煤礦綜采工作面智能化技術(shù)與設(shè)備分析

（山西潞安化工集團有限公司古城煤礦 山西 046108）

前言

信息時代的來臨，加快了社會轉(zhuǎn)型升級的速度，對各行各業(yè)來說，這既代表著機遇，同時也代表著更多挑戰(zhàn)，基于信息技術(shù)開展日常工作成為大趨勢。對以煤礦為代表的傳統(tǒng)工業(yè)而言，要想實現(xiàn)持續(xù)發(fā)展，關(guān)鍵是以信息技術(shù)為依托，盡快完成轉(zhuǎn)型，由此可見，從智能化的視角出發(fā)，圍繞綜采工作面展開討論，推動其朝著無人開采的方向前進，具有重要意義。

1.煤礦綜采工作面智能發(fā)展現(xiàn)狀

眾所周知，綜采工作面所依托技術(shù)裝備，主要有一鍵啟停運輸機、采煤機與液壓支架的裝備，跟機自動裝備，電液控制裝備。近幾年，隨著高速光纖網(wǎng)絡(luò)發(fā)展，與光纖網(wǎng)絡(luò)連接的綜采工作面，逐漸將監(jiān)控系統(tǒng)覆蓋，這也是綜采工作面能夠?qū)崿F(xiàn)自動化與智能化目標的先決條件。

上文所提及運輸機、采煤機與液壓支架，均為獨立存在的綜采設(shè)備，這也決定三者分別對應(yīng)不同的控制形式，雖然集中監(jiān)測目標已經(jīng)得到實現(xiàn)，受諸多因素影響，綜采設(shè)備所展示出功能仍有極大的上升空間，要想經(jīng)由網(wǎng)絡(luò)對相關(guān)信息進行收集與傳遞，一方面要對監(jiān)控平臺進行設(shè)置，另一方面要對控制中心進行搭建，真正做到借助視頻系統(tǒng)、遙控系統(tǒng)，實現(xiàn)自動控制工作面的目標[1]。

現(xiàn)有研究及所得結(jié)論表明，對綜采工作面而言，制約其智能化目標實現(xiàn)的原因，主要體現(xiàn)在以下方面：首先，缺少統(tǒng)一且有效的通信平臺。由綜采工作面所延伸出信息網(wǎng)絡(luò)，其工作是對大數(shù)據(jù)視頻及相關(guān)信息進行實時傳輸，如果平臺沒有做到統(tǒng)一，將直接影響到資源共享的時效性，也就是說，設(shè)備監(jiān)控所得數(shù)據(jù)無法得到實時共享。其次，工作面不具備自動找直功能?，F(xiàn)階段，發(fā)達國家圍繞工作面找直所展開研究逐漸深入，成績也有目共睹，例如，借助自動系統(tǒng)與導航技術(shù)，賦予相關(guān)設(shè)備控制水平、自動找直等功能，但也需要明確一點，即自動測量對位移與距離所提出要求相對較高，如果測量精度難以達到要求，后續(xù)工作均會受到影響。最后，工作面竄滑情況時有發(fā)生。除特殊情況外，煤層均十分復雜，對處于運行狀態(tài)的刮板運輸機而言，如果煤層過于復雜，不僅會使工作面出現(xiàn)整體下滑的問題，還會導致刮板機與轉(zhuǎn)載機距離發(fā)生改變，無論是距離增大還是減小，均有引發(fā)安全事故的可能，如何使工作面竄滑的問題得到徹底解決，現(xiàn)已成為業(yè)內(nèi)人士熱議的話題。

2.煤礦綜采智能技術(shù)和設(shè)備分析

要想實現(xiàn)綜采智能化目標，關(guān)鍵是有科學技術(shù)和設(shè)備提供支持，例如，安全感應(yīng)技術(shù)、設(shè)備定位技術(shù)，再例如，圖像處理技術(shù)、直線度調(diào)控技術(shù)。筆者歸納相關(guān)資料后發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)有技術(shù)和設(shè)備主要包括：

(1)綜采智能技術(shù)

①監(jiān)控技術(shù)

綜采工作面使用自動技術(shù)多年，為目標的初步實現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)，但是，要想達到無人開采的高度，還有大量問題需要解決。研究表明，綜采工作面難以實現(xiàn)連續(xù)推進的原因較多，只有做到理論結(jié)合實踐，在對發(fā)展現(xiàn)狀加以分析的基礎(chǔ)上，利用模型統(tǒng)計相關(guān)數(shù)據(jù)，通過統(tǒng)籌分析的方式，獲得以影響因素為主要內(nèi)容的報告，才能使后續(xù)工作得到有序推進。

現(xiàn)已得到大范圍運用的智能技術(shù)，主要有監(jiān)控技術(shù)和防碰撞技術(shù)。在視頻監(jiān)控方面，綜采工作面可以借助模擬系統(tǒng)和虛擬現(xiàn)實技術(shù)，對現(xiàn)實環(huán)境進行模擬，隨著交互功能被引入，工作人員進入系統(tǒng)無需再被時空所限制，工作效率自然有所提升[2]。另外，該系統(tǒng)的功能，還有識別物體、處理所輸入信息、對三維環(huán)境進行模擬，經(jīng)由計算機將采礦情況展現(xiàn)在工作人員眼前，確保潛在問題能夠得到及時發(fā)現(xiàn)與處理。

②支架防碰撞

可使綜采工作面得到連續(xù)推進的方法，包括：第一種，由工作人員提前設(shè)置統(tǒng)計并分析設(shè)備運行情況的程序，通過統(tǒng)計設(shè)備故障率、運行時長和使用頻率的方式，確定設(shè)備故障相關(guān)數(shù)據(jù)，為后續(xù)工作的開展提供參考；第二種，精確控制工作面，借助高精度定位或類似技術(shù)，確保支架能夠得到全面控制，通過推移達到最終目的。

作為已經(jīng)得到推廣的技術(shù)，防碰撞系統(tǒng)的作用，主要體現(xiàn)在以下方面：其一，保證工作人員能夠提前收到報警信號；其二，為采煤機提供安全保護。該系統(tǒng)的運行原理為：經(jīng)由探測技術(shù)全面感知采煤機障礙，如果采煤機前方存在不明物體，可能給其運行帶來阻礙，那么，該系統(tǒng)將立即停止采煤機運行，通過傳遞相關(guān)信號的方式，確保工作人員能夠及時清障，使采煤機盡快恢復運行。

(2)綜采智能設(shè)備

①運輸機

對智能刮板運輸機而言，采煤機的作用是為自身運行提供支撐，這也決定了直線度檢測和平直度檢測工作，均要面臨極為嚴格的要求。要想使運煤效率更加符合預期，關(guān)鍵是實時檢測運輸機與采煤機，避免上下滑動或類似問題出現(xiàn)，帶來不必要的麻煩[3]。另外，這樣做所帶來積極影響，還有提高定位準確性，工作人員需要對此引起重視。

②采煤機

研究表明，智能采煤機的優(yōu)勢，主要是能夠根據(jù)采煤工藝所提出要求，對工作模式進行切換，經(jīng)由微電系統(tǒng)內(nèi)置傳感器模塊，對設(shè)備、設(shè)備支架所處位置和運行情況等信息進行收集，根據(jù)收集信息預測設(shè)備未來運行軌跡，確保采煤機和其他設(shè)備的作用時間高度契合。將遠程操作臺安裝在監(jiān)控中心內(nèi)部，由監(jiān)測系統(tǒng)向操作臺傳遞監(jiān)測所得設(shè)備位置和相關(guān)信息，而視頻系統(tǒng)的作用，主要是發(fā)布升降命令，借助數(shù)據(jù)通信、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)，確保系統(tǒng)所發(fā)布命令能夠及時向操作臺進行反饋，真正做到遠程控制采煤機運行。

③液壓支架

液壓支架所面臨問題，主要是內(nèi)部系統(tǒng)缺少統(tǒng)一結(jié)構(gòu)，這里提到的內(nèi)部系統(tǒng)，除了電液控制系統(tǒng)，還有液壓支架，而結(jié)構(gòu)沒有得到統(tǒng)一所帶來影響，便是液壓支架始終作為生產(chǎn)附加品而存在。要想對上述問題加以解決，關(guān)鍵是對液壓支架、電液控制系統(tǒng)進行整合，在此基礎(chǔ)上，通過結(jié)合傳感器、控制器和機械結(jié)構(gòu)的方式，確保支架成本能夠得到大幅下降，隨著一體化目標的實現(xiàn)，液壓支架所展現(xiàn)出智能化、自動化水平，通常更加符合預期。例如，某煤礦便選擇借助遠程控制系統(tǒng)，在對遠程操作臺加以設(shè)置的前提下，充分利用視頻技術(shù)，對液壓支架及相關(guān)設(shè)備進行控制，確保其價值能夠在日常作業(yè)中得到實現(xiàn)。

3.煤礦綜采工作面前進方向及展望

研究表明，要想使煤礦企業(yè)擺脫勞動密集企業(yè)的“身份”，轉(zhuǎn)而成為技術(shù)密集企業(yè)，關(guān)鍵是做到信息化及工業(yè)化，真正做到借助信息技術(shù)開展各項工作。上文著重分析了已經(jīng)得到推廣的技術(shù)和設(shè)備，而無人開采目標的達成，還需要更多技術(shù)提供支持，例如，視頻技術(shù)，這也是未來一段時間的研究側(cè)重點。

(1)視頻技術(shù)

圍繞運輸機、采煤機與液壓支架展開討論，借信息技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)之手，確保綜采工作面所提出遙信、遙測和遙視等目標能夠成為現(xiàn)實，通過遠程監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)的方式，科學預測設(shè)備故障，為相關(guān)系統(tǒng)的高效運行提供保障。與此同時，工作人員調(diào)控系統(tǒng)的能力，通?？梢缘玫捷^為明顯的增強。

(2)測量技術(shù)

無論是巷道，還是綜采工作面，均屬于典型的狹長測量對象，液壓支架等設(shè)備的存在，無形中增加了測量難度，而復雜的地理環(huán)境與煤層構(gòu)造，成為制約設(shè)備可視測量目標實現(xiàn)的主要原因。雖然綜采工作面所用定位技術(shù)為激光定位，但是切割作業(yè)會帶來大量煤塵，這一情況所帶來問題，便是測量結(jié)果無法準確反映實際情況[4]。由此可見，對原有技術(shù)進行更新很有必要，直線度測量及控制技術(shù)，將是未來研究的重點，工作人員應(yīng)當引起重視。

(3)識別技術(shù)

要想使綜采工作面更加智能，對自動識別技術(shù)進行研發(fā)是關(guān)鍵。工作人員應(yīng)以煤巖防落所提出需求為依據(jù)，在建立數(shù)學模型的基礎(chǔ)上，借助信息技術(shù)，確保算法得到有效識別與控制，只有這樣才能使上述技術(shù)具備成功研發(fā)的條件。

現(xiàn)有煤巖分界傳感系統(tǒng)的數(shù)量約為20種，例如，廣為人知的振動頻譜傳感和記憶程序控制，上述系統(tǒng)尚未成功過渡到實踐階段，因此，其價值始終沒有得到證實。而復雜的作業(yè)環(huán)境，使辨別煤巖分界的難度大幅提高，只有研發(fā)分辨率適宜的傳感器，確保采煤機滾筒具備自動調(diào)高的條件，才能使上述問題迎刃而解。由此可見，如果條件允許，工作人員應(yīng)花費更多精力與時間，對組合調(diào)高技術(shù)進行研究，借鑒國外得到推廣和落實的記憶智能程控等技術(shù)，獲得能夠使我國煤礦作業(yè)所提出需求得到最大程度滿足的識別技術(shù)，例如，雷達探測技術(shù)。

4.結(jié)論

通過上文的分析能夠看出，我國煤礦行業(yè)的發(fā)展方向，可被概括為信息化、工業(yè)化，在信息技術(shù)持續(xù)發(fā)展的當下，煤炭科技也被賦予了實現(xiàn)智能建設(shè)、創(chuàng)新發(fā)展等目標的能力，這便是煤礦企業(yè)向技術(shù)密集型進行轉(zhuǎn)變的主要原因。這一趨勢所帶來連鎖反應(yīng)，便是綜采工作面所用技術(shù)和設(shè)備，均朝著信息化與智能化的方向前進，由此可見，煤礦開采作業(yè)應(yīng)緊隨信息時代煤炭行業(yè)發(fā)展步伐，致力于無人開采、智能開采設(shè)想的實現(xiàn)。