綜采裝備單機(jī)智能化向智能協(xié)同模式轉(zhuǎn)型的探索研究

黃 曾 華

(北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司，北京 100013)

0 引 言

煤炭是我國(guó)能源的基石，是可以實(shí)現(xiàn)清潔高效利用的最經(jīng)濟(jì)、可靠的能源[1]。煤礦智能化是實(shí)現(xiàn)煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐，同時(shí)也是深入貫徹落實(shí)“四個(gè)革命、一個(gè)合作”能源安全新戰(zhàn)略、加快推進(jìn)煤炭行業(yè)供給側(cè)結(jié)構(gòu)性改革的重要舉措[2]。

國(guó)外在智能化開采技術(shù)方面的探索起步較早，美國(guó)、澳大利亞、德國(guó)等國(guó)外企業(yè)在綜采工作面智能化的研究方面取得了一定的成功，通過采用計(jì)算機(jī)技術(shù)、采煤機(jī)記憶截割技術(shù)[3]、電液控制技術(shù)和變頻軟啟動(dòng)技術(shù)等，在地質(zhì)條件較好的中厚煤層實(shí)現(xiàn)了工作面3～5人的全自動(dòng)化割煤，自20世紀(jì)90年代開始，瑞典、美國(guó)、德國(guó)和澳大利亞等開始研究和發(fā)展智能開采技術(shù)與裝備，初步實(shí)現(xiàn)煤機(jī)設(shè)備運(yùn)行控制、狀態(tài)監(jiān)測(cè)和遠(yuǎn)程可視化[3]。

我國(guó)煤炭以地下開采為主，煤礦智能化開采是綜合機(jī)械化開采、自動(dòng)化開采的深入創(chuàng)新與發(fā)展，是煤炭生產(chǎn)方式變革的新階段。智能化開采是煤炭安全高效開采的發(fā)展方向和必然趨勢(shì)，已成為行業(yè)共識(shí)[4]。2020年2月八部委共同制定發(fā)布了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，提出了將煤礦智能化作為煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐，制定了煤礦智能化發(fā)展的原則、目標(biāo)、任務(wù)和保障措施[2]。

目前，煤礦智能化建設(shè)的新高潮正在全國(guó)興起，但我國(guó)煤礦智能化發(fā)展尚處于初級(jí)階段，存在發(fā)展理念不清晰、發(fā)展模式不明朗等問題[1]，在此背景下，國(guó)內(nèi)很多研究人員的重點(diǎn)放在了單機(jī)設(shè)備上，均以“裝備+智能”模式開展研究工作，出版的期刊與論文基本也是探討的某個(gè)設(shè)備或某項(xiàng)技術(shù)，而筆者深入分析了目前我國(guó)煤礦智能化建設(shè)的發(fā)展模式現(xiàn)狀，在現(xiàn)有“裝備+智能”模式的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新性地提出了“智能化+裝備”的發(fā)展模式，探討在煤炭行業(yè)新一輪智能化發(fā)展時(shí)期，如何采用新的發(fā)展模式開展綜采工作面智能化建設(shè)。

1 綜采工作面智能化發(fā)展情況

智能化開采是指綜合運(yùn)用傳感、通信、控制[5]、軟件[6]、大數(shù)據(jù)、云計(jì)算、人工智能[7]等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)等設(shè)備及煤巖層的感知、信息傳輸、存儲(chǔ)、分析、計(jì)算而形成對(duì)割煤、推移刮板輸送機(jī)、移架、運(yùn)輸、滅塵、警示、警告等指令，并通過電液換向閥、推移油缸、喇叭、警示燈等的執(zhí)行，實(shí)現(xiàn)在工作面少人或無人的情況下，煤炭的連續(xù)、安全、高效回采[4,8,9]。

1.1 國(guó)外煤礦智能化發(fā)展現(xiàn)狀

國(guó)際上對(duì)煤礦智能化開采技術(shù)的研究始于20世紀(jì)90年代，德國(guó)、美國(guó)、澳大利亞等都先后提出了自己的技術(shù)方案，其思路均是依賴工業(yè)自動(dòng)化基礎(chǔ)，結(jié)合遠(yuǎn)程可視化監(jiān)控，實(shí)現(xiàn)對(duì)煤機(jī)、支架等裝備的控制。1990年德國(guó)推出綜采電液控制自動(dòng)化系統(tǒng)，其特點(diǎn)是裝備程序化控制。2000年之后，隨著計(jì)算機(jī)與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)進(jìn)步，澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織(CSIRO)專門開始煤礦綜采自動(dòng)化技術(shù)和無人工作面的自動(dòng)化裝備和技術(shù)方面的研究，啟動(dòng)了“Landmark”研究計(jì)劃，探索先進(jìn)、安全、高效的自動(dòng)化技術(shù)和模式。美國(guó)JOY公司推出以實(shí)現(xiàn)地面遠(yuǎn)程監(jiān)控為目標(biāo)的虛擬采礦方案；而德國(guó)艾柯夫公司著力于智能化煤機(jī)的研發(fā)，聚焦于提供具有防碰撞、智能控制、截割模板等高級(jí)功能的智能煤機(jī)裝備以及相關(guān)行業(yè)方案[3,10]。

2010年4月，卡特彼勒(原DBT)將研制的新技術(shù)(PMC Evo-S)用于綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)復(fù)雜的信息通信，利用單個(gè)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了各子系統(tǒng)間信息的連接和交流。德國(guó)PSI公司的PSImining是針對(duì)地下礦井開采需求開發(fā)的SCADA系統(tǒng)，將監(jiān)視、控制、自動(dòng)化、生產(chǎn)計(jì)劃管理(勞動(dòng)力管理)功能融入1個(gè)系統(tǒng)。

1.2 國(guó)內(nèi)煤礦智能化發(fā)展現(xiàn)狀

我國(guó)在改革開放40多年的時(shí)間內(nèi)，快速完成了第1次、第2次、第3次、第4次工業(yè)革命，與此同時(shí)，煤炭行業(yè)的技術(shù)進(jìn)步也在同步推進(jìn)，經(jīng)歷了從最初的人力開采、炮采、普采、綜采，到信息化、數(shù)字化技術(shù)的不斷發(fā)展。

2008年以前，作為智能化開采核心技術(shù)的支架電液控制系統(tǒng)一直被國(guó)外企業(yè)壟斷。2000年，兗礦集團(tuán)有限公司首次在國(guó)產(chǎn)液壓支架上使用進(jìn)口電液控制系統(tǒng)。直至2008年，首套全國(guó)產(chǎn)化的SAC電液控制系統(tǒng)在寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司全工作面成功實(shí)現(xiàn)常態(tài)化生產(chǎn)應(yīng)用，隨后國(guó)產(chǎn)裝備開始由機(jī)械化轉(zhuǎn)向自動(dòng)化，并逐步向智能化發(fā)展。

2010年前后國(guó)內(nèi)開始有相關(guān)單位進(jìn)行綜采工作面智能化相關(guān)技術(shù)研究，以數(shù)字化、視頻和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)為基礎(chǔ)開發(fā)產(chǎn)品，在中煤平朔集團(tuán)有限公司、冀中能源峰峰集團(tuán)有限公司開始井下工業(yè)性試驗(yàn)，自開始到達(dá)到設(shè)計(jì)指標(biāo)，經(jīng)歷了2～3年的推廣孕育期，2014年取得突破，在黃陵礦業(yè)集團(tuán)有限公司實(shí)現(xiàn)可視化遠(yuǎn)程干預(yù)智能化工作面[11]，由此，在全國(guó)范圍內(nèi)掀起了智能化建設(shè)熱潮，并取得快速發(fā)展。我國(guó)煤礦智能化建設(shè)從無到有、從小到大不斷發(fā)展，目前全國(guó)已建成1 000余個(gè)自動(dòng)化工作面(實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)遙控控制、液壓支架電液控制、“三機(jī)”集中控制)和約400個(gè)智能化工作面(實(shí)現(xiàn)巷道遠(yuǎn)程可視化控制或自動(dòng)校直等功能)。

隨著技術(shù)的進(jìn)一步升級(jí)，我國(guó)煤礦已從綜采工作面智能化擴(kuò)展到全礦井，以實(shí)現(xiàn)智慧礦井、智慧礦區(qū)為發(fā)展方向的智能化建設(shè)成為煤礦未來發(fā)展的主要方向，其核心目標(biāo)還是綜采工作面的智能化及無人化。因綜采工作面地質(zhì)條件復(fù)雜多變，無法準(zhǔn)確預(yù)知、預(yù)判，國(guó)內(nèi)各研究單位正在進(jìn)一步加深研究，為實(shí)現(xiàn)工作面內(nèi)無人化的目標(biāo)努力。

2 綜采工作面“裝備+智能”模式

2.1 我國(guó)煤礦智能化開采模式

智能化的發(fā)展歷經(jīng)數(shù)字化、信息化、自動(dòng)化等發(fā)展階段，每個(gè)階段的演變，都是在裝備的基礎(chǔ)上，通過電子與數(shù)字技術(shù)的應(yīng)用發(fā)展而來，稱之為綜采工作面“裝備+智能”模式(圖1)，該模式中裝備是基礎(chǔ)，因需求在裝備上增加智能化功能，堆積木式實(shí)現(xiàn)單一的智能化功能，目前綜采工作面三大核心裝備是采煤機(jī)、液壓支架及刮板輸送機(jī)，在近年的智能化發(fā)展中，各設(shè)備單位以發(fā)展上述三大裝備的智能化為主要方向，進(jìn)行了大量的探索[4,12-13]。

圖1 “裝備+智能”模式Fig.1 “Equipment+intelligence” mode

2.2 我國(guó)智能化發(fā)展的“三化六階段”

20世紀(jì)90年代我國(guó)開始發(fā)展綜采技術(shù)，從機(jī)械化到自動(dòng)化，再到現(xiàn)在的智能化，分別經(jīng)歷了機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化1.0、智能化2.0，目前正在開展智能化3.0研究，智能化4.0則是我國(guó)煤礦發(fā)展的中長(zhǎng)期目標(biāo)(圖2)。

圖2 我國(guó)智能化發(fā)展情況Fig.2 Development of intelligence in China

1)機(jī)械化。在進(jìn)口國(guó)外成套裝備的同時(shí)，大力發(fā)展國(guó)產(chǎn)裝備的機(jī)械化，當(dāng)綜采工作面逐步由炮采轉(zhuǎn)變?yōu)槠詹蓵r(shí)，我國(guó)初步實(shí)現(xiàn)了綜采裝備的機(jī)械化，大幅地降低了工作面生產(chǎn)時(shí)工人數(shù)量，通過支護(hù)設(shè)備的使用提高了工作面安全系數(shù)。

2)自動(dòng)化。2008年國(guó)產(chǎn)液壓支架電液控制系統(tǒng)的成功應(yīng)用，為煤炭行業(yè)開展綜采自動(dòng)化開啟了嶄新的一頁。通過數(shù)字化與信息化手段實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)、泵站等各單機(jī)子系統(tǒng)的自動(dòng)化。通過在采煤機(jī)內(nèi)部安裝傾角傳感器，實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)機(jī)身傾角檢測(cè)[10]；在支架上安裝采煤機(jī)位置接收裝置，實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)定位；實(shí)現(xiàn)“三機(jī)”集控，提升各單機(jī)子系統(tǒng)自動(dòng)化功能，實(shí)現(xiàn)“采煤機(jī)記憶截割、液壓支架自動(dòng)跟機(jī)[14-15]、刮板輸送機(jī)(包括破碎機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī))集中控制、工作面視頻追機(jī)[9]”總體功能，自動(dòng)化水平較機(jī)械化生產(chǎn)有較大提升，但上述功能的實(shí)現(xiàn)仍以操作人員就地控制為主，并未實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化功能的常態(tài)化使用。

3)智能化1.0。在自動(dòng)化基礎(chǔ)上，國(guó)內(nèi)各裝備生產(chǎn)單位與相關(guān)科研院所開展綜采工作面智能化研究，液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化、采煤機(jī)記憶截割、采煤機(jī)精確定位等技術(shù)水平進(jìn)一步提升，創(chuàng)新開發(fā)采煤機(jī)、液壓支架遠(yuǎn)程遙控技術(shù)，于2014年取得突破，實(shí)現(xiàn)了“有人巡視，中部跟機(jī)”的智能化1.0開采模式，這種基于遠(yuǎn)程可視化干預(yù)的智能化開采模式，通過增強(qiáng)視頻技術(shù)，將操作人員感觀通過視頻與語音等系統(tǒng)延伸到工作面，將操作人員解放到兩巷，在監(jiān)控中心實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面設(shè)備工況實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，及對(duì)工作面設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，工作面實(shí)現(xiàn)液壓支架中部跟機(jī)自動(dòng)化[16]及采煤機(jī)記憶截割功能的常態(tài)化應(yīng)用、采煤機(jī)記憶截割，工作面安排人員跟機(jī)巡視，并在地面調(diào)度指揮中心首次實(shí)現(xiàn)地面采煤[9]。

4)智能化2.0。智能化1.0的成功推出并得到廣泛應(yīng)用后，各研究機(jī)構(gòu)與裝備單位加大投入力度，對(duì)采煤機(jī)在地質(zhì)空間的三維定位[17]、液壓支架姿態(tài)監(jiān)測(cè)與控制[13]、刮板輸送機(jī)智能變頻等關(guān)鍵技術(shù)取得突破，探索軍用慣性導(dǎo)航技術(shù)在采煤姿態(tài)檢測(cè)上的應(yīng)用，成功引入澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)院的LASC技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工作面自動(dòng)校直功能。通過對(duì)綜采工作面裝備的成套性與可靠性的提升，以及將慣性導(dǎo)航技術(shù)成功應(yīng)用于工作面，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)找直，全面跟機(jī)的智能化開采模式，將智能化1.0推向智能化2.0，極大提升了我國(guó)綜采工作面智能化水平。

5)智能化3.0。目前，我國(guó)煤炭行業(yè)正在進(jìn)行智能化3.0的探索，智能化目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)綜采工作面無人化，而多變的煤層賦存條件是影響達(dá)成該目標(biāo)的關(guān)鍵因素，工作面煤層賦存對(duì)開采過程而言是個(gè)“黑箱”，智能化3.0的關(guān)鍵技術(shù)是將這個(gè)“黑箱”變成“白箱”，即通過前期地質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)，再通過打定向鉆孔，結(jié)合槽波探測(cè)等技術(shù)，建立工作面地質(zhì)模型，將地質(zhì)模型導(dǎo)入智能化控制系統(tǒng)，由控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)綜采工作面數(shù)字化割煤，并將采后檢測(cè)地質(zhì)變化數(shù)據(jù)再次導(dǎo)入系統(tǒng)，對(duì)地質(zhì)模型進(jìn)行修正，提升地質(zhì)模型精準(zhǔn)度，達(dá)到無人巡視，遠(yuǎn)程干預(yù)，隨著我國(guó)煤炭行業(yè)對(duì)智能化的日益重視，智能化3.0由最初的1～2個(gè)礦井探索，發(fā)展成各大煤炭集團(tuán)開始多點(diǎn)推廣，同時(shí)也在倒逼智能化3.0不斷完善與提升。

6)智能化4.0。在智能化3.0的基礎(chǔ)之上，未來的智能化4.0，將會(huì)進(jìn)一步提升綜采工作面智能化水平，通過應(yīng)用人工智能、大數(shù)據(jù)、5G、云計(jì)算等技術(shù)，做到工作面透明開采，工作面內(nèi)無人化。

在智能化發(fā)展的“三化六階段”過程中，技術(shù)不斷迭代，綜采工作面的智能化水平不斷提升。各煤炭生產(chǎn)單位積極參與智能化探索，2008年寧夏煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司首次使用國(guó)內(nèi)電液控制系統(tǒng)，推動(dòng)了電液控制系統(tǒng)國(guó)產(chǎn)化工作；同年神東煤炭集團(tuán)建成第1個(gè)自動(dòng)化綜采工作面；2014年黃陵礦業(yè)集團(tuán)有限公司首次實(shí)現(xiàn)了地面遠(yuǎn)程采煤，開啟了智能化1.0時(shí)代；2016年兗礦集團(tuán)有限公司使用慣性導(dǎo)航實(shí)現(xiàn)了工作面自動(dòng)校直功能，推動(dòng)綜采智能化進(jìn)入了2.0時(shí)代；2018年神東煤炭集團(tuán)開始基于工作面地質(zhì)模型進(jìn)行數(shù)字化割煤探索，開啟了智能化3.0時(shí)代。煤礦智能化的發(fā)展有效提升煤炭行業(yè)技術(shù)水平，同時(shí)改變了人們對(duì)煤炭行業(yè)的認(rèn)知。

3 創(chuàng)新研究“智能化+裝備”協(xié)同模式

智能化是煤炭行業(yè)未來發(fā)展的必由之路，在行業(yè)內(nèi)已達(dá)成共識(shí)，國(guó)家、行業(yè)、各研究機(jī)構(gòu)、裝備廠家都在加大對(duì)智能化的投入，但“裝備+智能”模式仍存在不足之處：主要發(fā)展方向是以單機(jī)設(shè)備智能化為主，即各設(shè)備廠家都在夯實(shí)各子系統(tǒng)單機(jī)智能化功能，獨(dú)自發(fā)展，堆積木式在單機(jī)上不斷疊加功能，采用傳統(tǒng)的純機(jī)械的“三機(jī)”配套模式，無法有效地發(fā)揮系統(tǒng)之間的協(xié)同、互聯(lián)等智能化功能。筆者認(rèn)為，綜采工作面未來發(fā)展的主要方向就是以智能化為核心，智能化的核心和方向是智能協(xié)同、融合智能，應(yīng)采用系統(tǒng)、全局的思路對(duì)綜采工作面智能化進(jìn)行規(guī)劃，通過智能化來驅(qū)動(dòng)裝備的發(fā)展與變革，通過人工智能、大數(shù)據(jù)、5G高速通信系統(tǒng)、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等先進(jìn)技術(shù)推動(dòng)綜采工作面“智能化+裝備”模式的發(fā)展。

“智能化+裝備”模式的目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)智能化工作面，圍繞該目標(biāo)，規(guī)劃智能感知、智能識(shí)別、智能預(yù)警、智能決策、智能診斷、智能語音、智能控制(包括數(shù)字化割煤)等智能化功能，通過智能支護(hù)、智能割煤、智能運(yùn)輸、智能集成供液與供電等系統(tǒng)執(zhí)行[18]系統(tǒng)指令，實(shí)現(xiàn)智能目標(biāo)(圖3)。

圖3 “智能化+裝備”模式Fig.3 “Intelligent+equipment”mode

1)智能感知。通過智能傳感設(shè)備感知地質(zhì)條件、開采環(huán)境、裝備工況，利用地質(zhì)寫實(shí)、物探、鉆探數(shù)據(jù)，建立智能開采工作面的三維靜態(tài)地質(zhì)模型?；诠ぷ髅娴刭|(zhì)探測(cè)數(shù)據(jù)以及慣性導(dǎo)航、三維激光掃描等技術(shù)的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面開采條件的預(yù)先感知?；谄交A梯多級(jí)調(diào)整控制策略，利用煤巖界面識(shí)別裝置及可見光視頻監(jiān)控與圖像相互融合的方法，為實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)智能調(diào)控打下基礎(chǔ)。

通過雷達(dá)、慣導(dǎo)對(duì)設(shè)備姿態(tài)的實(shí)時(shí)測(cè)量感知，采集綜采工作面“三機(jī)”、泵站等設(shè)備參數(shù)。通過工業(yè)以太網(wǎng)將其傳輸?shù)絽^(qū)段巷道集中控制中心，并精準(zhǔn)控制設(shè)備姿態(tài)。建立煤礦生產(chǎn)大數(shù)據(jù)智能分析決策平臺(tái)，基于多種監(jiān)測(cè)監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)提取生產(chǎn)揭露的地質(zhì)信息，對(duì)工作面三維地質(zhì)模型進(jìn)行動(dòng)態(tài)修正[7]，同時(shí)基于歷史生產(chǎn)數(shù)據(jù)和故障案例構(gòu)建深度學(xué)習(xí)模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的精準(zhǔn)控制、故障自診斷以及對(duì)生產(chǎn)工藝的智能決策，最終實(shí)現(xiàn)基于工作面三維地質(zhì)透明化的智能開采。將當(dāng)前基于記憶截割的智能開采系統(tǒng)[19]，升級(jí)為基于透明地質(zhì)規(guī)劃截割的智能開采系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)由傳統(tǒng)的記憶截割向三維空間感知和自動(dòng)截割的技術(shù)跨越。

2)智能識(shí)別。在綜采工作面智能開采過程中，引入人工智能技術(shù)，將專家系統(tǒng)、模式識(shí)別、圖像處理和人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等人工智能技術(shù)，應(yīng)用于綜采工作面設(shè)備監(jiān)控、圍巖環(huán)境、運(yùn)動(dòng)控制和協(xié)同作業(yè)等方面，通過模擬人類專家思維及知識(shí)水平，解決復(fù)雜多維的綜采生產(chǎn)感知和控制非線性問題，提高控制效率及準(zhǔn)確性，實(shí)現(xiàn)綜采工作面生產(chǎn)關(guān)鍵目標(biāo)自動(dòng)檢測(cè)識(shí)別、場(chǎng)景實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的智能感知。

3)智能預(yù)警。依靠聲光報(bào)警器、智能視頻系統(tǒng)以及電子圍欄(工作面門禁系統(tǒng))等智能化設(shè)備，在工作面劃出危險(xiǎn)區(qū)和安全區(qū)，在生產(chǎn)過程中，當(dāng)人員誤入危險(xiǎn)區(qū)域時(shí)，智能預(yù)警系統(tǒng)將開啟自動(dòng)識(shí)別，并通過聲光報(bào)警器發(fā)出警示，提示人員遠(yuǎn)離危險(xiǎn)區(qū)域，預(yù)警系統(tǒng)立即向控制系統(tǒng)發(fā)出停機(jī)保護(hù)命令，緊急停止人員所處位置的設(shè)備，保護(hù)人員與設(shè)備的安全。

4)智能決策。依據(jù)智能感知、智能判斷和智能預(yù)警系統(tǒng)，使支護(hù)系統(tǒng)在支護(hù)裝備出現(xiàn)高度、姿態(tài)等錯(cuò)亂現(xiàn)象時(shí)具有智能姿態(tài)調(diào)整和危險(xiǎn)狀態(tài)智能安全閉鎖功能。將數(shù)據(jù)匯聚并引入到由裝備行為“準(zhǔn)則”“依據(jù)”為支撐的開采決策控制模型中，基于大數(shù)據(jù)分析、人工智能等技術(shù)應(yīng)用，形成決策思想來替代原有依靠人工進(jìn)行“想”的環(huán)節(jié)。

5)智能診斷。通過對(duì)采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、泵站等裝備的在線監(jiān)測(cè)診斷與精準(zhǔn)維護(hù)，實(shí)現(xiàn)關(guān)鍵部件故障智能診斷分析與狀態(tài)信息遠(yuǎn)程集中瀏覽，診斷分析工作面裝備可能存在的電氣故障、軸承損傷、聯(lián)軸器不對(duì)中、潤(rùn)滑不良、冷卻水泄露等潛在故障，有效揭示設(shè)備潛在故障的發(fā)生、發(fā)展和轉(zhuǎn)移。生產(chǎn)過程中對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行可靠性評(píng)估，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備智能診斷，可以為維修管理提供準(zhǔn)確、可靠的依據(jù)，避免機(jī)電設(shè)備意外停機(jī)和重大事故發(fā)生，提升裝備運(yùn)行的安全性和可靠性。

6)智能控制。以智能化決策為依據(jù)，以液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等“四肢”為執(zhí)行機(jī)構(gòu)，來實(shí)現(xiàn)“動(dòng)”的需求。采煤機(jī)自主割煤功能可以根據(jù)采煤機(jī)前滾筒和后滾筒的調(diào)整限制量、采煤機(jī)滾筒截割深度、截割斷面最大最小采高限制、采煤機(jī)上一刀割煤實(shí)際截割線及地質(zhì)模型等，研究?jī)?yōu)化出未來N刀采煤機(jī)滾筒的截割調(diào)整量，研究調(diào)整量的可視化編輯，實(shí)現(xiàn)截割線平滑且不超過滾筒調(diào)整上下限，最終達(dá)到多割煤少割巖的自動(dòng)化控制。

“智能化+裝備”智能協(xié)同模式的核心是智能協(xié)同、融合智能，上述各項(xiàng)智能化功能，需在工作面裝備上落地實(shí)施，智能支護(hù)系統(tǒng)、智能割煤系統(tǒng)、智能運(yùn)輸系統(tǒng)、智能供液系統(tǒng)等為各項(xiàng)智能化功能的載體，并且，各系統(tǒng)之間不再是相對(duì)獨(dú)立的單機(jī)子系統(tǒng)，是為實(shí)現(xiàn)智能化功能而存在的一套裝備，實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)智能化功能相互關(guān)聯(lián)，在智能感知、智能控制技術(shù)基礎(chǔ)上，建立協(xié)同聯(lián)動(dòng)機(jī)制，通過各設(shè)備的協(xié)同控制，智能協(xié)調(diào)工作面各設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行，解決工作面裝備智能決策缺失難題，實(shí)現(xiàn)開采流程智能化新模式。

應(yīng)用人工智能、大數(shù)據(jù)、5G、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等技術(shù)，通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)各系統(tǒng)的協(xié)調(diào)、統(tǒng)一管控，彌補(bǔ)“裝備+智能”模式不足，通過“智能化+裝備”模式創(chuàng)新，進(jìn)一步強(qiáng)化智能化核心地位，為綜采工作面實(shí)現(xiàn)無人化目標(biāo)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

4 總 結(jié)

1)“智能化+裝備”智能協(xié)同模式解決了現(xiàn)有綜采裝備智能化改造削足適履的弊端，有利于信息化、數(shù)字化、物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和大數(shù)據(jù)等新技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)綜采設(shè)備的改造和智能化升級(jí)。

2)以“智能化+裝備”智能協(xié)同模式的綜采工作面，解決了基于可視化遠(yuǎn)程干預(yù)開采模式中，遇到的“看、想、控、穩(wěn)”等困難問題，通過系統(tǒng)智能判斷與決策，控制各采煤裝備按照設(shè)計(jì)工藝實(shí)現(xiàn)自主采煤，采煤過程做到不需要人工干預(yù)。

3)“智能化+裝備”協(xié)同模式具備很強(qiáng)的綜采工作面地質(zhì)條件自適應(yīng)性，能夠在提升煤炭開采工效的同時(shí)，確保工作面可以連續(xù)、穩(wěn)定、高效運(yùn)行，成為自主感知、自主分析、自主決策、自主執(zhí)行的生產(chǎn)系統(tǒng)。

4)“智能化+裝備”協(xié)同模式提出后，需要在實(shí)踐過程中逐步建立理論體系，完善新模式下的綜采技術(shù)和裝備，將綜采工作面從初級(jí)智能化推向更高水平，實(shí)現(xiàn)智能開采全過程的無人化安全生產(chǎn)。