淺議煤礦的自動化開采技術

王海燕

摘要：煤礦自動化開采是科技與社會發展的必然趨勢，文章介紹了國內外自動化采煤技術的發展現狀，分析了目前我國煤礦自動化開采面臨的困難，然后分析了煤礦自動化開采的發展方向。

關鍵詞：煤礦開采;自動化

傳統的煤礦開采，以井工開采為主，自動化程度低，需要大量的人工作業。而井下環境差，危險性很高，煤礦開采行業每年都會有大量的人員傷亡。自動化技術、信息技術的不斷發展，為煤礦的智能化開采提供了技術基礎。另一方面，國家對安全生產的重視程度越來越高，對事故的處罰程度越來越重，發生人員傷亡后，企業需要承擔的賠償費用越來越高，這也刺激企業要加強科技研發力度，不斷提高煤礦開采的自動化程度，實現機器換人。“十二五”期間，隨著“智能制造”在我國的不斷推進，我國煤炭機械科研工作者已經在綜采成套裝備感知、信息傳輸、高可靠性等一些領域取得了突破性進展， 研制出了具有自主知識產權的綜采成套智能控制系統。

1 自動化采煤技術在國外的發展狀況

1.1統一的信息平臺

澳大利亞 Landmark 公司利用 Rockwell 的 Ethernet /IP 工業以太網對綜采工作面采煤機、支架及相關設備的聯動控制及水平導航控制進行了有益的嘗試。2010 年的 4 月， 比賽洛斯將研制的新技術（ PMC Evo - S） 用于綜采工作面自動化系統復雜的信息通訊， 只利用一個網絡實現各子系統間信息的連接和交流， 所有設備只使用一個網絡信息平臺， 提高了設備的通信效率。

1. 2 LASC 技術

澳大利亞綜采長壁工作面自動控制委員會（ 簡稱 LASC） 開展了煤礦綜采智能化技術研究， 采用高精度光纖陀螺儀和定制的定位導航算法， 應用于綜采工作面設備操控， 取得了三項主要成果： 采煤機三維精確定位（ 誤差 ± 10 cm） 、工作面矯直系統（ 誤差± 50 cm） 和工作面水平控制， 完成了工作面自動化系統原型， 同時實現了采煤機自動控制、煤流負荷平衡、巷道集中監控等。該成果突破煤巖識別難題， 解決了采煤機準確割煤問題。LASC 系統在國外煤礦的應用， 使礦井煤炭產量提高了 5% ～ 25% ， 減少工人暴露在高危工作環境的時間， 提高了礦井安全水平; 也減少了煤炭產量波動， 達到了均衡生產。

1. 3 IMSC 技術

美國 JOY 公司推出了一種適用于長壁工作面的遠程智能增值產品 /服務系統（ 簡稱 IMSC） ， 可實時監控煤礦設備運行， 根據出現的報警故障信息， 及時發布郵件或電話通知礦井工程師進行調整。智能化開采服務中心每日、周、月和季度向礦井提交運行分析報告， 指導礦井提高運行管理水平， 合理安排設備檢修。同時， 在澳大利亞的 Anglo 礦業公司總部設置總調度室， 對所管轄的礦井進行實時監控， 利用數據監測與分析系統， 分析生產過程設備運行參數，指導礦井生產。

1. 4 綜采自動化綜合技術

澳大利亞聯邦科學與工業研究組織（ CSIRO） 專門從事煤礦綜采自動化技術和無人工作面的自動化裝備和技術方面的研究， 近年來啟動了“Landmark”研究計劃， 探索先進、安全、高效的自動化技術和模式， 代替人工實際操作的系統模式。

2自動化采煤技術在國內的發展狀況

黨和國家一直高度重視我國科學技術的發展，而煤礦作為我國的主要能源，其開采技術自然也備受關注。近年來，隨著我國科研人才隊伍不斷壯大，煤礦開采技術取得了長足的發展，特別是在煤礦的智能化、無人化開采方面，實現了跨越式發展。主要表現在以下幾個方面：

2.1 采煤機記憶截割技術

通過在采煤機牽引部安裝位置傳感器，在控制器中利用位移信息計算采煤機位置，實現了采煤機精確定位。研發出了符合煤礦實際生產工序的采煤機記憶截割程序，有效解決了回刀掃煤不徹底、三角煤截割與端頭支架自動跟機拉架、推溜等問題，實現了采煤機在工作面內自動記憶截割。

2.2 液壓支架跟機自動化技術

液壓支架跟機自動化技術的原理如下：首先在每臺采煤機上安裝一個紅外線發射裝置，同時在每臺液壓支架上安裝一個紅外線接收裝置。工作時，采煤機上的紅外線發射裝置發射信號，被液壓支架上的接收裝置接收，接收到的信息傳到控制系統，控制系統根據這些信息可以判斷采煤機所處的位置和方向，并控制液壓支架做出自動移架、自動推溜、跟機噴霧等動作，從而完成液壓支架動作與采煤機運行位置動態匹配，實現工作面液壓支架與刮板輸送機跟隨采煤機自動化運行。通過分析端頭支架與轉載機的動作邏輯與時間差異，優化控制程序，實現了端頭支架與轉載機連鎖自移程序化控制。

2.3 煤流負荷反饋采煤控制技術

我國自主研發了 “高壓變頻器、高壓電機、摩擦限矩陣 與 行 星 減 速 器”相 結 合 驅 動 的 刮 板 輸 送機，配套開發了專用智能控制系統，實現了跟隨煤負荷大小自動調節刮板輸送機速度，具備了智能啟動、煤量檢測與智能調速、鏈條自動張緊控制、遠程監控與功率協調等功能。可根據實時檢測到的刮板輸送機煤流負載，利用變頻器控制技術自動協調工作面采、裝、運的運行。

2.4 遠程控制技術

地面監控系統包括遠程控制系統、地面語音系統;綜采裝備控制系統安裝于井下綜采工作面;綜采裝備信息及監視視頻圖像信息通過井下數據通訊系統經由井上井下環網傳輸到地面監控系統中，地面監控系統據此對井下綜采裝備進行控制，包括啟停控制、運行狀態監測、自動化開采、遠程干預、故障診斷及報警、歷史數據分析等。該系統有效地將井下監控中心功能轉移至地面，極大地提高了開采人員的安全性。

3 自動化開采面臨的困難

3.1 地質圍巖智能探測

目前煤礦的智能綜采技術僅限于在人工示范刀基礎上的采煤機記憶截割工藝，需要經常進行人工干預，尚不能真正做到無人化作業。要想進一步提高智能化水平，應采用智能探測技術對綜采工作面進行自動探查和檢測，并根據探測到的信息結合鉆孔數據生成綜采工作面三維地質模型， 在此基礎上完成頂層推采控制程序的優化， 指導采煤機記憶截割， 保證智能化綜采裝備的高效運行。

3.2 設備的性能有待提高

智能化開采對設備的性能有很高的要求，而我國的國產設備在這一方面還不能很好地滿足要求。比如，國產設備的傳感器的機載穩定性差，精度偏低;智能化控制計算機信息處理能力不足， 經常死機; “三機”整體智能化水平有偏低，需要在此基礎上增加感知、決策、控制和智能化功能， 由單機向成套智能化裝備轉變。

3.3 復雜條件下的智能化開采

我國很多地區的煤礦賦存條件比較復雜，開采難度較大。比如存在工作面水害嚴重、高地壓、煤層薄、傾角大、“三下”開采條件、瓦斯含量高甚至煤與瓦斯突出等，這些特殊開采條件給智能化開采帶來了不小的困難，需要針對這些條件展開專門的研究，實現技術突破。

4 自動化開采的發展方向

4.1 開采智能導航技術

利用先進的計算機、光電和導航技術對開采設備進行自動定位， 解決工作面地質探測、三維空間定位、智能控制等問題， 實現安全監控和精確開采。

4.2 智能化掘進技術

進一步研究探索智能化掘進技術， 提升掘進設備的智能化控制水平， 打造協調、連續、高效的智能化掘進工作面， 實現智能化無人掘進， 推動煤礦生產與工藝的變革。

4.3 巡檢機器人

通過遙控機器人輔助完成智能化工作面的維護和管理， 通過加裝合適性能的傳感器， 經過人工智能化處理， 進行智能化工作面的自主開采作業。

4.4 “三無”開采技術

積極探索“無人、無煤柱、無巷道”的“三無”開采技術， 推廣應用“110”工法下的智能化無人開采技術， 實現開采技術的跨越式發展。

5結束語

盡管現在太陽能、風能、可燃冰、地熱能等新能源開發技術不斷發展，石油產量也不斷提升，但是煤炭資源依然是我國最主要的能源，而且還會在相當長的一段時間內占據著主要能源的位置。因此，煤礦開采依然是今后相當長時期內的一項重要工作。而隨著大數據、人工智能、5G通信等新技術的不斷發展與成熟，煤礦的智能化、無人化開采必將成為現實。目前，該技術尚處于起步階段，還有相當長的路要走。作為科研人員，只有不斷創新，快人一步，占領科學技術的制高點，才能在全球化競爭中勝出。

參考文獻

[1]田成金 .煤炭智能化開采模式和關鍵技術研究[J].工礦自動化，2016 （11）.

[2]單天琦，靳遠志，姜輝 .薄煤層綜采自動化設備在濱湖煤礦的研究與應用 [J] .山東工業技術，2017（1）.

[3]宋兆貴 .LASC技 術 在 煤 礦 綜 采 工 作 面自動化開采中的應用 [J] .神華科技，2018 （10）.