煤礦智能化系統(tǒng)在復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用探討

溫磊 劉偉

摘? 要：煤炭是我國一次能源中最經(jīng)濟(jì)、可靠的資源，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。煤礦智能化建設(shè)可以使煤炭產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量、高水平發(fā)展。符合當(dāng)前智慧綠色發(fā)展和清潔高效利用的路徑。提高煤炭產(chǎn)能和質(zhì)量是煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必要前提。為解決地質(zhì)條件復(fù)雜導(dǎo)致工作面工作效率低下、人工成本高、人為影響大等問題，結(jié)合國家相關(guān)文件精神，提出了煤礦智能化開采及智慧礦山建設(shè)框架。本文主要討論煤礦智能化系統(tǒng)在復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用，以供參考。

關(guān)鍵詞：煤礦;智能化;復(fù)雜地質(zhì)條件;應(yīng)用

引言

我國目前正處于轉(zhuǎn)型、現(xiàn)代化和結(jié)構(gòu)調(diào)整的關(guān)鍵時期，在網(wǎng)絡(luò)新技術(shù)與傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)深度融合的新形勢下，各產(chǎn)業(yè)正引領(lǐng)著產(chǎn)業(yè)的重大變革。其中將智能技術(shù)納入傳統(tǒng)設(shè)備、工業(yè)改造和現(xiàn)代化已成為解決能源供應(yīng)、能源安全和工業(yè)安全等國家問題的關(guān)鍵手段。煤炭的開采需要面對極為復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，傳統(tǒng)的煤炭開采方式面臨著巨大的潛在風(fēng)險(xiǎn)，對于安全生產(chǎn)產(chǎn)生不利的影響，對生產(chǎn)效益的提高形成了制約，智能技術(shù)與裝備的應(yīng)用，尤其是在復(fù)雜地質(zhì)條件下的應(yīng)用和實(shí)踐對我國煤炭開采產(chǎn)業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

1煤礦智能化開采關(guān)鍵技術(shù)

1.1遠(yuǎn)程人工干預(yù)

液壓機(jī)在煤礦開采作業(yè)中具有重要地位，由于其運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，故液壓機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中極易受到多方面因素的影響，從而導(dǎo)致運(yùn)行質(zhì)量顯著下滑。為避免該現(xiàn)象發(fā)生，在正式進(jìn)行開采作業(yè)時，必須選派大量技術(shù)人員對液壓機(jī)各方面進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測，及時對其存在的問題進(jìn)行定位與解決，為液壓機(jī)運(yùn)行質(zhì)量提供保障。但該做法科學(xué)性相對較低，其不僅會產(chǎn)生大量人力投入成本，還會對企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益產(chǎn)生影響，而且極易受到人為因素的影響，從而導(dǎo)致監(jiān)測效果有時不盡人意。例如，若技術(shù)人員綜合素養(yǎng)欠佳，無法明確液壓機(jī)中存在的問題，影響故障信息反饋效率。故此，工作人員無法及時解決問題，導(dǎo)致液壓機(jī)運(yùn)行質(zhì)量及煤礦開采作業(yè)效率顯著降低。因此，在實(shí)際開采過程中必須采取對遠(yuǎn)程人工干預(yù)的技術(shù)手段，以達(dá)到實(shí)時監(jiān)控液壓機(jī)的目的，為煤礦開采作業(yè)提供保障。對遠(yuǎn)程人工干預(yù)的技術(shù)手段而言，其主要是將視頻監(jiān)控系統(tǒng)及液壓機(jī)控制系統(tǒng)進(jìn)行結(jié)合，并在視頻監(jiān)控部門的操作下，實(shí)現(xiàn)液壓機(jī)運(yùn)行環(huán)境透明化，并通過遠(yuǎn)程操作控制功能對液壓支架進(jìn)行調(diào)整，為其自動化運(yùn)轉(zhuǎn)提供保障。

1.2視頻監(jiān)控

由于煤礦開采作業(yè)環(huán)境十分復(fù)雜，在實(shí)際開采過程中安全隱患時有發(fā)生。若未采取具備科學(xué)性的安全防護(hù)措施，作業(yè)人員生命安全將會受到威脅。為保障煤礦開采作業(yè)安全，開采單位必須對安全管理工作給予高度重視，全面分析及科學(xué)處理安全事故，盡可能降低安全事故發(fā)生率，為人員生命安全提供保障。但傳統(tǒng)煤礦開采作業(yè)安全管理工作可靠性相對薄弱，無法有效預(yù)防煤礦開采安全事故。因此，應(yīng)與時俱進(jìn)，積極引入先進(jìn)的視頻監(jiān)控技術(shù)手段。使得地面監(jiān)控中心能夠?qū)γ旱V開采環(huán)境進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控，充分了解作業(yè)環(huán)境信息。在監(jiān)控過程中，監(jiān)控中心可根據(jù)環(huán)境動態(tài)與指揮中心時溝通，全面提高決策制定工作的協(xié)作性，有效解決煤礦開采過程中存在的安全隱患。

1.3自動化集中控制

在煤礦開采過程中，必須對機(jī)械設(shè)備給予高度重視，并實(shí)時監(jiān)控及控制其運(yùn)行狀態(tài)，確保設(shè)備不存在運(yùn)行問題。目前，我國多數(shù)煤礦企業(yè)已對綜采自動化集中控制系統(tǒng)進(jìn)行構(gòu)建。綜采自動化集中控制系統(tǒng)主要能夠?qū)╇娫O(shè)備以及煤礦開采作業(yè)專用設(shè)備等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)控與控制，為開采作業(yè)順利進(jìn)行提供保障。此外，在正確應(yīng)用自動化集中控制技術(shù)手段的情況下，工作人員可根據(jù)開采作業(yè)環(huán)境對開采工序進(jìn)行設(shè)計(jì)，促使井下控制系統(tǒng)與地面控制系統(tǒng)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)集中化控制工作面。

2復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦智能化系統(tǒng)應(yīng)用問題

（1）我國當(dāng)前的綜采工作面存在環(huán)境惡劣的現(xiàn)象，對于現(xiàn)階段煤塵以及井下水霧濃度不斷提升情況下，給煤炭開采帶來了巨大的難度，也影響井下攝影機(jī)的正常工作。尤其是針對逆風(fēng)開采環(huán)節(jié)中，很難通過煤礦智能化開采技術(shù)來分別巖礦界面，也無法判斷沒采煤機(jī)滾筒上部分和液壓桿支架之間的關(guān)系，所以在進(jìn)行煤礦綜采工作中，即便是能夠?qū)崿F(xiàn)智能化開采效果，但仍然需要人為輔助操作。（2）通過綜采工作面智能化開采技術(shù)的應(yīng)用，還能夠體現(xiàn)出液壓支架姿態(tài)的有效控制和調(diào)節(jié)，但是卻無法精準(zhǔn)的實(shí)現(xiàn)良好的智能化效果。當(dāng)前的智能化開采技術(shù)能夠滿足良好的作業(yè)環(huán)境需求，針對液壓支架程序進(jìn)行靜態(tài)程序的設(shè)定。但是這種單一化的參設(shè)定很難良好的企業(yè)復(fù)雜環(huán)境下的綜采工作面作業(yè)，因此，無法實(shí)現(xiàn)長期有效地運(yùn)行。（3）采煤機(jī)的記憶截割技術(shù)仍然需要現(xiàn)場人員進(jìn)行調(diào)試，而煤礦綜采工作面會隨時出現(xiàn)變化，采煤機(jī)無法實(shí)現(xiàn)智能化調(diào)節(jié)，必須由人為進(jìn)行現(xiàn)場調(diào)試，所以，當(dāng)前的煤礦智能化開采技術(shù)也僅能適用于簡單的煤礦綜采工作面，并不能良好的應(yīng)對復(fù)雜煤層實(shí)現(xiàn)智能化開采。（4）現(xiàn)階段，煤礦智能化開采技術(shù)仍然無法實(shí)現(xiàn)工作面的自動化找直，必須由人為敢于，定期進(jìn)行重新工作面找直，否則救護(hù)出現(xiàn)輸煤機(jī)不平的現(xiàn)象，不滿足實(shí)際施工要求。

3復(fù)雜地質(zhì)條件下煤礦智能化系統(tǒng)的未來發(fā)展

結(jié)合智能化煤礦開采模型分析，系統(tǒng)內(nèi)部共分為四個部分，從最底層依次是執(zhí)行層、感知層、控制層分析決策層。（1）對于執(zhí)行層來說，主要包含采煤機(jī)設(shè)備、液壓支架、帶式輸送機(jī)、泵站、刮板運(yùn)輸機(jī)以及轉(zhuǎn)載機(jī)等煤礦綜采設(shè)備。（2）感知層包含裝備感知和環(huán)境感知，其中主要針對綜采設(shè)備的各項(xiàng)運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行檢測，同時也針對感知層的環(huán)境進(jìn)行激光掃描以及地質(zhì)勘探。（3）控制層也包含綜采控制系統(tǒng)，通過采煤機(jī)控制“三機(jī)”系統(tǒng)，包括供電控制系統(tǒng)和集成工業(yè)系統(tǒng)的控制。（4）分析決策層也包含由總裁設(shè)備的工況數(shù)據(jù)建立起的數(shù)據(jù)倉庫，還包括三維物理仿真技術(shù)和煤巖識別技術(shù)。在實(shí)際煤礦開采中，利用大量傳感器來感知狀態(tài)，利用激光掃描與可見光相機(jī)，對地質(zhì)數(shù)據(jù)進(jìn)行全面感知，同時利用傳感器捕獲大量數(shù)據(jù)，構(gòu)建數(shù)據(jù)庫，通過三維可視化技術(shù)建立3D模型，同時進(jìn)行工作面找直，最后將智能決策下發(fā)至綜采控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)良好的感知與決策一體化操作。

結(jié)束語

煤礦智能化是煤礦綜合機(jī)械化、自動化的升級發(fā)展，是煤炭生產(chǎn)方式和生產(chǎn)力革命的新階段。以煤礦智能化開采及智慧礦山建設(shè)為框架，在復(fù)雜地質(zhì)條件下，在滿足井下人員安全與生產(chǎn)高效的前提下，最終實(shí)現(xiàn)“無人值守”為目標(biāo)的減人、提效開采模式，實(shí)現(xiàn)在復(fù)雜地質(zhì)工作條件下整個采煤工作面的智慧運(yùn)營，打贏煤礦智能化建設(shè)的攻堅(jiān)戰(zhàn)。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：溫磊，出生年月：1993年4月25月 性別：男? 民族：漢族? 籍貫：陜西韓城? 職稱：助理工程師? 學(xué)歷：本科? 研究方向：地質(zhì)。

作者簡介：劉偉，出生年月：1979年8月28月 性別：男? 民族：漢族? 籍貫：陜西長安 職稱：助理工程師? 學(xué)歷：大專 研究方向：地質(zhì)。