頂?shù)装暹吔缰?，同時最大限度的確保底板處于平整狀態(tài)。通過將地理信息系統(tǒng)與自動導(dǎo)航技術(shù)相結(jié)合的方式，對采煤工作面可實現(xiàn)三維定位，但是從實際使用情況來看，地理信息系統(tǒng)不能將煤層動態(tài)傾角、煤巖層界面等相關(guān)信息確定下來，在具體使用時，需要對煤巖層界面實現(xiàn)精準(zhǔn)識別，對煤層的動態(tài)傾角實現(xiàn)實時測量，采可以對滾筒自動調(diào)高實現(xiàn)精準(zhǔn)控制，推動截割區(qū)域和煤層的賦存信息相一致。

現(xiàn)階段，國內(nèi)多數(shù)綜采工作面選擇使用記憶割煤技術(shù)，該技術(shù)可達到采煤機半自動調(diào)高的效果，也就是采煤機司機需要首先進行“示范刀”，系統(tǒng)將記錄工作面的實際采高數(shù)據(jù)，然后通過傾角傳感器、編碼器等對數(shù)據(jù)進行準(zhǔn)確采集，采煤機在運行的過程中，根據(jù)“記憶截割”上的數(shù)據(jù)對滾筒實現(xiàn)智能調(diào)節(jié)，達到“記憶采煤”的效果。從這種技術(shù)的使用情況來看，若出現(xiàn)了煤層在走向變化較大的情況時，需要及時進行人工干預(yù)，才能更好保證采煤效果。

從當(dāng)前該項技術(shù)的發(fā)展情況來看，選擇使用熱紅外攝像儀追蹤煤層特征的方法，對煤巖層界面進行識別也可以取得較好的效果。主要是利用紅外線在反射的過程中，出現(xiàn)的波長差異與夾矸層傾向和煤層傾向的一致性，從而實現(xiàn)對煤層中包含的帶式夾層特征進行全面捕抓，在對圖片進行全面增強處理之后，采取像素掃描的方式，得到較為準(zhǔn)確的煤層動態(tài)傾角信息與煤巖界面信息，通過對該信息的充分利用，可實現(xiàn)對采煤機滾筒的自動調(diào)高，實現(xiàn)對工作面水平的有效控制。從該技術(shù)的發(fā)展來看，在下步應(yīng)用的過程中，應(yīng)當(dāng)將攝像頭的角度、位置等科學(xué)確定，并根據(jù)工作面的實際情況，適當(dāng)增加攝像頭的數(shù)量，全面提升設(shè)備環(huán)境適應(yīng)性，通過對溫度場進行充分利用的方式，將煤巖實現(xiàn)高效識別。

1.3 溜坡控制技術(shù)

綜采工作面在沿著煤層走向進行開采時，如果煤層走向、綜采工作面并非垂直關(guān)系，那么在實際工作的過程中，液壓支架會在兩個巷道之間發(fā)生溜坡的問題。為了降低這種問題出現(xiàn)的概率，可選擇使用激光掃描儀糾正法，也就是在采煤機端頭位置中部槽安裝上激光掃描儀，主要作用是對每刀推進的距離進行全面的掃描與記錄，并對巷道推進的方向進行全面的掃描，在具體工作中，選擇使用特殊濾波算法，對掃描儀器的具體姿態(tài)、位置進行精準(zhǔn)確定，將這些信息全面反饋到地理信息系統(tǒng)中，對巷道信息、工作面信息等實時更新，確保煤層走向和工作面處于垂直的關(guān)系。

1.4 工作面液壓支架電液控制技術(shù)

在綜采工作面智能化控制的過程中，對液壓支架采取電液控制的方式是重要的一項內(nèi)容。采取電液控制系統(tǒng)可以實現(xiàn)從液壓支架成組動作、全自動作用等效果。從該技術(shù)的使用情況來看，整體已經(jīng)較為成熟，可以達到綜采工作面可靠性、安全型的要求?，F(xiàn)階段，煤礦在使用的過程中，可根據(jù)采煤工作面實際情況，選擇使用不同型號的控制器。

1.5 生產(chǎn)連續(xù)性保障技術(shù)

在對綜采工作面進行智能化控制的過程中，需要采取針對性的措施，確保整個工作面生產(chǎn)的連續(xù)性。在具體實施時，重點有兩個方面：一方面是輸送機平衡控制技術(shù)。在綜采工作面工作面的過程中，保證采運平衡非常關(guān)鍵，在具體操作時，需要對刮板輸送機的煤流量進行實時檢測，將輸送系統(tǒng)的實時負(fù)荷有效傳送給控制中心，控制中心通過對理論負(fù)荷與實際負(fù)荷進行全面對比的方式，可以實現(xiàn)對落煤量、割煤速度等的自動調(diào)節(jié)。在具體實施時，可選擇使用攝像儀圖像采集識別法、輸送機電流反饋方法等，此外還需要對刮板運輸機的刮板連的張緊力進行全面監(jiān)測。另一方面是防撞技術(shù)。主要目的是防止人和設(shè)備之間、設(shè)備與設(shè)備之間出現(xiàn)相互碰撞的問題，在具體使用的過程中，可選擇使用遠程監(jiān)控技術(shù)、三維掃描技術(shù)及雷達探測技術(shù)等，最大限度的防止出現(xiàn)碰撞問題發(fā)生，保證人員和設(shè)備使用的安全性。

2 當(dāng)前綜采工作面智能化技術(shù)應(yīng)用中存在的主要問題

（1）從綜采工作面實際使用情況來看，部分情況下，工作面還不能實現(xiàn)自動找直，主要原因是測量技術(shù)仍舊是以行程、相對位移等為主要方式，測量精度相對于實際需求還不能達到自動化控制的要求，較為精準(zhǔn)的找直技術(shù)當(dāng)前仍舊需要更為深度的研究，很多技術(shù)難題還沒有取得較好的攻克效果。

（2）綜采工作面出現(xiàn)上竄下滑現(xiàn)場。從當(dāng)前綜采工作面智能化發(fā)展情況來看，因為綜采工作面在實際生產(chǎn)的過程中，受到外界地質(zhì)環(huán)境等因素的影響，導(dǎo)致刮板輸送機在實際工作的過程中，整體出現(xiàn)向下滑動的問題時有發(fā)生，導(dǎo)致轉(zhuǎn)載機、刮板機在相互搭接方面出現(xiàn)了一定的變化，導(dǎo)致出現(xiàn)了拉煤不暢的問題，對煤礦正常的安全生產(chǎn)等帶來較大的威脅。在下步工作中，需要加大對自動檢測刮板機、轉(zhuǎn)載機位置信息的研究工作，可選擇使用偽傾斜的方法對上述問題進行針對性的應(yīng)對。

此外，綜采自動化綜合技術(shù)水平還不夠高，在智能化技術(shù)應(yīng)用的過程中，還不能實現(xiàn)對工作面巷道計算機集中的控制和監(jiān)測，在具體工作的過程中“三機”出現(xiàn)不協(xié)調(diào)的問題仍舊時有發(fā)生。

3 提升綜采工作面智能化技術(shù)應(yīng)用效果的相關(guān)措施

（1）持續(xù)加大對技術(shù)研發(fā)的投入力度。當(dāng)前制約煤礦綜采工作面智能化發(fā)展的主要因素仍舊是技術(shù)因素，很多技術(shù)仍舊不夠成熟，在實踐應(yīng)用的過程中表現(xiàn)出較多的問題和不足。

（2）加大對人才的培訓(xùn)力度，在新技術(shù)、新工藝、新裝備應(yīng)用到綜采工作面之后，需要技術(shù)人員及時消化吸收，才能發(fā)揮出更好的效果。

此外，對制度機制進行針對性的完善，從制度機制的層面實現(xiàn)對綜采工作面智能化發(fā)展的有效保障，這對于提升智能化水平、發(fā)揮智能化效果非常關(guān)鍵。

4 結(jié)束語

綜上分析，在煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型發(fā)展的背景下，推動智能化技術(shù)應(yīng)用到綜采工作面中，對于工作面生產(chǎn)效率及生產(chǎn)安全性的提升有著非常重要的作用。很多煤礦已經(jīng)認(rèn)識到智能化技術(shù)應(yīng)用的重要性，但是從具體應(yīng)用情況來看，在很多方面還有著較大的提升空間，需要采取針對性的解決措施，因此，煤企需要結(jié)合綜采工作面工作實際，加大技術(shù)、人員及財力等方面的投入力度，更好提升綜采工作面智能化水平。