煤礦采煤機(jī)智能化關(guān)鍵技術(shù)探討

楊仁鵬，劉生江

（1.鄂爾多斯市能源局；2.國(guó)能神東寸草塔二礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017200）

采煤機(jī)智能化是保證煤礦開采技術(shù)完善、進(jìn)步的重中之重，無人采煤機(jī)的使用是采煤技術(shù)的進(jìn)步和改革。在此過程中，對(duì)于自適應(yīng)牽引控制、采煤機(jī)截割環(huán)境和采煤機(jī)裝置速度調(diào)節(jié)工作，要給予重點(diǎn)關(guān)注。利用相關(guān)的研究工作幫助煤礦采煤機(jī)智能化夯實(shí)技術(shù)基礎(chǔ)，將先進(jìn)的理論應(yīng)用到實(shí)際的采煤工作中，以促進(jìn)采煤機(jī)智能化轉(zhuǎn)變?nèi)〉弥卮筮M(jìn)展。

1 煤礦采煤機(jī)生產(chǎn)故障

1.1 機(jī)械故障

采煤機(jī)的機(jī)械故障非常普遍，可能有多種原因造成。比如，操作不當(dāng)會(huì)導(dǎo)致零部件出現(xiàn)問題，或者長(zhǎng)時(shí)間的維護(hù)也會(huì)造成問題。例如，軸承的問題通常是由于采煤機(jī)的各個(gè)部位承受的負(fù)載不平衡，有些地方的負(fù)載超出了它的能力。如果在維修過程中，軸承和支撐軸未能正確保養(yǎng)，未能及時(shí)補(bǔ)充潤(rùn)滑油，將會(huì)導(dǎo)致磨損無法得到有效控制，從而增加設(shè)備發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)。除了軸承安裝的不當(dāng)，還包括連接和驅(qū)動(dòng)的故障。這些問題的產(chǎn)生主要是由于采煤機(jī)在運(yùn)行中的振動(dòng)太強(qiáng)，導(dǎo)致一些零部件松動(dòng)或脫落，而由于缺乏及時(shí)的維修，這些部件很快就無法正常工作，從而導(dǎo)致了故障的發(fā)生。如果采煤機(jī)的某些部位負(fù)載過高，超出了它的承載能力，導(dǎo)致零部件的嚴(yán)重磨損，就可能導(dǎo)致故障。

1.2 液壓系統(tǒng)故障

液壓系統(tǒng)是采煤機(jī)的關(guān)鍵組成部分，但它也容易受到外界環(huán)境的影響而產(chǎn)生故障。有些情況下，由于油污的存在，很難及時(shí)發(fā)現(xiàn)并解決，從而導(dǎo)致故障的頻繁發(fā)生。油污可分為內(nèi)部油污和外部油污2 種。外部油污的形成受到采煤機(jī)所處的惡劣環(huán)境的影響，因?yàn)樗鼈兺ǔ１话惭b在地下，而且空氣中含有大量的灰塵、碎屑等污染物，如果不能及時(shí)清除，就會(huì)積累到液壓系統(tǒng)上，從而形成油污。

由于采煤機(jī)的荷載過大，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)的一些組件出現(xiàn)了擠壓和磨損，如果這種情況持續(xù)存在，就會(huì)導(dǎo)致液壓系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)大量的纖維物、顆粒物，當(dāng)設(shè)備處于高溫時(shí)，這些纖維物和顆粒物就會(huì)變成膠狀污染物，從而導(dǎo)致故障。

2 煤礦采煤機(jī)智能化現(xiàn)狀

2.1 自適應(yīng)牽引控制方案設(shè)計(jì)不合理

盡管自適應(yīng)牽引控制技術(shù)可以幫助合理地使用采煤機(jī)，但由于它們的計(jì)劃設(shè)計(jì)沒有充分考慮煤礦的實(shí)際情況，特別是在開采過程中，可能存在切割阻力判斷不夠準(zhǔn)確的問題，從而使得采煤機(jī)在運(yùn)行時(shí)無法獲得預(yù)期的牽引速度，也就無法實(shí)施自動(dòng)化的牽引控制。盡管在制定自動(dòng)化調(diào)節(jié)牽引控制計(jì)劃時(shí)，一方面，我們沒有充分考慮采煤機(jī)的具體情況，導(dǎo)致其在高度方面的調(diào)節(jié)變得困難，從而影響了采煤機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，并且沒有充分發(fā)揮其獨(dú)特的環(huán)境優(yōu)勢(shì)。另一方面，由于缺乏對(duì)輸送機(jī)的關(guān)注，沒有充分考慮牽引電流的影響，從而無法將其與切割電流相匹配，從而影響了整個(gè)自動(dòng)化調(diào)節(jié)計(jì)劃的優(yōu)化。由于技術(shù)限制，我們無法充分改進(jìn)采煤機(jī)的性能。

2.2 無線網(wǎng)傳輸技術(shù)缺少合理性

當(dāng)前的煤礦開采管理工作存在一定的問題，其中一個(gè)原因是，部分無線網(wǎng)傳輸技術(shù)人員沒有足夠的經(jīng)驗(yàn)和能力去了解整個(gè)開采區(qū)域的實(shí)際情況，導(dǎo)致他們沒有能力根據(jù)當(dāng)?shù)氐馁Y源和需求進(jìn)行無人交換機(jī)的布置，從而降低了無線網(wǎng)傳輸?shù)男?。盡管有相當(dāng)一部分無線網(wǎng)傳輸技術(shù)人員在設(shè)計(jì)無線網(wǎng)絡(luò)交換器裝置時(shí)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)渠道的建設(shè)工作給予了足夠的重視，但是由于缺乏對(duì)采煤機(jī)安裝所需參數(shù)信息的合理分類，使得數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性受到了嚴(yán)重的影響。由于現(xiàn)場(chǎng)煤炭開采技術(shù)人員缺乏對(duì)無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)布設(shè)設(shè)計(jì)的知識(shí)，以及缺乏對(duì)采煤機(jī)參數(shù)信息的具體分析，使得采煤機(jī)智能化研發(fā)受到了嚴(yán)重的限制，無法有效地上傳數(shù)據(jù)和視頻資料，從而無法為采煤機(jī)的控制優(yōu)化工作提供有效的依據(jù)。

3 煤礦采煤機(jī)智能化關(guān)鍵技術(shù)

3.1 采煤機(jī)記憶割煤技術(shù)

采用記憶割煤技術(shù)，可以根據(jù)人工示范操作，自動(dòng)調(diào)用控制器程序，記憶刀頂滾筒和底滾筒在工作面行走過的高度軌跡，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)割煤，節(jié)省時(shí)間和精力。為了更準(zhǔn)確地測(cè)量滾筒高度，采煤機(jī)可以在搖臂上安裝擺角傳感器，它可以根據(jù)搖臂擺角、搖臂長(zhǎng)度和滾筒直徑之間的數(shù)學(xué)關(guān)系來計(jì)算滾筒的高度；此外，還可以在搖臂調(diào)高油缸上安裝油缸行程傳感器，它可以根據(jù)油缸行程、搖臂長(zhǎng)度和滾筒直徑之間的數(shù)學(xué)關(guān)系來計(jì)算滾筒的高度；最后，還可以在搖臂連接銷軸上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器，它可以測(cè)量搖臂的擺角，并根據(jù)搖臂長(zhǎng)度和滾筒直徑來計(jì)算滾筒的高度。采煤機(jī)的機(jī)身可以通過傾角傳感器來測(cè)量其走向和傾斜的變化，控制器則可以根據(jù)這些信息來調(diào)整采煤機(jī)底部滾筒的挖掘量，以保持機(jī)身的平衡。記憶割煤的關(guān)鍵在于準(zhǔn)確定位采煤機(jī)在工作面上的位置，這種方法主要是通過在牽引部安裝傳感器，以及在減速齒輪上安裝磁體，來測(cè)量低速齒輪的旋轉(zhuǎn)次數(shù)和方向，從而計(jì)算出采煤機(jī)的行走位移值。采用編碼器來測(cè)量牽引電機(jī)轉(zhuǎn)矩軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)和方向，可以計(jì)算出采煤機(jī)的行走位移值。此外，為了實(shí)現(xiàn)記憶割煤，還需要精確設(shè)置采煤機(jī)的機(jī)身高度、長(zhǎng)度、搖臂長(zhǎng)度、截深、位置以及工作面參數(shù)，以確保采煤機(jī)的準(zhǔn)確定位。

3.2 采煤機(jī)狀態(tài)感知技術(shù)

采用定位感應(yīng)技術(shù)，可以精準(zhǔn)地控制采煤機(jī)的行走軌跡，從而使其符合刮板輸送機(jī)的導(dǎo)軌走向。這種技術(shù)可以幫助我們更好地掌握采煤機(jī)的工作狀態(tài)，從而更加準(zhǔn)確地完成任務(wù)。采用合理的行走軌跡，能夠顯著改善作業(yè)面煤壁的截割程度，使其更加精準(zhǔn)、穩(wěn)定。此外，這種行走軌跡的安排也能夠顯著提升液壓支架的精準(zhǔn)性，從而達(dá)到良好的自動(dòng)調(diào)直效果。利用采煤機(jī)定位技術(shù)，不僅有助于推動(dòng)煤礦綜合開采的無人化，而且還可以充當(dāng)三維定位的重要角色，從而實(shí)現(xiàn)更高效的生產(chǎn)管理?，F(xiàn)階段，采煤機(jī)定位技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)涵蓋了多種多樣的方法，如超聲波、地理信息系統(tǒng)、紅外線和無線傳感網(wǎng)，它們的結(jié)合，有助于提高生產(chǎn)效率，提升安全性。為了更好地控制采煤機(jī)的運(yùn)輸，需要在安裝軸編碼器和其他基礎(chǔ)設(shè)備的同時(shí)，考慮到它們的運(yùn)輸距離，從而保證測(cè)量工作的高效進(jìn)行。

3.3 采煤機(jī)的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

通過對(duì)采煤機(jī)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)，它以智能化功能為基礎(chǔ)，將工作區(qū)域、現(xiàn)場(chǎng)總網(wǎng)以及無線網(wǎng)等多項(xiàng)基礎(chǔ)元素完美結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了全覆蓋，將煤礦綜采的所有區(qū)域都納入其中，從而提高了采煤效率和安全性。在安裝無線交換機(jī)時(shí)，應(yīng)將其置于采煤機(jī)的上方，并從工作面的范圍出發(fā)，進(jìn)行合理的位置調(diào)整，以確保兩者之間能夠有效地互相促進(jìn)、互相影響，為數(shù)據(jù)傳輸提供便利，使其能夠穩(wěn)定、高效地運(yùn)行。使用采煤機(jī)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以大大改善煤礦開采作業(yè)環(huán)境，提升智能化發(fā)展水平，充分展示出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦開采中的重要作用。然而，由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用周期較短，部分技術(shù)仍然停留在理論層面，從而導(dǎo)致其使用效果受到影響，出現(xiàn)了形式化的弊端。由于缺乏實(shí)踐操作，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的功能和價(jià)值得不到充分發(fā)揮。因此，有必要對(duì)采煤機(jī)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行深入研究，并采取有效措施來提高其實(shí)際效用。

3.4 有線通信技術(shù)

為了提高煤礦井下工作面采煤機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控能力，我們?cè)谙锏兰刂行陌惭b了一個(gè)遠(yuǎn)程監(jiān)控箱。這個(gè)監(jiān)控箱通過使用礦用阻燃金屬屏蔽線纜，并且采用雙絞技術(shù)，以提高抗干擾能力，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面采煤機(jī)的遠(yuǎn)程信息采集和控制。通過采用動(dòng)力電纜芯線技術(shù)，可以大大縮短采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制的響應(yīng)時(shí)間，最低可達(dá)200ms，而且傳輸總帶寬也可以達(dá)到20kbit/s 以上。此外，隨著光纖傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展，它也越來越普及。采用先進(jìn)的技術(shù)，可以在采煤機(jī)電控箱內(nèi)部使用高精度的光電模塊來實(shí)現(xiàn)信號(hào)的快速轉(zhuǎn)換。這種技術(shù)可以將信號(hào)從一端傳送到另一端，并且在這個(gè)過程中不會(huì)受到任何電磁干擾，同時(shí)還能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

3.5 頂煤弱化技術(shù)

在我國(guó)大多數(shù)煤礦的開采活動(dòng)中，頂煤弱化技術(shù)的運(yùn)用非常普遍，尤其是在處理厚煤層煤炭資源時(shí)，它的應(yīng)用效果更加顯著，可以有效地減少能量消耗，同時(shí)，還可以大大提高煤層的采掘率。在開采煤礦時(shí)，應(yīng)該綜合考慮預(yù)煤階段的弱化規(guī)律，并且要盡可能地利用爆破技術(shù)，從而有效地減少頂煤層的壓力，從而改變它的力學(xué)特征和結(jié)構(gòu)，從而降低它的總體強(qiáng)度。然而，在開采過程中，由于頂煤支架本身的性質(zhì)和爆炸效應(yīng)的存在，它們的支撐力會(huì)大大降低，因此，必須加強(qiáng)對(duì)這些因素的管控，科學(xué)安排，確保煤礦頂部活動(dòng)的安全可靠。

4 采煤機(jī)智能化技術(shù)的發(fā)展具體措施

4.1 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程智能監(jiān)控

智能化技術(shù)的發(fā)展離不開遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)煤礦開采區(qū)域的有效監(jiān)控，避免了工作人員出現(xiàn)安全問題。采煤工作人員可以根據(jù)智能監(jiān)控系統(tǒng)中顯示的采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)等相關(guān)信息來及時(shí)判斷設(shè)備運(yùn)行中存在的問題，從而進(jìn)一步保障安全生產(chǎn)。另外，在采煤工作開展過程中，為了避免出現(xiàn)較大誤差，遠(yuǎn)程智能監(jiān)控系統(tǒng)還能夠在第一時(shí)間發(fā)出警報(bào)。這項(xiàng)功能的應(yīng)用，能夠?yàn)楣ぷ魅藛T提供一個(gè)安全可靠、高效率的作業(yè)環(huán)境。因此，我國(guó)煤礦企業(yè)應(yīng)該針對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行全面研究應(yīng)用，從而為煤礦企業(yè)提供更高的經(jīng)濟(jì)效益。

4.2 開展精細(xì)化管理活動(dòng)

為了更好地管理煤礦企業(yè)的運(yùn)營(yíng)，工作管理人員需要根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的特點(diǎn)，使用適當(dāng)?shù)墓芾硐到y(tǒng)，并建立科學(xué)合理的現(xiàn)場(chǎng)管理制度。這樣，他們就能夠更好地識(shí)別和評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)，并能夠更加有效地監(jiān)督和控制機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。為確保煤礦企業(yè)的安全運(yùn)行，工作人員應(yīng)當(dāng)深入學(xué)習(xí)“NOSA 安全辨別管控”，并結(jié)合實(shí)際情況，準(zhǔn)確判斷作業(yè)風(fēng)險(xiǎn)，以便有效地提高自身的安全防范能力。

4.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)智能采煤機(jī)

優(yōu)化設(shè)計(jì)是提高智能采煤機(jī)運(yùn)行質(zhì)量、穩(wěn)定性和安全性的基礎(chǔ)，因此，必須對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，從而滿足煤礦企業(yè)生產(chǎn)需求。根據(jù)智能采煤機(jī)工作流程，通過合理設(shè)計(jì)智能采煤機(jī)可以有效實(shí)現(xiàn)智能化開采的目標(biāo)，不僅能夠有效提高煤炭資源開采效率，而且還可以提升采煤機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。從我國(guó)目前實(shí)際情況來看，我國(guó)煤礦企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中智能化設(shè)計(jì)主要應(yīng)用于綜采工作面以及掘進(jìn)工作面中，其主要目的就是為了提升綜采工作面的自動(dòng)化水平以及掘進(jìn)工作面的自動(dòng)化水平，從而促進(jìn)煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、信息化、智能化的發(fā)展目標(biāo)。在此過程中，需要針對(duì)智能采煤機(jī)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，滿足各方面要求。

4.4 完善煤礦智能采煤系統(tǒng)

煤礦企業(yè)在開展智能采煤系統(tǒng)設(shè)計(jì)工作時(shí)，需要建立完整的智能化采煤系統(tǒng)，從而進(jìn)一步完善煤礦企業(yè)智能采煤系統(tǒng)。首先，需要明確各個(gè)系統(tǒng)之間的關(guān)系，并明確智能采煤系統(tǒng)的工作流程。其次，在整個(gè)煤礦開采過程中，需要將所有采煤設(shè)備進(jìn)行合理布置，并配備相應(yīng)的傳感器和控制器，通過建立完善的采煤自動(dòng)化控制系統(tǒng)，來實(shí)現(xiàn)對(duì)不同開采設(shè)備的集中管理、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)以及遠(yuǎn)程控制。最后，在實(shí)際工作過程中，必須對(duì)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行實(shí)時(shí)采集和監(jiān)控，通過建立完善的智能系統(tǒng)對(duì)各個(gè)傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)和記錄。這樣能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦開采過程中采煤設(shè)備運(yùn)行情況以及各類故障情況等數(shù)據(jù)信息的實(shí)時(shí)獲取與處理。

5 結(jié)語

綜上所述，煤炭作為我國(guó)能源供應(yīng)的主要來源，對(duì)我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。隨著新時(shí)代發(fā)展背景下對(duì)煤炭資源需求量的不斷增加，采煤機(jī)械作為煤炭開采行業(yè)的核心機(jī)械設(shè)備，在煤炭開采工作中起到了決定性作用。由于傳統(tǒng)煤礦開采方式無法滿足現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展需求，需要借助智能化采煤機(jī)械來實(shí)現(xiàn)高效開采，從而提高煤炭資源開采效率，促進(jìn)我國(guó)采煤機(jī)械行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。針對(duì)傳統(tǒng)煤礦開采技術(shù)存在的不足以及現(xiàn)代化生產(chǎn)需求，需要針對(duì)采煤機(jī)械進(jìn)行全面升級(jí)。因此，必須對(duì)智能化采煤機(jī)械進(jìn)行深入研究，將智能化采煤機(jī)械應(yīng)用到煤礦開采工作中，實(shí)現(xiàn)高效采煤。