煤礦掘進工作面自動化技術探析

李文強

摘要：基于煤礦安全、高效、自動化生產的需要，實現智能自動化開采是煤礦開采的最終目標。本文分析了當前國內外掘進工作面的自動化現狀況和影響因素，對其中的多種關鍵核心技術進行了研究，分析了實現這些關鍵技術的難點，提出了關鍵技術的信息融合是實現掘進自動化的必由之路，最后展望了未來幾年對掘進工作面自動化有影響函需突破的新技術。

關鍵詞：煤礦掘進；自動化技術；應用

1.制約煤礦掘進工作面自動化開采的因素

1.1環境因素

環境因素是影響煤礦掘進工作面自動化智能開采的關鍵因素之一，工作面的頂底板條件、礦壓大小、采高、傾角、俯仰角度、瓦斯等都會對開采影響很大。以目前技術水平，在復雜環境下的確很難實現工作面的自動化掘進開采，可以先在地質條件、安全條件較好的工作面進行自動化掘進的嘗試。但這并不意味著復雜地質條件下無法實現，而是需要在各種不同地質條件下不停地摸索中探尋適合各種條件的自動化智能開采。

1.2設備因素

對掘進機設備的要求，實現自動化智能開采必須完美實現所有掘進機設備的生產全過程自動化，如掘進機的全工作面記憶截割功能、液壓支架電液控制系統的全工作面跟機自動化功能。這對于產品的質量、穩定性、智能化程度都有極高的要求。

1.3技術因素

目前煤礦掘進自動化技術還是基本處于簡單自動化的水平，與工人實際操作有較大差距。煤巖分界技術，通過監測煤機滾筒正在割煤還是割巖的情況，在記憶截割基礎上進行自我調整，以實現掘進機的自動化控制。煤巖識別技術，可以在放頂煤工作面通過監測放煤過程中是否含有巖石從而控制放煤時間，實現智能化自動放煤過程。工作面直線度控制技術，可以描繪出整個掘進工作面的彎曲情況，并傳輸給電液控制系統，通過對液壓支架的前進量進行定量，從而使得工作面彎曲度維持在允許范圍內而實現連續推進。

2煤礦掘進自動化關鍵控制技術及難點

2.1關鍵控制技術

第一，總體技術方案。掘進工作面自動化控制圍繞綜采設備姿態定位、掘進機設備安全感知、工作面直線度控制、視頻圖像處理等多種關鍵技術，需要從總體上研究自動化智能控制的關鍵核心技術。

第二，掘進機自動化技術。掘進是煤礦生產的主體，而支護是煤礦作業開展的基礎，為煤礦工作提供了進行的渠道。煤礦掘進工作受到外部環境和氣候等條件的影響，因而要在復雜的環境中開展掘進工作就要借助自動化器械。隨著科學技術的迅速發展，煤礦掘進自動化技術也在不斷更新，從前瞻性出發，在掘進中使用自動化器械能夠為煤礦的挖掘、裝運、運輸提供途徑。

第三，掘進機遠程控制技術。工作面視頻系統使得操作者在監控中心就能直觀地觀察到工作面運行狀況。無延遲的模擬視頻系統可作為操作者觀察控制命令被執行的情況；數字視頻系統便于存儲、視頻后處理、視頻發布、視頻控制；三維虛擬現實軟件提供給操作者身臨其境的感覺。

第四，運輸自動化技術。煤礦掘進工作中需要對產出的廢料和土石進行向外運輸，保障煤礦暢通，為煤礦的進一步挖掘和開拓提供條件。同時，在掘進工作中開展運輸自動化也能為煤礦挖掘工作的煤礦運輸提供物質設施條件基礎，保證物料運出和輸入，提高生產作業的效率。

第五，視頻監控技術、視頻拼接技術。為實現獲得整個工作面的全景動態畫面，就需要對場景中所有相機采集的視頻圖像進行智能的拼接，需要對各相機的成像有一致的要求，相機間成像的差異造成拼接圖像時，匹配重疊區域特征存在平移、縮放、旋轉等多種幾何變形，這將影響圖像配準的精度。

2.2技術難點

將綜合運用計算機仿真、工作面實時監測技術研究、工作面設備實時聯動控制技術研究、工作面推進狀況的預測研究等，保證掘進工作面連續推進過程中各個設備的姿態符合目標線的要求。核心內容包括影響工作面連續推進的因素研究、工作面連續推進方法的研究、工作面直線度控制、調偽傾斜控制、仰采、俯采控制等關鍵技術研究等5個方面。需要研制自動化所需要的測量推移行程的高精度傳感器、刮板運輸機姿態的測量系統和控制系統、支架電液控制系統的精準控制和針對連接機構間隙與拉架過程導致的運輸機拉回檢測機制等。擬解決的技術難點：第一，實時性技術，研究如何達到視頻50ms延時的要求；第二，視頻清晰技術，解決煤塵影響和低照度問題。

第一，實時性技術。掘進工作面自動化實時性技術最主要的是視頻實時性，出于視頻輔助遠程控制的需要，工作面視頻系統的延遲時間要保證小于50ms，否則遠程控制的安全性無法保證。采用基于IP網絡的數字視頻加上CWDM粗波分復用的傳輸技術可以為工作面提供實時的高清視頻。利用視頻系統的實時性，在順槽監控中心輔助遠程控制，操作者在遠程控制工作面設備時可以通過視頻實時觀察操作效果、調整操作幅度。同時通過工業以太環網傳輸數字視頻，也可以在地面遠程監視工作面運行狀況。

第二，視頻清晰技術。掘進工作面需要提供清晰的動態圖像，簡單的做法是采用高清攝像技術和加大攝像機的數量。此外還有一些因素需要考慮和解決：①粉塵問題。掘進工作面在采煤機截割煤層時會產生大量的煤塵，粉塵嚴重時會完全遮擋滾筒，不利于通過視頻觀察掘進機的運行時況，給遠程遙控掘進機帶來困難。②照度問題。掘進工作面沒有地面環境下的自然光線，完全是人工照明，如果只是一味加大人工照明的亮度和數量，會帶來成本、能耗和管理等方面的問題。因此需要研究掘進工作面低照度條件下的高清成像技術。

結束語：

掘進工作面連續推進實時控制技術研究的重點是解決掘進智能控制另一個問題即高效問題，該任務是確保工作面能夠智能控制和自動推進必不可少的一個環節。實現以上的自動關鍵控制技術，就能將工作面工人數量減少，實現智能控制工作面產量。本文通過對于煤礦掘進自動化的實現路線進行分析，探索如何最終實現煤礦自動化智能開采的最終目標。

參考文獻

[1] 工蘇或，杜毅博，薛光輝，等.掘進機遠程控制技術及監測系統研究與應用[J].中國煤炭，2013，39（4）：63-67.

[2] 劉丹彤.煤礦自動化發展現狀及應對策略分析[J].企業改革與管理，2014（20）：137.

[3] 張宇，伶鑫.機械自動化在煤礦中應用的發展[J].企業文化（中旬刊），2013（11）：132.

[4] 劉高宏.挖掘優秀傳統文化資源，夯實中職學校德育根基[J].現代語文（學術綜合版）.2013（09）.

（作者單位：山西和順天池能源有限責任公司）