解析智能化采煤工作面協(xié)同開采技術(shù)

張海東

（山西蘭花科技創(chuàng)業(yè)股份有限公司唐安煤礦分公司，山西 晉城 048400）

近些年來隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，智能化推進(jìn)已經(jīng)成為煤炭工業(yè)生產(chǎn)的重要方式。基于此，在資源開采上質(zhì)量和效率都有了顯著的提升，且為技術(shù)的改進(jìn)提供了極為有利的條件。如今，這樣的一種高效的開采方式已經(jīng)逐漸地成為我國能源類產(chǎn)業(yè)科學(xué)化發(fā)展的重要技術(shù)，為產(chǎn)能調(diào)控和行業(yè)優(yōu)化發(fā)展提供了極為有利的條件。

1 協(xié)同開采技術(shù)思路

基于回采工作面三維精準(zhǔn)地質(zhì)模型等的應(yīng)用以及智能監(jiān)控的設(shè)置，以推進(jìn)采煤機(jī)與液壓支架等的協(xié)同運行，從而為多源異構(gòu)數(shù)據(jù)的共享提供有利的條件。借助于各類設(shè)備實際的運行狀態(tài)對所構(gòu)造的三維模型進(jìn)行優(yōu)化，具體來說，主要是基于截割曲線等的操作對工作面進(jìn)行相應(yīng)的布置，而后對采煤機(jī)進(jìn)行自動化的控制，在刮板輸送機(jī)自動調(diào)直技術(shù)的大力協(xié)作下，即能穩(wěn)定高效地推進(jìn)智能化透明精準(zhǔn)開采的實施。以上所談到的技術(shù)體系主要涉及到對地質(zhì)的精準(zhǔn)建模處理和設(shè)備的精準(zhǔn)控制，以推進(jìn)安全高效的開采。就拿三維精準(zhǔn)地質(zhì)建模技術(shù)來說，其是推進(jìn)煤層和工作面建模分析的重要條件，且是技術(shù)操作持續(xù)優(yōu)化和開采工作科學(xué)高效推進(jìn)的重要基礎(chǔ)。采煤機(jī)精準(zhǔn)控制技術(shù)主要包括感知與監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程設(shè)計系統(tǒng)等，能夠推進(jìn)技術(shù)應(yīng)用與液壓支架精準(zhǔn)控制技術(shù)的融合，針對煤炭資源的遠(yuǎn)程控制或是對工作面的無人化操作等都能智能便捷地實施[1]。

2 協(xié)同開采關(guān)鍵技術(shù)

2.1 三維地質(zhì)建模技術(shù)

在推進(jìn)煤炭資源智能開采的過程中，三維精準(zhǔn)地質(zhì)建模技術(shù)有著極為重要的基礎(chǔ)性作用，其主要是在鉆探和物探以及采掘等多種工程信息數(shù)據(jù)的支持下運行，基于軟件對各類數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合分析和動態(tài)修正，是地質(zhì)模型構(gòu)建以及后續(xù)運行穩(wěn)定高效推進(jìn)的重要基礎(chǔ)。該技術(shù)的整體情況可參考圖1，三維網(wǎng)格圖見圖2。在得到煤層底板高程等相關(guān)的數(shù)據(jù)之后，基于地震剖面等參數(shù)即能對開采煤層的厚度進(jìn)行預(yù)測。不存在鉆孔和地震剖面點的部位，一般可基于勘探所得到的具體數(shù)據(jù)進(jìn)行?；谶@些所獲得的數(shù)據(jù)信息以及所構(gòu)建的模型，即能為后續(xù)的開采和生產(chǎn)提供針對性的指導(dǎo)和輔助。付村煤礦3 上1006 工作面精細(xì)建模過程如圖3所示?；谙鄳?yīng)的運算系統(tǒng)生成所需的三維形式的地質(zhì)模型，在與生產(chǎn)現(xiàn)場實測生成的模型融合，以為精準(zhǔn)的處理提供切實的保障。如此以來，最終所呈現(xiàn)出的技術(shù)操作的效果也會更為理想。在得到這些信息以后，基于以太網(wǎng)傳輸給采煤機(jī)生成自動截割的軌跡線，與此同時還應(yīng)加強(qiáng)雷達(dá)探測技術(shù)的應(yīng)用，為地質(zhì)數(shù)據(jù)以及模型的動態(tài)修正提供有利的條件。如此以來，即能更為精準(zhǔn)的三維模型的構(gòu)建提供切實的保障[2]。

圖1 三維精準(zhǔn)地質(zhì)建模技術(shù)路線

圖2 三維網(wǎng)格圖

圖3 自動截割流程

2.2 采煤機(jī)精準(zhǔn)控制技術(shù)

對該類技術(shù)的分析主要是基于二代DSP電控系統(tǒng)采煤機(jī)進(jìn)行，該設(shè)備產(chǎn)自上海，所呈現(xiàn)出的性能較高。其中涉及到識別技術(shù)和記憶技術(shù)，在獲得測定數(shù)據(jù)的條件下形成三維地理模型。就現(xiàn)實性的情況來看，基于煤巖識別技術(shù)即能進(jìn)行動態(tài)化的修正，其中，涉及到的對采煤機(jī)的設(shè)計和控制也能科學(xué)的進(jìn)行，這就為精準(zhǔn)采煤等高效開展提供了極為有利的條件。

2.2.1 采煤機(jī)感知與監(jiān)測系統(tǒng)

采煤機(jī)在運行的過程中應(yīng)加強(qiáng)與工作面液壓支架以及刮板輸送機(jī)等的協(xié)同控制，以推進(jìn)高質(zhì)量的智能化運行。作為采煤機(jī)重要的感官系統(tǒng)，感知與監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測著系統(tǒng)運行的基本情況，且能感知到設(shè)備運行過程中環(huán)境的大致情況。采集到的數(shù)據(jù)和控制指令主要是通過設(shè)備內(nèi)部的神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)出，而后在特定的網(wǎng)絡(luò)體系下完成傳輸。一般情況下，通過精細(xì)的監(jiān)控，即能確保采煤機(jī)等設(shè)備運行的穩(wěn)定與安全，后續(xù)的精準(zhǔn)控制也能針對性地施加影響。

2.2.2 采煤機(jī)控制與遠(yuǎn)程設(shè)計系統(tǒng)

遠(yuǎn)程控制是通過巷道中布置的控制站進(jìn)行，相關(guān)的處理往往有著較為精密的設(shè)置，以完成數(shù)據(jù)的上傳和各種形式的控制，在精準(zhǔn)化操作方面有著突出的表現(xiàn)。對于智能化工作面來說，相應(yīng)的遠(yuǎn)程控制是一個協(xié)同控制的過程，具體操作的過程中應(yīng)密切關(guān)注設(shè)備特定的控制系統(tǒng)，且應(yīng)做好集中監(jiān)控等的布置，以切實地保障系統(tǒng)運行的穩(wěn)定性和安全性。借助于所構(gòu)建的智能化平臺融合各子系統(tǒng)，進(jìn)而在與工作面視頻監(jiān)控系統(tǒng)的協(xié)調(diào)下推進(jìn)對工作面設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

就當(dāng)前的基本情況來看，采煤機(jī)各類設(shè)備的運行都是基于智能化平臺實施。例如其中的遠(yuǎn)程監(jiān)控站和上位機(jī)智能化平臺，這些系統(tǒng)的運行多是通過ModbusTCP、ModbusRTU、OPC 等推進(jìn)，其中涉及到諸多的軟件操作和技術(shù)控制，就拿OPC來說，其在微軟OLE的技術(shù)基礎(chǔ)上生成，在系統(tǒng)運行控制上有著突出的表現(xiàn)，但因相應(yīng)的應(yīng)用存在著較多的繁瑣操作且現(xiàn)實性的操作并不靈活，因此其在監(jiān)控系統(tǒng)中多用于對具體數(shù)據(jù)的監(jiān)測上，涉及到的對設(shè)備的控制，通常會用到其他技術(shù)。一般情況下，遠(yuǎn)程監(jiān)控站和第三方集控平臺的通訊是通過其他一些既定的通訊設(shè)置進(jìn)行，因此其保密性工作務(wù)必要確保精細(xì)安全。在對巷道遠(yuǎn)程控制的過程中，工作面智能化平臺是主站，遠(yuǎn)程監(jiān)控平臺則起輔助的作用，基于二者之間形成的參數(shù)和數(shù)據(jù)格式進(jìn)行通訊，從而高效地推進(jìn)對開采過程的實時監(jiān)控和精準(zhǔn)控制[3]。

2.2.3 采煤機(jī)自動截割系統(tǒng)

該系統(tǒng)主要包括記憶學(xué)習(xí)、自動截割、自動中斷、在線修改等4部分。相應(yīng)的系統(tǒng)流程如圖3所示。

2.2.4 采煤機(jī)地質(zhì)模型接口系統(tǒng)

采煤機(jī)要想自動化操作，通常應(yīng)預(yù)先對三維地質(zhì)模型進(jìn)行修正優(yōu)化，而后才可進(jìn)行深層次的各項處理，而這也是相關(guān)操作便捷高效推進(jìn)的重要基礎(chǔ)，其作用不可忽視且應(yīng)精細(xì)規(guī)范地落實到位。通過所構(gòu)建的智能化平臺，能夠高效地推進(jìn)設(shè)備的精細(xì)處理，通過所得到的數(shù)據(jù)信息，即能構(gòu)建起應(yīng)用于開采施工的三維地質(zhì)模型。而后通過相應(yīng)的識別技術(shù)對所構(gòu)建的模型進(jìn)行修正優(yōu)化，在優(yōu)化模型的基礎(chǔ)上即能高效地對采煤機(jī)截割操作進(jìn)行設(shè)計，后續(xù)的對采煤機(jī)的精準(zhǔn)化截割控制即能科學(xué)規(guī)范地展開[4]。

2.3 液壓支架控制技術(shù)

該類技術(shù)應(yīng)用的過程中應(yīng)做好移架調(diào)直技術(shù)的布置，通過計算移架目標(biāo)值完成相應(yīng)的調(diào)整和優(yōu)化，從而為細(xì)節(jié)方面的精細(xì)化處理提供基礎(chǔ)性的保障。其中，最大移架距離主要指的是支架達(dá)到最大量程，基于設(shè)備滾筒的截深進(jìn)行相應(yīng)的精細(xì)計算，以得到所需的數(shù)據(jù)信息。需要注意的是，在工作面確定的條件下，相應(yīng)的參數(shù)一般是固定不變的定值。最小移架距離則是人為設(shè)定的一個參數(shù)，是基于調(diào)直過程所呈現(xiàn)，所得到的數(shù)據(jù)信息對于推進(jìn)工作面便捷化操作來說有著極為重要的作用。但應(yīng)注意自動調(diào)直可能造成的不良影響，以確保采煤生產(chǎn)的質(zhì)量和效率。

3 實際應(yīng)用效果分析

3.1 工作面概況

本文所引用的案例是一處煤礦，基于對工作面的試驗分析，以推進(jìn)對設(shè)備的升級改造和智能化的開采。就具體的情況來看，該處工作面的平均煤層厚度為5.4m，地質(zhì)條件良好?；诖?，即可按照既定的要求穩(wěn)定地推進(jìn)自動化工作面的構(gòu)建，工作面的配套設(shè)置如圖4所示。

圖4 工作面配套設(shè)置

3.2 應(yīng)用效果分析

該處工作面主要是在三維精準(zhǔn)地質(zhì)模型等的構(gòu)建分析進(jìn)行，同時還涉及到對具體現(xiàn)實情況的探究和實踐。以往的人工操作不僅效率低下，而且精準(zhǔn)度也不高?；谙到y(tǒng)自動的規(guī)劃以及高效的遠(yuǎn)程輔助即能極大程度地提升開采的效率，以往所存在的人工較高的勞動強(qiáng)度即能得到大幅度的降低，采煤作業(yè)的安全性和穩(wěn)定性都能得到切實地提升。基于以上技術(shù)和平臺，該煤礦預(yù)計新增產(chǎn)值約5600萬元，所呈現(xiàn)出的經(jīng)濟(jì)效益顯然是極為可觀的。

4 結(jié)論

（1）基于三維地質(zhì)模型等推進(jìn)的透明開采技術(shù)有著較強(qiáng)的綜合性，其中涉及到的精準(zhǔn)控制技術(shù)等的操作務(wù)必要保證科學(xué)與規(guī)范，以為采煤作業(yè)的精準(zhǔn)化實施提供切實的保障。三維精準(zhǔn)地質(zhì)建模技術(shù)有著極為重要的應(yīng)用價值，其主要是基于鉆探和物探以及測量等獲得技術(shù)應(yīng)用的各類信息，而后構(gòu)建起精細(xì)規(guī)范的三維模型，在技術(shù)高效應(yīng)用和采煤作業(yè)高質(zhì)量推進(jìn)的過程中有著極為重要的促進(jìn)作用。

（2）相應(yīng)的精準(zhǔn)控制技術(shù)應(yīng)用的過程中主要會用到監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程設(shè)計，通過系統(tǒng)與液壓支架精準(zhǔn)控制技術(shù)等的聯(lián)合運作，以推進(jìn)高效的智能化的控制，所呈現(xiàn)出的開采效果以及質(zhì)量相對來說會更為突出，是采煤作業(yè)精準(zhǔn)化推進(jìn)的重要基礎(chǔ)。

（3）智能采煤工作面協(xié)同開采技術(shù)有著更為顯著的綜合效果，且能夠在設(shè)備自動化控制上體現(xiàn)出較強(qiáng)的應(yīng)用性能，因此將其應(yīng)用于采煤作業(yè)有著很強(qiáng)的現(xiàn)實價值，但應(yīng)注意技術(shù)協(xié)作的環(huán)境和條件?；趯ο到y(tǒng)中各類技術(shù)的高效融合，即能實現(xiàn)對采煤作業(yè)的高效控制，所呈現(xiàn)出的綜合效益也會更為突出。