煤礦綜采工作面智能化技術及裝備發展研究

謝亞濤 李宗帥

【摘 要】隨著我國信息技術的快速發展，在煤礦綜采工作面中應用智能化技術與設備可以顯著提升煤礦開采效率，減少人力的投入，提高煤礦開采過程的安全性和可靠性。本文主要針對煤礦綜采工作面智能化技術進行探討，指出綜采工作面智能化技術與裝備的未來發展方向，希望能夠進一步提升煤礦綜采工作面和相應設備的自動化水平，為企業創造更高的經濟效益。

【關鍵詞】煤礦綜采工作面;智能化技術;裝備發展

引言

目前，互聯網發展迅速，各行各業都面臨著新的機遇和挑戰，傳統工業緊跟社會發展的潮流，爭相與互聯網技術相結合，向互聯網行業轉型。當前，中國正處于轉型升級和結構調整的重要階段，互聯網技術與傳統行業相互融合，從而實現企業轉型的趨勢已勢不可擋。由于煤炭開采產業受安全、環境等因素的制約較大，因此研究綜采工作面的智能化技術，實現煤礦的無人開采具有重要的現實意義。

1發展現狀

采煤機的跟機自動裝備、液壓支架的電液控制裝備、三機設備（采煤機、刮板輸送機和液壓支架）的“一鍵”啟停裝備等是目前國內綜采工作面的主要技術裝備，綜采工作面連接著高速光纖網絡，同時也逐步覆蓋了視頻監控系統，這些都為綜采工作面實現智能化、自動化打下了堅實的基礎。采煤機、液壓支架和輸送機這些綜采設備彼此獨立，為單獨的控制形式。雖然目前三機設備已經具備了集中監測和監控綜采工作面的功能，但采煤機、液壓支架和輸送機這些綜采設備的功能還有待完善，其信息的收集要實現網絡通信，不僅要設置工作面監控平臺，還要搭建地面遠程控制中心，通過遠程遙控系統和工作面視頻系統實現綜采工作面的遠程自動控制。

2綜采工作面智能化技術與裝備的進展

綜采工作面智能化是目前的形勢，在本文之中將會對其進行全面的剖析。

2.1智能采煤設備

智能采煤設備可以根據實際采煤需求合理切換工作模式，通過傳感器收集采煤機及相應支架的位置關系和工作狀況，從而預測采煤機的運行軌跡，更好地實現采煤設備與其他輔助機械的自動化作業。智能采煤設備中的監控系統能夠及時有效的反饋采煤機的具體工作信息，包括采煤機的作業狀態以及采煤機的位置。中心控制平臺根據實際工作需要給予采煤機滾筒升降的命令，實現采煤機的遠程控制，提高煤礦開采的安全性。

2.2智能液壓支架

智能液壓機架解決了綜采液壓支架電液控制系統的問題，使電液控制系統能夠真正融入到液壓支架結構中，將設備控制器、傳感器以及支架機械結構有機地結合在一起，實現機電一體化，提高支架的自動化程度。將液壓支架遠程操控臺設置到監控中心系統中，利用遠程控制臺對液壓支架的行為進行控制，提高采煤機的自動化水平，使液壓支架可以跟隨采煤機實現自動操控，減少了人力的干預。而且，通過智能平臺控制液壓支架的升降，可以滿足工作面三平兩直的要求，實現工作面支架的自動找直，保證支架的工作效果。

2.3視頻監控技術

利用視頻監控技術，綜采工作面可以創造出三維的采煤環境，有效模擬工藝設備和采礦作業過程，操作人員可以通過該項技術直觀的獲得設備作業信息，實現人機互動，解決了以往工作面施工過程中的時間和空間的限制，可以在任意時刻進入系統模擬的任何區域。視頻監控系統能夠識別物體運動狀態、物體種類、相關設備信息，還可以模擬設備運行規律，確定空間狀態，構建起一個與現實環境極為相似的虛擬空間，這樣可以為后續采煤作業施工提供更加系統全面的數據，包括設備動態顯示生產系統運行狀況以及設備運行參數等，從而能夠達到生產流程優化的目的。

2.4連續生產保障技術

為了保障智能機械設備能夠在綜采面上連續工作和生產，就必須確保采煤過程中的安全，隨時應對突發問題。因此，還需應用輸送平衡控制技術和防撞技術。采運平衡非常重要，智能化采煤就需要控制好割煤的速度，從而形成安全和效率之間的協調，一般采用攝像儀類的圖像采集識別方法來對采煤進行監測，并對刮板進行監測。在智能采煤過程中，還需要防止采煤設備之間發生碰撞，避免影響到人工操作的安全性，需通過雷達技術、三維掃描技術等對其進行遠程監控。一些關鍵的開關還需要由工作中的人員進行控制。

2.5煤巖界面識別技術

在綜采工作面的采煤工作中，原有的人工采煤可以依靠知識和經驗來識別煤巖界面，但是利用機械采煤，就必須用智能化技術來實現煤巖界面的自動識別。當前，效果最好的煤巖界面識別技術就是熱紅外攝像儀追蹤識別技術，這種技術非常新，還未實現完全的技術難題解決。我國一方面在研究這一新技術;另一方面也在應用一些其他的技術來進行煤巖界面識別，如電磁探測、振動頻譜探測、熱敏探測技術等。

3綜采面智能化技術未來發展方向

3.1煤巖自動識別技術

對于采用放煤工藝的綜采工作面而言，要實現工作面開采的智能化，必須研發煤巖放落自動識別技術，建立煤巖放落的數學模型進行分析研究，同時再采用信息技術識別控制算法，為最終實現自動化放煤提供可能。目前，已經有20多種煤巖分界傳感系統存在，包括記憶程序控制系統、振動頻譜傳感系統等，但是這些系統僅僅停留在理論階段，在實際生產中未能成功應用。井下錯綜復雜的煤巖環境條件，增大了煤巖分界面的辨別難度，無法準確判斷煤巖分界面，因此實現采煤機滾筒自動調高的關鍵是研制出精準并有一定分辨率的煤巖分界識別傳感器。研究方向是深入研究組合式調高技術方法，國外機型采用最多的技術為記憶智能程控技術，同時在實際中應用最廣。雷達探測技術是目前最具發展前景的技術。

3.2刮板輸送機直線度檢測與控制技術

綜采工作面和巷道均為狹長型測量對象，大量設備如液壓支架等錯綜復雜地分布于其中，其測量本身就有一定的難度，加之錯綜復雜的煤層和地理環境，綜采工作面設備的非可視測量十分困難。在綜采工作面，通常采用地面常規的激光定位技術，但伴隨著采煤機切割作業的進行，工作面會產生大量煤塵，進而影響測量結果的準確性，因此不宜采用此技術。測量定位設備本身的定位精度對測量定位技術的要求很高，根據綜采工作面需要，角度定位精度要達到0.01°。

3.3支持過程視頻技術

以采煤機、刮板輸送機和液壓支架為對象，研究綜采工作面的智能化遠程監控技術及互聯網信息技術，最終實現綜采工作面的“遙測、遙控、遙調、遙視、遙信”功能，對綜采工作面設備的運行狀態進行遠程動態監控，實現三機設備的遠程控制，對設備故障進行預測，使綜采工作面系統能夠高效地工作，使操作人員對系統的調控能力增強。

結語

煤礦行業工業化與信息化的相輔相成促進了煤炭科技的創新發展和智能化建設，推動了煤礦企業從勞動密集型轉為技術密集型，智能化技術及互聯網技術如雨后春筍般蓬勃發展。因此，煤礦綜采工作面智能化技術及裝備也正朝著高智能化、高信息化的方向發展，煤礦開采工作應緊跟煤炭行業和互聯網時代的發展與時俱進，最終實現智能化、無人化開采的目標。

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（作者單位：河南平寶煤業有限公司）