綜采工作面自動化智能化開采技術研究

牛明敏

（蘭花集團莒山煤礦有限公司，山西 晉城 048000）

自動化智能化煤礦基本機構可以分為如下四個階段：第一，感知層；第二，傳輸層；第三，平臺層；第四，決策層。

一般的，感知層主要是指感知層網絡，主要功能為感知以及采集。當處于工作狀態(tài)時：借助RFD 讀寫器、傳感器、監(jiān)測監(jiān)控等實現對礦井設備的檢測，從而能夠時刻監(jiān)測設備的運行情況，進而能夠保證設備的安全有效的運行。對于傳輸層而言，其由有線接口、無線接口組成，通常能夠進行數據傳輸以及反饋，這樣能夠把感知層采集到的數據發(fā)送給終端。數據傳輸層在自動化智能化礦井發(fā)展過程中具有非常大的作用。對于決策層而言，其能夠為自動化智能化煤礦生產以及運輸等提供給開發(fā)系統，其可以實現如下幾個方面的功能：第一，識別危險源；第二，預警災難；第三，對事故進行分析；第四，制定方案等。該層能夠實現信息采集與礦井人員生產管理的交互，該層整理出數據后便于工作人員進行查看。通常情況下決策應用層系統包括如下幾個方面的系統：第一，人員定位系統；第二，網絡管理系統；第三，專家決策系統；第四，GIS 定位系統；第五，智能生產系統等等。

1 簡述自動化智能化開采技術

1.1 液壓支架跟機自動化技術

通常情況下，液壓支架跟進自動化技術將采煤機所在位置當做工作的基準。與此同時充分結合如下工作面相關的幾個參數：第一，頂板壓力；第二，傾角；第三，采煤機運行狀態(tài)；第四，液壓支架姿態(tài)等。進而可以把生產環(huán)節(jié)劃分為各個環(huán)節(jié)，進而可以確定有效地割煤工藝流程，實現自動決策，與此同時可以實現如下動作比如：第一，能夠控制液壓支架中部跟機動作；第二，實現端頭清浮煤工藝；第三，實現裝載機自動推進動作等等。該工藝可以實現工作面的有效銜接，進而能夠提高安全生產的作用。要想促使該工藝發(fā)揮作用必須滿足如下幾個方面的條件：其一，確定好采煤機的位置；其二，保證智能工作面設備處于正常的工作狀態(tài)；其三，控制采煤機的速度；其四，使得液壓支架電液控制系統參數處于有效的狀態(tài)。

1.2 采煤機記憶截割技術

該技術主要依據采煤機液壓支架跟機自動化以及象限轉換點，從而可以把采煤機記憶切割煤象限劃分為幾個區(qū)域，在進行切割的過程中必須依據示范刀相關的參數比如：工作參數、姿態(tài)參數、滾筒高度軌跡。進而實施自動化智能化運算，從而可以形成切割機的記憶模塊，并且對參數進行調整，這樣能夠優(yōu)化工作面液壓支架工作面與采煤機之間實現精準的對接，由此可以看出不僅可以有效地提高自動化調整，而且能夠有效地提高工作效率。

1.3 工作面視頻監(jiān)控技術

一般工作面視頻監(jiān)控技術可以有效地幫助工作人員將視線延伸到工作面。通常運用攝像儀對采煤機進行實時追蹤，這樣可以將跟機視頻與推送進行對接，從而可以為人員提供可視化的遠程監(jiān)控。

2 自動化智能化放頂煤關鍵技術

2.1 振動法自動放煤

振動法自動放煤工藝是一種振動傳感器起作用，識別不同物體碰撞時的信號差別，進而可以識別煤矸石。該工藝流程包括如下幾個方面：第一，前端濾波平滑處理；第二，電信號去降噪處理；第三，功率譜分析處理。在該設備位置設置多種傳感器，通常借助信息融合算法處理感知層采集的數據，與此同時將處理后的結果傳輸給液壓支架傳感器，最終可以實現對液壓支架的智能化。

一般振動傳感器放置在液壓支架尾梁位置。在進行工作的過程中，可以將連接裝置和相應的液壓支架傳感器進行連接，這樣能夠完成信號的交互。當處于放煤頂時，該傳感器通過檢測到煤矸石撞擊尾梁生成的信號，接著可以識別煤矸石的狀態(tài)，接著將煤矸石狀態(tài)信息反饋給液壓支架傳感板塊，從而可以有效地判斷煤矸石下落的情況，假如判斷發(fā)現煤矸石下落的參數滿足設定的放落閾值時，那么支架控制器執(zhí)行方煤口將會自動關系程序，因此能夠進行自動化智能化的放煤[1]。

2.2 記憶模式自動放煤

記憶模式自動放煤主要能夠在如下工況條件下工作：第一，地質必須保證穩(wěn)定；第二，采煤工藝必須簡化；第三，區(qū)域結構保持良好等。通常放頂煤是一個反復性的工作，因此可以選用智能煤礦記憶模式。按照采煤機記憶切割煤的記憶功能，從而可以將煤按照象限進行切割，并且可以依據示范刀相關的參數實現自動化智能化進行運算，實現記憶放煤。一般自動放煤控制器放置在液壓支架位置處，這樣能夠更好地實現放煤控制采集信息。接著可以把獲得信息傳輸給智能化系統，從而可以完整地自動化放煤程序，從而可以實現自動化的放煤。

3 自動化智能化開采技術存在的難題以及解決方法

3.1 智能化的采煤機調高

智能化的采煤機調高借助煤層賦存形式自動調整搖臂高度，最終可以精準截割煤層。其在工作的過程中借助固定模式的截割曲線進行自動截割，經過實踐發(fā)現該形式不能更好地滿足煤層賦存狀態(tài)，大大降低了礦井的生產效率。

基于控制邏輯層來看，要想精準的優(yōu)化截割機的精度，必須對煤巖體進行實時監(jiān)測，從而能夠有效地區(qū)分煤巖精確度。經過實踐發(fā)現煤巖體賦存以及物理特性、雷達與紅外線檢測精度的影響，因此采用單一的煤巖體分界面識別的采煤機智能調高技術已經遠遠不能滿足當前自動化智能化煤礦生產。鑒于此要想實現對采煤機精確度自動化智能化控制，必須兼顧如下幾個方面的技術工藝：第一，煤層地質信息精準預測；第二，截割參數動態(tài)分析；第三，智能模擬模型推演等，最終就可以實現對礦井生產的精確化控制。

3.2 液壓支架群組與圍巖自適應

在煤礦機械化開采的過程中，液壓支架群組是關鍵設備。在實踐中發(fā)現雖然液壓支架組群能夠滿足該礦井工況，可是在精確度方面卻存在一定的問題。為此需要對液壓支架群組以及圍巖的智能化進行調整。

只有實現液壓支架自主感知、智能支護參數以及隨工作面采動情況實時改變支護等功能，進而可以使得液壓支架組群滿足圍巖耦合性，圖1表示液壓支架群組協同控制邏輯。

圖1 液壓支架群組協同控制邏輯關系圖

為了能夠有效地使得液壓支架組群與圍巖智能化自適應功能相匹配，必須從以下幾個方面入手：

液壓支架群組智能控制：在進行探究的過程中主要以單個液壓支架為研究對象，而在液壓支架組群方面的研究卻比較少。經過調研發(fā)現工作面礦壓存在不穩(wěn)定性以及非均勻性。為此要想對整個工作面進行支護，必須以液壓支架組群為研究對象進行分析。主要研究方向包括如下幾個方向：第一，對液壓支架參數進行分析，同時分析支架應力場分布；第二，分析支架阻力變化情況等。

支架狀態(tài)自主感知功能控制：可以通過立柱壓力傳感器進行監(jiān)測壓力，經過探究發(fā)現該裝置可以在圍巖破壞方面存在一定的潛力。對支架自主感知控制功能進行優(yōu)化，與此同時還可以檢測工作面仰角與俯角等。

支架結構自主調控控制：只有將支架位置的初撐力、工作阻力、護幫力等進行優(yōu)化，才可以實現支架自動化智能化控制。因此設計人員不斷對支架結構進行優(yōu)化，進而滿足液壓支架可調的效果[2]。

3.3 工作面直線推進控制

在運用液壓支架群組時，往往受到各種因素的影響諸如工作面地質條件、浮煤對刮板輸送機推移行程等，因此在前進的過程中存在一定的偏差，在刮板輸送機位置出現錯落不齊的現象，出現啞鈴銷損壞的現象等。礦井通?？梢越柚€以及紅外光束來計算工作面推進尺度。通常借助人工調制管板輸送機，因此效率相對低下，從而不能滿足工作面自動化智能化的需要。

為此借助激光對位技術以及相應的慣導定位技術實現對工作面直線度的調整。經過實踐發(fā)現慣導定位技術表現相對較好，能夠滿足自動化智能化調整工作面直線推進的效果。具體實施為：在采煤機上設置陀螺儀，這樣可以有效地對采煤機進行有效地定位。假如采煤機處于推進狀態(tài)時，系統可以對采煤機截割參數進行調整。與此同時液壓支架依據截割圖修正推進行程。

4 結語

當前通信技術的不斷發(fā)展，并且由于自動化智能化的不斷得到企業(yè)的認可，因此為了有效解決煤礦開采工作面的實際，將自動化智能化應用到煤礦開采關鍵技術，本研究以液壓支架電液控制系統作為研究對象，從而開發(fā)出五種綜放工作面自動化智能化開采技術，如下所示：第一，液壓支架跟機自動化技術；第二，工作面視頻監(jiān)控技術；第三，采煤機記憶截割技術；第四，自動放頂煤技術；第五，遠程集中監(jiān)控技術。從而可以有效地解決工作面推進控制技術，最終能夠為煤礦工作面推進的自動化智能化建設提供參考。