煤礦智能化綜采工作面設(shè)計(jì)初步探究

趙鵬程

沙曲一號(hào)煤礦智能化研究小組 山西呂梁 033300

煤炭是中國(guó)的主要能源，保證其安全高效開(kāi)采具有十分重要的意義。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展，煤礦開(kāi)采技術(shù)實(shí)現(xiàn)了由炮采向綜采向智能化開(kāi)采的轉(zhuǎn)化，開(kāi)采效率和安全性大幅度提高，例如礦井的生產(chǎn)效率大幅度提高，工人的勞動(dòng)強(qiáng)度大幅度降低、百萬(wàn)噸死亡人數(shù)大幅下降。為了響應(yīng)國(guó)家一優(yōu)三減、機(jī)械化換人，自動(dòng)化減人號(hào)召和進(jìn)一步提升煤礦生產(chǎn)的效率及安全性，煤礦企業(yè)開(kāi)始研究智能化開(kāi)采技術(shù)。所謂的“智能開(kāi)采技術(shù)”，就是在綜采技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化及自動(dòng)化開(kāi)采。然而中國(guó)現(xiàn)在還處于智能化開(kāi)采的初級(jí)階段，很多技術(shù)還有待突破。因此，研究智能化綜采工作面設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)是十分必要的[1]。

1 智能化綜采工作面系統(tǒng)概述

一般來(lái)說(shuō)，智能工作面系統(tǒng)可以分為集控系統(tǒng)、工作面監(jiān)控系統(tǒng)、設(shè)備姿態(tài)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、通訊網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)等。各個(gè)系統(tǒng)間靠著網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換。由于系統(tǒng)劃分不明確造成智能化工作面系統(tǒng)的整體性大打折扣，所以先對(duì)子系統(tǒng)進(jìn)行分析。采煤機(jī)控制系統(tǒng)是對(duì)采煤機(jī)運(yùn)行過(guò)程、運(yùn)行狀態(tài)、故障預(yù)警及診斷等進(jìn)行多位一體的控制系統(tǒng)。通過(guò)在采煤機(jī)安裝感知元件及對(duì)感知元件進(jìn)行分。支架電液控制系統(tǒng)是由支架控制單元構(gòu)成，在每個(gè)支架上布置壓力傳感器、電磁驅(qū)動(dòng)器、支架控制器等。支架控制單元通過(guò)連接器進(jìn)行連接，構(gòu)建完整網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)[2]。

2 煤礦智能化綜采工作面設(shè)計(jì)

2.1 智能化綜采工作面系統(tǒng)構(gòu)成

與傳統(tǒng)的綜采工作面不同的是，智能化綜采工作面更加復(fù)雜，需要控制的信息和設(shè)備也更多。智能化綜采工作面由多個(gè)智能控制子系統(tǒng)組成。智能化綜采工作面主要由工作面定位系統(tǒng)、圍巖控制系統(tǒng)及運(yùn)輸控制系統(tǒng)組成，包含井下定位、井下視頻、裝備操作和機(jī)器人控制4個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)，其實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于智能化開(kāi)采的成套設(shè)備。由此可見(jiàn)，要實(shí)現(xiàn)智能化開(kāi)采，就要突破各種關(guān)鍵的控制技術(shù)。信息傳輸和處理是智能控制所要用到的核心技術(shù)，而各種硬件設(shè)備是實(shí)現(xiàn)控制的基礎(chǔ)。智能化開(kāi)采可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線控制和自動(dòng)化控制，具有較高的效率。

2.2 綜采工作面找直技術(shù)

在煤炭實(shí)際開(kāi)采過(guò)程當(dāng)中，煤炭表面的平整度以及液壓支架的直線度對(duì)綜采工作面是否穩(wěn)定會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的影響，這會(huì)直接導(dǎo)致產(chǎn)出質(zhì)量以及產(chǎn)出效率，從而影響企業(yè)效益。因此，在實(shí)際煤炭開(kāi)采工作中，為了使綜采工作面的智能化以及開(kāi)采工作運(yùn)轉(zhuǎn)的穩(wěn)定性都得到進(jìn)一步的提升，就需要對(duì)綜采工作面的找直技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)、優(yōu)化并加強(qiáng)。通過(guò)對(duì)綜采工作面找直技術(shù)的優(yōu)化，并利用自動(dòng)化的巡邏檢查設(shè)備、導(dǎo)航儀以及熱成像儀等設(shè)備儀器，來(lái)實(shí)現(xiàn)井下采礦作業(yè)全流程的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，并對(duì)相關(guān)設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)情況，原煤炭礦石周?chē)沫h(huán)境等信息進(jìn)行收集、加工、處理以及分析，監(jiān)控系統(tǒng)根據(jù)最終匯總得出的結(jié)論，來(lái)控制綜采工作面自動(dòng)修正找直，從而提高整個(gè)礦井的工作效率以及產(chǎn)出質(zhì)量。

2.3 工作面交互式監(jiān)控

在綜采面采煤工作中，采煤機(jī)、傳輸機(jī)以及液壓支架作為其具體工作中的重要工具之一，對(duì)于采煤工作效率的提高有著極為顯著的作用。而對(duì)它們進(jìn)行交互式監(jiān)控，對(duì)于煤炭開(kāi)采工作的順利進(jìn)行有著較為直接的影響。通過(guò)對(duì)相關(guān)施工設(shè)備的交互式監(jiān)控，從而使得煤炭企業(yè)能夠?qū)γ禾块_(kāi)采工作中的各個(gè)環(huán)節(jié)進(jìn)行嚴(yán)格管控，從而有效減少施工事故發(fā)生的概率，切實(shí)保障工作效率。全局監(jiān)控技術(shù)和坐標(biāo)式測(cè)量技術(shù)作為交互式監(jiān)控中主要的兩種監(jiān)控技術(shù)，對(duì)于煤炭開(kāi)采工作狀況的改進(jìn)有著較為重要的作用。所謂的全景監(jiān)控技術(shù)就是對(duì)綜采工作面各個(gè)工作點(diǎn)的畫(huà)面進(jìn)行切換和拼接，從而使得有關(guān)管理部門(mén)能夠?qū)φ麄€(gè)工作面進(jìn)行全面監(jiān)控，及時(shí)調(diào)整工作部署，從而有效提高采煤工作的安全性。坐標(biāo)式測(cè)量技術(shù)主要是針對(duì)施工設(shè)備的安裝進(jìn)行監(jiān)控，從而確保設(shè)備安裝的準(zhǔn)確性，有效保證工作效率[3]。

2.4 遠(yuǎn)程人工干預(yù)液壓支架自動(dòng)化運(yùn)作

液壓支架運(yùn)作環(huán)境較為復(fù)雜，為了使液壓支架能夠正常運(yùn)作，一般需要大量技術(shù)員工對(duì)液壓支架進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)控，那么這必然會(huì)造成大量人力資源的浪費(fèi)以及公司成本的增加，更重要的是針對(duì)出現(xiàn)的問(wèn)題不能夠及時(shí)的發(fā)現(xiàn)，就會(huì)導(dǎo)致信息反饋不及時(shí)，產(chǎn)生的問(wèn)題得不到及時(shí)的解決，最終會(huì)造成整體煤炭開(kāi)采工作的整個(gè)運(yùn)作效率低下。如果可以實(shí)現(xiàn)液壓支架的運(yùn)作能夠處于實(shí)時(shí)的監(jiān)控狀態(tài)之下，那么這將會(huì)大大提高煤炭開(kāi)采工作的運(yùn)作效率。該技術(shù)主要是以實(shí)現(xiàn)液壓支架控制系統(tǒng)與視頻監(jiān)控系統(tǒng)相融合的形式，通過(guò)視頻監(jiān)控部門(mén)可以實(shí)現(xiàn)操作環(huán)境處于可視化的狀態(tài)，同時(shí)通過(guò)該監(jiān)控系統(tǒng)遠(yuǎn)程操作控制還可以實(shí)現(xiàn)液壓支架能在復(fù)雜的環(huán)境下自動(dòng)運(yùn)轉(zhuǎn)，并能夠收集運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的相關(guān)數(shù)據(jù)以及相關(guān)信息，之后系統(tǒng)會(huì)對(duì)該信息進(jìn)行自動(dòng)整理、分析并報(bào)送給相關(guān)部門(mén)。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，相較于傳統(tǒng)采煤技術(shù)，綜采面采煤技術(shù)作為一種較為系統(tǒng)性的采煤技術(shù)，是多種采煤技術(shù)綜合應(yīng)用。而智能化作為綜采工作面采煤技術(shù)的最終發(fā)展趨勢(shì)，是當(dāng)前社會(huì)生產(chǎn)資源需求對(duì)于煤炭企業(yè)提出的要求，所以煤炭企業(yè)應(yīng)當(dāng)能夠積極研發(fā)新的采煤技術(shù)，從而盡快實(shí)現(xiàn)綜采面采煤技術(shù)的智能化，有效提高煤炭企業(yè)的工作效率和經(jīng)濟(jì)效益。