煤礦綜采工作面無人化開采技術(shù)

＊楊海兵

（中陽縣應(yīng)急管理局 山西 033400）

在煤礦的開采過程中，安全問題一直是困擾煤礦企業(yè)的主要問題之一，一旦在生產(chǎn)過程中出現(xiàn)安全事故，不僅會(huì)為煤礦企業(yè)帶來嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，同時(shí)也有可能造成大量人員傷亡，進(jìn)而引發(fā)十分惡劣的社會(huì)影響。在煤礦綜采過程中，通常需要人力輔助機(jī)械設(shè)備進(jìn)行共同開采，但是由于開采程度的不斷深入，工作人員面臨著更加復(fù)雜的內(nèi)部環(huán)境與外部環(huán)境，這都會(huì)對(duì)人身安全帶來一定威脅。無人化開采技術(shù)可以充分實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，無人化開采，不僅能夠最大程度的保證開采安全，同時(shí)也可以有效提高開采效率，是煤礦企業(yè)穩(wěn)定健康發(fā)展的重要推手。

1.綜采工作面無人化開采技術(shù)的應(yīng)用前提

（1）無線通信網(wǎng)絡(luò)?，F(xiàn)階段煤礦企業(yè)在綜采過程中所采用的無線通信網(wǎng)絡(luò)大多采用電纜載波傳輸和光纜傳輸兩種。電纜載波傳輸方式存在著傳輸效率低、可靠性差、傳輸數(shù)據(jù)小等缺點(diǎn)，無法在綜采過程中做到信息的實(shí)時(shí)傳輸；光纜傳輸雖然能夠做到信息的實(shí)時(shí)傳輸，并且能夠滿足大數(shù)據(jù)量的傳輸，但是在應(yīng)用過程中存在著信號(hào)穿透性差、抗干擾能力弱、使用壽命短、建設(shè)成本高等缺點(diǎn)，無法為煤礦綜采無人化生產(chǎn)提供必要的通信網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)。與上述兩種網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)相比，Wireless通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)憑借其超強(qiáng)的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，能夠滿足煤礦綜采無人化生產(chǎn)的實(shí)際需求。具體來說，Wireless通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在應(yīng)用過程中具有自動(dòng)化組網(wǎng)、自動(dòng)化修復(fù)、自動(dòng)化平衡與管理等特點(diǎn)，并且具有50Mbit/s以上的傳輸寬帶，可以與工業(yè)以太網(wǎng)直接相連，能夠與煤礦的主干網(wǎng)絡(luò)共同作用為無人化綜采提供先進(jìn)的通信網(wǎng)絡(luò)。還有一種可選擇的網(wǎng)絡(luò)通訊技術(shù)是Li-Fi技術(shù)，這是一種較為先進(jìn)的無線連接技術(shù)，此項(xiàng)技術(shù)在應(yīng)用過程中數(shù)據(jù)傳輸依靠可見光譜完成，所以需要在照明設(shè)備上安裝微縮芯片，使照明設(shè)備同時(shí)具有信息傳輸和照明的功能，這也符合煤礦綜采的照明需求，因?yàn)槊旱V在綜采過程中對(duì)照明有較高要求，每三臺(tái)支架都需要配備一臺(tái)照明設(shè)備，所以Li-Fi通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在煤礦綜采過程中應(yīng)用更為方便，效果更為明顯。

（2）數(shù)據(jù)處理技術(shù)。在傳統(tǒng)的綜采過程中，作業(yè)系統(tǒng)相對(duì)獨(dú)立，無法做到高度關(guān)聯(lián)。作業(yè)過程中產(chǎn)生的信號(hào)會(huì)直接傳輸給主機(jī)系統(tǒng)，然后由主機(jī)之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交換，數(shù)據(jù)主要以RS485、OPC、TCP/IP等方式進(jìn)行處理。這種數(shù)據(jù)處理技術(shù)在應(yīng)用過程中需要面臨著較多的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)環(huán)節(jié)，并且不具備更高的系統(tǒng)兼容性，如果所選用的設(shè)備出自不同廠家，那么設(shè)備之間還存在技術(shù)保護(hù)，會(huì)進(jìn)一步影響數(shù)據(jù)的處理結(jié)果。所以為了實(shí)現(xiàn)煤礦綜采的無人化開采，煤礦企業(yè)就一定要規(guī)范數(shù)據(jù)處理技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)化處理。也就是說，煤礦企業(yè)所選擇的設(shè)備一定要符合Ether/IP通信協(xié)議的具體規(guī)定并且具備統(tǒng)一接口，只有在此基礎(chǔ)上作業(yè)系統(tǒng)才可以根據(jù)不同的開采任務(wù)提供不同的通信需求，對(duì)于一些需要實(shí)時(shí)傳輸?shù)男畔?，就可以采用UPD/IP協(xié)議的1類傳輸，不需要實(shí)時(shí)傳輸?shù)男畔t可以采用TCP/IP協(xié)議的3類傳輸，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的分級(jí)處理，這可進(jìn)一步明確數(shù)據(jù)的優(yōu)先級(jí)，確保數(shù)據(jù)處理的高效運(yùn)行。

（3）支架跟機(jī)自動(dòng)化技術(shù)?，F(xiàn)階段煤礦企業(yè)在生產(chǎn)過程中所采用的支架跟機(jī)自動(dòng)化技術(shù)，在應(yīng)用過程中存在著頂板控制能力不足、頂板破碎無法完成自動(dòng)化操作、支架拉架不及時(shí)等問題。因?yàn)椴擅簷C(jī)位于工作人員活動(dòng)的主要區(qū)域，出于安全考慮，在這一工作區(qū)支架是保持靜止的，這種設(shè)計(jì)會(huì)在一定程度上滯后支架的拉架動(dòng)作，進(jìn)而導(dǎo)致支架難以實(shí)時(shí)追機(jī)，如果頂板條件良好，那么支架的運(yùn)行狀態(tài)就會(huì)相對(duì)穩(wěn)定；如果頂板狀態(tài)較差，那么采煤機(jī)身就會(huì)出現(xiàn)一定距離的空頂，如果支架沒有及時(shí)到位，就很容易導(dǎo)致頂板冒落。所以為了最大程度的避免支架滯后，滿足無人化綜采的具體需求，技術(shù)人員可以用伸縮性頂梁支架代替?zhèn)鹘y(tǒng)支架，這是一種十分高效的液壓支架支護(hù)系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖1所示，當(dāng)采煤機(jī)頂滾筒越過支架后，那么支架系統(tǒng)需要伸出可伸縮的頂梁控制頂板，然后完成支架拉架，確保提供強(qiáng)有力的支護(hù)力量。

圖1 液壓支架支護(hù)系統(tǒng)

（4）自適應(yīng)割煤技術(shù)。為了實(shí)現(xiàn)綜采無人化開采技術(shù)的順利應(yīng)用，那么采煤機(jī)就必須能夠進(jìn)行自適應(yīng)割煤，這也就要求采煤機(jī)能夠?qū)C采過程中出現(xiàn)的所有情況都能夠做出科學(xué)判斷，并且根據(jù)煤層的實(shí)際變化進(jìn)行智能調(diào)整。采煤機(jī)的自適應(yīng)功能主要表現(xiàn)在趨勢(shì)控制與模糊判斷上，因?yàn)椴擅簷C(jī)在割煤或者割巖時(shí)，能見度有很大區(qū)別，所以技術(shù)人員可以通過檢測(cè)割煤與割巖時(shí)的能見度，進(jìn)而劃定出清晰的煤巖分界參數(shù)。傳感器可以根據(jù)作業(yè)面的粉塵濃度較低具體判斷出采煤機(jī)的實(shí)際位置，然后就可對(duì)滾筒高度進(jìn)行調(diào)整。采煤機(jī)的定位原理如圖2所示：

圖2 采煤機(jī)自適應(yīng)割煤技術(shù)的定位原理

自適應(yīng)割煤技術(shù)是無人化綜采技術(shù)的最重要應(yīng)用基礎(chǔ)。因?yàn)槊簩釉谛纬蛇^程中其邊界大多是不規(guī)則的，頂板巖石下陷、底板巖石上升，或者在煤石層中混雜著巖石層，這都是十分常見的情況，如果采煤機(jī)無法自動(dòng)識(shí)別煤巖層界面，那么也就無法實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的智能化操作，無人化綜采也將無法實(shí)現(xiàn)。過去煤礦企業(yè)使用的煤巖界面識(shí)別技術(shù)大多是利用激光、雷達(dá)與伽馬射等對(duì)煤層進(jìn)行探測(cè)，但是隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，多參數(shù)協(xié)同感知技術(shù)開始在煤礦企業(yè)中有著越來越廣泛的應(yīng)用，并且取得了較好的應(yīng)用效果。此方法在應(yīng)用過程中主要是檢測(cè)采煤機(jī)的滾筒轉(zhuǎn)距、搖臂震動(dòng)、支撐油缸壓力、驅(qū)動(dòng)電流以及截割噪聲等的狀態(tài)參數(shù)，并通過RBF網(wǎng)絡(luò)將不同傳感器的檢測(cè)結(jié)果集成起來，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)煤巖界面的精準(zhǔn)識(shí)別。

（5）監(jiān)控技術(shù)。通過上述分析我們可知煤礦綜采無人化開采技術(shù)在應(yīng)用之初，需要在綜采面建立更加系統(tǒng)的工業(yè)控制網(wǎng)絡(luò)，確保信息數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)傳輸，工作系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)的支持下對(duì)信息進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化處理然后傳輸至監(jiān)控中心，工作人員就可根據(jù)信息為綜采設(shè)備輸入指令，真正實(shí)現(xiàn)智能化開采。監(jiān)控系統(tǒng)工作流程如圖3所示。在綜采過程中，每6臺(tái)支架就需要配置一臺(tái)攝像機(jī)，用來實(shí)時(shí)監(jiān)控設(shè)備的運(yùn)行情況和開采情況，確保開采的順利進(jìn)行。

圖3 監(jiān)控系統(tǒng)工作流程圖

2.煤礦綜采無人化開采技術(shù)的價(jià)值分析

(1)經(jīng)濟(jì)價(jià)值

無人化開采技術(shù)應(yīng)用在煤礦綜采過程中，可明顯減輕工作人員的工作量，在傳統(tǒng)的開采過程中需要一個(gè)班組工作人員完成的工作任務(wù)，現(xiàn)在只需配備一名值班人員即可，并且工作強(qiáng)度大幅度降低，這可以為煤礦企業(yè)節(jié)約大量的人工成本。無人化開采技術(shù)還可以有效提高開采效率、提高開采安全性，更為重要的是無人開采技術(shù)的應(yīng)用促進(jìn)煤礦企業(yè)的發(fā)展產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，煤礦企業(yè)提出了一條嶄新的發(fā)展道路，站在宏觀的角度有著十分重要的積極意義。

(2)社會(huì)價(jià)值

首先，無人化開采技術(shù)極大的提高了開采安全性，真正將開采工人從危險(xiǎn)的環(huán)境中解放出來，這可有效降低煤礦事故的產(chǎn)生，對(duì)社會(huì)的發(fā)展也有著十分積極的影響；其次，無人開采技術(shù)對(duì)于薄煤層開采有著十分重要的作用，能夠?qū)崿F(xiàn)煤炭資源的最大利用，可有效避免資源浪費(fèi)，最大程度的提高煤炭資源的回收率；最后，無人化開采技術(shù)極大的降低了工人的勞動(dòng)量，并有效改善了工人的開采環(huán)境，這對(duì)于提高工人的幸福指數(shù)也有十分重要的意義。

3.結(jié)論

綜上所述，煤礦綜采無人化開采將是煤礦企業(yè)的必然發(fā)展趨勢(shì)，所以技術(shù)人員一定要對(duì)無人開采技術(shù)進(jìn)行深入研究，促使技術(shù)的大范圍應(yīng)用，但是現(xiàn)如今我國(guó)的無人化開采仍舊存在著很大的制約因素，例如通訊網(wǎng)絡(luò)不健全、割煤機(jī)自適應(yīng)能力差等，這都需要技術(shù)人員充分依賴更加先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，為無人化開采提供必要的基礎(chǔ)環(huán)境，進(jìn)而推動(dòng)煤礦企業(yè)的智能化、自動(dòng)化、無人化發(fā)展。