煤矿综采工作面智能化技术与设备分析

许 刚

摘要：为了进一步提升我国煤矿开采的效率和安全性，我国的煤矿开采逐步向智能化发展，我国目前的智能化煤矿开采还处于起步阶段，许多关键性问题还未解决。分析目前煤矿智能化开采的应用现状，指出由于煤矿综采工作面开采条件的多样性和复杂性，煤矿的智能化开采发展必然是需要经历分阶段发展的过程，同时需要开采设备和控制技术的提升和井下作业人员素质和能力的提高，智能化的开采必然是一个长期的过程。通过分析归纳总结了煤矿智能化开采的四个阶段，并且对每个阶段总结了典型特点和技术概要。分析认为，目前煤矿的智能化开采仍然需要在管理观念、投入力度、研发团队建设等方面发力。

关键词：煤矿；智能化开采；智慧矿山

引言

煤炭资源作为中国的主要能源，实现对其的高效开采一直是中国煤炭产业持续高效发展的必然需求。近几十年来，随着现代化机械工艺的持续发展，矿井生产设备持续更新，井下生产的智能化水平不断提升。特别是国家“十三五”规划的出台，更是明确了加快智能化生产矿井的发展目标。因此不断推动矿井生产设备智能化水平提升，构建适用于矿井生产实际的智能化开采作业面，对于矿井发展意义重大。

1煤矿综采工作面智能发展现状

众所周知，综采工作面所依托技术装备，主要有一键启停运输机、采煤机与液压支架的装备，跟机自动装备，电液控制装备。近几年，随着高速光纤网络发展，与光纤网络连接的综采工作面，逐渐将监控系统覆盖，这也是综采工作面能够实现自动化与智能化目标的先决条件。上文所提及运输机、采煤机与液压支架，均为独立存在的综采设备，这也决定三者分别对应不同的控制形式，虽然集中监测目标已经得到实现，受诸多因素影响，综采设备所展示出功能仍有极大的上升空间，要想经由网络对相关信息进行收集与传递，一方面要对监控平台进行设置，另一方面要对控制中心进行搭建，真正做到借助视频系统、遥控系统，实现自动控制工作面的目标。现有研究及所得结论表明，对综采工作面而言，制约其智能化目标实现的原因，主要体现在以下方面：首先，缺少统一且有效的通信平台。由综采工作面所延伸出信息网络，其工作是对大数据视频及相关信息进行实时传输，如果平台没有做到统一，将直接影响到资源共享的时效性，也就是说，设备监控所得数据无法得到实时共享。其次，工作面不具备自动找直功能。现阶段，发达国家围绕工作面找直所展开研究逐渐深入，成绩也有目共睹，例如，借助自动系统与导航技术，赋予相关设备控制水平、自动找直等功能，但也需要明确一点，即自动测量对位移与距离所提出要求相对较高，如果测量精度难以达到要求，后续工作均会受到影响。最后，工作面窜滑情况时有发生。除特殊情况外，煤层均十分复杂，对处于运行状态的刮板运输机而言，如果煤层过于复杂，不仅会使工作面出现整体下滑的问题，还会导致刮板机与转载机距离发生改变，无论是距离增大还是减小，均有引发安全事故的可能，如何使工作面窜滑的问题得到彻底解决，现已成为业内人士热议的话题。

2煤矿综采工作面智能化技术与设备

2.1无人自动化工作面采煤技术

在煤矿综采工作面中，自动化无人工作面技术主要是对不同的领域进行综合性利用。期间结合不同的数据流可大致将其分为工作面灾害预测系统、三机工监控系统、自动控制系统、防水防尘防爆系统四个系统板块。无人工作面作为一项十分巨大的系统性工程，充分融合了遥感技术、网路技术等多项先进技术，在其开采作业中也囊括了多项子系统。而子系统在数据流差异的导向下，仍可进行细分，包括三机工况检测诊断系统、地质灾害预测系统、自动漏洞系统。其中三机系统主要包括刮板生产机、液压支架、采煤机。现阶段综采工作面无人工作面的核心是采煤机，作为一项十分复杂的工作，仅仅是简单的自动化技术并不能满足日常煤矿作业的需求。我国今后煤矿综采自动化技术的发展方向是实现高度集成，将应用于井下作业的机械安全生产带入一个新的层面。

2.2识别技术

要想使综采工作面更加智能，对自动识别技术进行研发是关键。工作人员应以煤岩防落所提出需求为依据，在建立数学模型的基础上，借助信息技术，确保算法得到有效识别与控制，只有这样才能使上述技术具备成功研发的条件。现有煤岩分界传感系统的数量约为20种，例如，广为人知的振动频谱传感和记忆程序控制，上述系统尚未成功过渡到实践阶段，因此，其价值始终没有得到证实。而复杂的作业环境，使辨别煤岩分界的难度大幅提高，只有研发分辨率适宜的传感器，确保采煤机滚筒具备自动调高的条件，才能使上述问题迎刃而解。由此可见，如果条件允许，工作人员应花费更多精力与时间，对组合调高技术进行研究，借鉴国外得到推广和落实的记忆智能程控等技术，获得能够使我国煤矿作业所提出需求得到最大程度满足的识别技术，例如，雷达探测技术。

2.3记忆学习

该过程中就是通过人工方式进行示教，因为操作人员通过对采煤机中的遥控器进行应用，完成对采煤示范切割，在该过程中能够依据采煤作业的具体情况，制定出一套符合煤矿开采作业的循环过程，通过循环过程，完成相应的采煤作业。煤矿开采期间，操作人员要依据具体情况，科学调整煤矿开采作业中采用滚筒的高度，具体调整期间，为了确保调整的合理性，以及后续煤矿开采作业段而顺利进行，进行调整作业时，要充分考虑液压支架移架速度，刮板输送机负载能力，采煤机牵引速度等各项因素带来的影响。开采煤矿期间，通过对性能良好的采煤机的应用，能够进行记忆切割，然后将记忆数据依据采煤机位置和方向的不同段，煤矿开采时，为了确保整个开采作业顺利进行，确保开采作业的安全性，以及整个作业的顺利进行要，要预留多个采煤工艺段，保证采用的采煤机在运行可以实现记忆学习。进行采煤机作业时，受采煤环境影响，若采煤机运行方向上发生变化，此时将一个工艺段加入到系统中，采煤机完成切割煤循环后，系统记忆学习结束，完成上述作业后，保存记忆参数，再进入到自动模式，采煤机在运行时通过对记忆数据进行应用，完成后续切割作业。

2.4液压支架姿态数据控制技术

液压支架是煤矿井下生产作业不可或缺的关键性设备。由于作业面底板存在一定的起伏变化，支架底座及顶梁会在作业时发生一定的横向或纵向倾斜，同时在支架的升降作业和刮板运输机推移过程中，设备同周边围岩存在一定的耦合关联性，要求支架顶梁能进行适度的俯仰调节。有鉴于此，液压支架姿态数据控制在支架防碰撞、防倾倒等控制中便显得尤为重要。在此提出一种基于CAN总线通讯技术的姿态监测控制系统，其原理为在支架不同位置布设多个姿态感应装置，从而实现对支架不同方向角度数据的精准测量，并将相关数据实时传递至支架控制器，由控制核心计算机对相关数据汇总分析，从而测算出相应的调整方案，实现液压支架姿态的实时调整。

结语

煤矿智能化开采是一项综合性很强的技术，一方面可以包括煤矿自身技术外，另一方面还包含了的跨专业和外学科等多个方面的知识，是一项综合性前沿的技术，这是未来我国煤炭行业在一段时间发展过程中主要发展方向，采用煤矿智能化开采技术可以更好的完成煤矿开采作业。

参考文献

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