煤礦綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)研究

王云申

（神東煤炭集團(tuán)上灣煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017209）

煤炭作為我國能源體系中的重要組成部分，也為其行業(yè)發(fā)展帶來了很多機(jī)遇和挑戰(zhàn)，保證煤炭資源供給的持續(xù)性和穩(wěn)定性。但在保障煤炭企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也要關(guān)注煤炭開采的效率和質(zhì)量。其中自動(dòng)化技術(shù)作為一項(xiàng)前沿技術(shù)，在煤礦綜采工作面的應(yīng)用，為煤礦行業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展創(chuàng)造了良好條件。因此，本文針對以上問題，探討煤礦綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)。

1 煤礦綜采工作簡述

煤炭綜采是綜合機(jī)械化采煤的簡稱，主要包括破煤、裝煤、運(yùn)煤、礦井支護(hù)、采空區(qū)處理五大環(huán)節(jié)。以往工作中，以上五個(gè)環(huán)節(jié)都需要通過人工井下作業(yè)來完成，并伴隨著極高的風(fēng)險(xiǎn)，一旦發(fā)生煤礦事故，不僅會(huì)延誤采礦進(jìn)度，影響企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益，嚴(yán)重情況下還會(huì)給工作人員的生命安全帶來威脅，是煤礦作業(yè)中的重點(diǎn)關(guān)注問題?；诖耍旱V綜采工作通過對機(jī)械化程度的提高，以及對自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，切實(shí)解決了這一問題，減少了煤礦事物的發(fā)生概率，具有十分重要的意義。

2 煤礦綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)概述

自動(dòng)化采煤系統(tǒng)主要包括傳感器、計(jì)算機(jī)、自動(dòng)控制器、故障診斷系統(tǒng)以及設(shè)備檢測系統(tǒng)五大方面；設(shè)備包括主采機(jī)組、運(yùn)輸機(jī)組、支護(hù)設(shè)備三個(gè)方面。涉及方面廣泛、技術(shù)難度大、管理難度大。企業(yè)與人員仍需落實(shí)重點(diǎn)環(huán)節(jié)進(jìn)行重點(diǎn)把控。其中，對主采機(jī)組進(jìn)行細(xì)分，又可細(xì)化為采煤設(shè)備、支架設(shè)備；運(yùn)輸機(jī)組細(xì)分又可分為皮帶運(yùn)輸設(shè)備、轉(zhuǎn)載設(shè)備。而支護(hù)設(shè)備主要是針對圍巖和巷道進(jìn)行支護(hù)，達(dá)到理想的支護(hù)效果。煤礦綜采工作面的自動(dòng)化系統(tǒng)應(yīng)用原理在于通過對傳感器、控制器、計(jì)算機(jī)等組成設(shè)備的應(yīng)用實(shí)現(xiàn)綜采工作面的設(shè)備聯(lián)系，以及實(shí)現(xiàn)設(shè)備間的自動(dòng)化運(yùn)行，有效落實(shí)協(xié)同工作要求。而協(xié)同工作也是煤礦綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)的核心所在。

3 煤礦綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

煤礦開采作業(yè)中往往伴隨著大量井下作業(yè)，且井下作業(yè)多具有風(fēng)險(xiǎn)，危險(xiǎn)系數(shù)較高，時(shí)刻威脅人員生命安全。因此，通過對自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用，在提高煤礦綜采作業(yè)效率和質(zhì)量的同時(shí)，也能夠有效提高煤礦作業(yè)的安全性。

3.1 提高煤礦開采的機(jī)械化和自動(dòng)化水平

煤礦綜采工作面的自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用，能夠有效減少人員的投入。一方面，有利于為企業(yè)減少人力成本支出；另一方面，節(jié)省的人力也能夠投入其他部門中，帶動(dòng)其他部門的工作效益。同時(shí)，自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于煤礦綜采工作面，也更有利于實(shí)現(xiàn)開采煤礦中的實(shí)施監(jiān)控，及時(shí)發(fā)現(xiàn)各類問題風(fēng)險(xiǎn)，制定應(yīng)急措施，相較人工巡視精準(zhǔn)度要更高。此外，自動(dòng)化技術(shù)也能夠應(yīng)用于煤礦綜采工作面的控制中心，一旦煤礦開采作業(yè)中，控制中心發(fā)現(xiàn)了異常情況或問題情況，便可以及時(shí)叫停，對異常和問題進(jìn)行定位，加速異常和問題的處理，保障后續(xù)開采作業(yè)的進(jìn)行。

3.2 提高煤礦開采的安全性

煤礦開采作業(yè)中，大部分工作環(huán)節(jié)都是在地下環(huán)境中完成的，人員的安全性無法得到有效保障。并在發(fā)生事故后，直接威脅員工的生命安全以及員工家庭的今后生活。因此，在煤礦開采作業(yè)中應(yīng)時(shí)刻將安全性放在第一位，時(shí)刻將員工的生命健康放在第一位。與傳統(tǒng)的煤礦人工開采方式相對比，自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用首先減少了人員的投入，降低了事故發(fā)生后的波及面。同時(shí)，自動(dòng)化作業(yè)也要具有更好的規(guī)范性，整體失誤率較低，并在出現(xiàn)實(shí)際安全問題時(shí)，能夠及時(shí)做出判斷，及時(shí)停止作業(yè)，有效避免了問題的擴(kuò)大，具有更高的安全性。

3.3 提高煤礦開采效率

相比傳統(tǒng)人工作業(yè)煤礦開采，自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的開采效率也要更高，并且能夠保持長時(shí)間的持續(xù)作業(yè)，極大程度上減少了煤炭作業(yè)的時(shí)間成本。同時(shí)，自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用于煤礦綜采工作面也能夠?qū)γ旱V挖掘、煤礦開采、支護(hù)作業(yè)等內(nèi)容進(jìn)行充分協(xié)調(diào)。大多數(shù)的煤礦開采作業(yè)都是在惡劣環(huán)境下進(jìn)行的，很多員工難以忍受長時(shí)間的工作，且伴有生命威脅。但自動(dòng)化技術(shù)卻不會(huì)受到環(huán)境因素影響，對環(huán)境的適應(yīng)性更好。此外，當(dāng)煤礦開采規(guī)模不斷擴(kuò)大后，溫度和壓力都會(huì)升高，且伴隨著較高的瓦斯氣體濃度，自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用同樣能夠處理這些環(huán)境，保證開采作業(yè)的持續(xù)性。

4 煤礦綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用策略分析

4.1 煤礦綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用影響因素

現(xiàn)實(shí)中，煤礦綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用會(huì)受到多方因素的影響，主要包括管理、資金、環(huán)境、技術(shù)四大方面。而在一些中小型煤礦企業(yè)中，資金顯然是不充足的，無法滿足自動(dòng)化設(shè)備和自動(dòng)化技術(shù)引進(jìn)的資金條件，這便成為限制中小型煤礦企業(yè)發(fā)展的主要原因。同時(shí)，在自動(dòng)化技術(shù)引進(jìn)中，也需要結(jié)合煤礦自身的開采情況來進(jìn)行綜合性研究，確保自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的合理，能夠發(fā)揮出更理想的效果。但是，一些企業(yè)在技術(shù)引入后，仍延傳統(tǒng)模式，或是對其直接套用，從而導(dǎo)致自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用無法達(dá)到預(yù)期效果。此外，對自動(dòng)化技術(shù)的管理也是十分重要的，企業(yè)需要制定出完善的自動(dòng)化技術(shù)管理體系和管理機(jī)制，保障技術(shù)的合理應(yīng)用。最后從環(huán)境因素來看，我國國土面積大，不同地區(qū)煤礦生產(chǎn)情況相差較大，包括煤炭質(zhì)量、煤炭類型、開采地自然條件都存在很大差異。在自動(dòng)化技術(shù)應(yīng)用的過程中，也要先做好勘察工作，對各類環(huán)境因素進(jìn)行綜合考量，制定科學(xué)的技術(shù)應(yīng)用方案。但是，一些企業(yè)往往會(huì)忽略環(huán)境因素的影響，僅僅是參照大企業(yè)的樣本來效仿其管理機(jī)制和應(yīng)用方法，也在一定程度上限制了技術(shù)的發(fā)揮。

4.2 煤礦綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)的應(yīng)用分析

煤礦綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)引入中，煤礦企業(yè)需對內(nèi)部資金配置進(jìn)行合理規(guī)劃。在面對資金不充足的問題時(shí)，可通過股權(quán)融資或債券融資的方式進(jìn)行資金籌措。同時(shí)，對籌措的資金進(jìn)行合理配置，減少不必要的資金浪費(fèi)。同時(shí)，針對中小型煤礦企業(yè)普遍存在的資金不足問題，可通過戰(zhàn)略性合作，一同引入自動(dòng)化設(shè)備。在技術(shù)方面，如果企業(yè)已經(jīng)引入了自動(dòng)化設(shè)備，便需要結(jié)合自身開采的實(shí)際情況來規(guī)劃適合的技術(shù)應(yīng)用方式，并持續(xù)深化技術(shù)研究。期間，如果出現(xiàn)了技術(shù)應(yīng)用異常問題，就要及時(shí)叫停技術(shù)應(yīng)用，對異常問題展開分析，形成異常處理方案，同時(shí)詳細(xì)記錄異常信息，強(qiáng)化企業(yè)經(jīng)驗(yàn)積累。最后，在管理和環(huán)境方面，煤礦企業(yè)要不斷加強(qiáng)自身學(xué)習(xí)，借鑒國內(nèi)外先進(jìn)企業(yè)的管理經(jīng)驗(yàn)，并結(jié)合自身情況形成屬于自己的管理機(jī)制。

5 煤礦綜采工作面自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展趨勢

隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，科學(xué)技術(shù)的數(shù)量也在不斷增加，科學(xué)技術(shù)的運(yùn)用在不斷嫻熟。煤炭行業(yè)的自動(dòng)化技術(shù)引進(jìn)與應(yīng)用是煤礦行業(yè)前進(jìn)的必經(jīng)之路和必然趨勢，極大程度提高了煤礦作業(yè)的安全性、效率和質(zhì)量。對此結(jié)合具體的技術(shù)發(fā)展趨勢，主要提出以下兩點(diǎn)：

5.1 無人自動(dòng)化工作面采煤技術(shù)發(fā)展方向

在煤礦綜采工作面中，自動(dòng)化無人工作面技術(shù)主要是對不同的領(lǐng)域進(jìn)行綜合性利用。期間結(jié)合不同的數(shù)據(jù)流可大致將其分為工作面災(zāi)害預(yù)測系統(tǒng)、三機(jī)工監(jiān)控系統(tǒng)、自動(dòng)控制系統(tǒng)、防水防塵防爆系統(tǒng)四個(gè)系統(tǒng)板塊。無人工作面作為一項(xiàng)十分巨大的系統(tǒng)性工程，充分融合了遙感技術(shù)、網(wǎng)路技術(shù)等多項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)，在其開采作業(yè)中也囊括了多項(xiàng)子系統(tǒng)。而子系統(tǒng)在數(shù)據(jù)流差異的導(dǎo)向下，仍可進(jìn)行細(xì)分，包括三機(jī)工況檢測診斷系統(tǒng)、地質(zhì)災(zāi)害預(yù)測系統(tǒng)、自動(dòng)漏洞系統(tǒng)。其中三機(jī)系統(tǒng)主要包括刮板生產(chǎn)機(jī)、液壓支架、采煤機(jī)。現(xiàn)階段綜采工作面無人工作面的核心是采煤機(jī)，作為一項(xiàng)十分復(fù)雜的工作，僅僅是簡單的自動(dòng)化技術(shù)并不能滿足日常煤礦作業(yè)的需求。我國今后煤礦綜采自動(dòng)化技術(shù)的發(fā)展方向是實(shí)現(xiàn)高度集成，將應(yīng)用于井下作業(yè)的機(jī)械安全生產(chǎn)帶入一個(gè)新的層面。

5.2 采煤工藝智能化系統(tǒng)智能控制發(fā)展方向

針對不同地質(zhì)條件，制定不同應(yīng)對措施，落實(shí)因地制宜原則是我國采煤機(jī)處理能力提高、效率提高以及動(dòng)態(tài)控制提高的根本要求。無人工作面作為未來煤礦行業(yè)發(fā)展的主要方向，其井下無人工作面主要是在仿真系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過技術(shù)手段將實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)創(chuàng)建于虛擬環(huán)境中。工作人員可借此系統(tǒng)進(jìn)行人際交互，同時(shí)在系統(tǒng)的應(yīng)用下，也能夠?qū)ξ矬w進(jìn)行更準(zhǔn)確地識別，并操控物體運(yùn)動(dòng)，從而在不同模型和參數(shù)的動(dòng)態(tài)信息交互仿真中，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)系統(tǒng)的全面優(yōu)化。

6 結(jié)語

綜上所述，自動(dòng)化技術(shù)在煤礦綜采工作面的應(yīng)用具有十分良好的發(fā)展前景，且具有其他技術(shù)所不具備的明顯優(yōu)勢。但在實(shí)際綜采工作中，仍需要企業(yè)落實(shí)好重點(diǎn)問題把控，加速完善問題解決措施，并對主要影響因素進(jìn)行分析和研究，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化技術(shù)在煤礦綜采工作面的高質(zhì)量應(yīng)用發(fā)展，切實(shí)提高我國煤礦行業(yè)的自動(dòng)化水平與機(jī)械化水平，不斷降低成本，提高效益。