煤礦智能化綜采工作面開采技術及其控制研究

摘 要：近年來，煤炭行業加速推進信息化、智能化建設，智能化開采成為大勢所趨，由采煤工作面各系統、施工工藝、勞動組織、保障措施構成了煤礦智能化開采的新體系。煤礦綜采工作面智能化開采的應用不僅可以實現無人開采的目標，可以大大促進煤礦綜采工作的開展，是適應時代發展的一項技術革新。本文將主要探討煤礦智能化綜采工作面開采技術及其控制。

關鍵詞：煤礦;智能化;綜采工作面;開采技術

隨著經濟的發展和社會的進步，我國的煤炭開采技術不斷發展成熟，煤炭工業逐漸由勞動密集型產業向資本密集和技術密集型產業轉化，煤炭的開采工藝在實現綜合機械化的基礎上，逐漸向智能化和自動化發展轉換，隨著可持續發展觀念的傳播，國內的煤炭企業越來越關注生產上的技術進步和技術換代[1]。實現煤炭生產的智能化綜采能夠有效地提高煤炭生產的質量，同時降低工人的勞動強度，這充分發揮先進設備的效能，總體上提升了煤炭生產的效率。煤礦企業因為環境、安全等要素的制約作用，迫切需要先進的智能化開采設備與配套技術等。鑒于此，對煤礦綜采工作面智能化的開采進行探究有著重大的現實意義。

1 煤礦智能化綜采工作面系統面臨的技術問題

未來，礦區的智能化煤炭綜采工作面系統仍需克服許多關鍵技術問題：

首先是采煤機的位置檢測和工作面的自動取直技術。在具體的煤炭開采工作中，由于智能化綜采工作面系統是在以往開采數據的基礎上進行自動化、高效化開采。因此，在推進工作進程時，為了保證支架和刮板輸送機的受力處于最佳狀態，需要保證工作面成一條直線并與煤礦巷道處于正交，因此，工作人員需要結合地面的地理信息系統收集相關數據，獲取正確的采煤機位置及其運動參數，以幫助采煤機實現自動導航，并通過截割模型傳輸采煤機的割取數據到液壓支架控制系統以實現三機聯動[2]。

其二，智能化煤炭綜采工作面系統需要更穩定高速、抗電磁干擾能力強的網絡通信傳輸平臺，建設好智能化的信息系統和自動化軟件平臺。煤炭綜采系統把以太網作為主要的傳輸平臺，同時利用光纖、無線 WiFi 等多種傳播形式來保證通信持續。目前某煤炭集團主要采用國家電信網絡技術，開發了基于井下小靈通技術的 K18 技術系統，此系統能夠大幅縮短對突發事件的反應和處理時間，穩定性強，但其仍需克服光纖安裝難度大、易折斷、修復難度大等問題，同時需要研制更高強度的、速度更快的、安全性更高的礦用光纖技術。在組建軟件平臺方面，應當針對礦區的具體情況研制多型號、多品種、多功能的組件式軟件。

其三，礦區需要加大對數據庫技術的開發和建設。智能化綜采工作面系統的井上和井下的傳輸數據量龐大，包括監測數據、圖像、語音和視頻數據等，其需要更復雜更精準的處理手段，以實現對工作面信息的查詢分析和應用，但數據庫的建設分析和維護工作難度巨大。

2 煤礦綜采工作面輔助開采的智能化技術與應用

2.1 支架防碰撞技術

在采煤機上能夠安裝一種主動安全系統——防碰撞系統，這屬于一種能夠事先將視聽報警信號發送給采煤機操作工作者的探測設備。而雷達探測防機械碰撞的主導功能是結合雷達探測技術對采煤機滾筒附近的阻礙物體進行感知，倘若系統探明采煤機工作前存在阻礙物，那么采煤機的運行會暫停以及等待相關工作者進行解決[3]。其運行理論是：基于順利運行的采煤機情況下，這個系統的狀態不運行，而在采煤機快要接近礦井裝置、液壓支架、操作者的情況下，這個系統會將警告發出。在警告發出之后，倘若操作者未曾實施一定的對策，像是加減速制動，那么這個系統的緊急制動設備能夠自動地運行，從而防止碰撞現象的發生。

2.2 視頻監控技術

綜采工作面模擬采礦系統通過提高虛擬現實技術建構一種三維的實際采礦環境，對運行的工藝裝置與采煤整個過程進行模擬，該系統能夠跟操作者進行交互，以及實時地穿越所有的空間到達系統模擬的全部范圍中。這種系統可以確定空間狀態、管理物體運行、識別物體、輸入以及處理一系列的信息、模擬自然現象、識別物體等等，其顯著的特征是建構一種非常接近實際采掘現狀的三維化環境，結合計算機對采礦的現狀進行呈現，從而得到裝置工作的一系列參數、各種裝置的動態呈現圖、生產系統的工作現狀平面圖等，這涵蓋工作裝置間距、產能、時間等，在動態模擬各種采掘參數、各種型號裝置生產系統的基礎上實現評價以及優化生產系統的目標[4]。

綜采工作面進行煤炭開采時存在較多的粉塵，存在著視頻圖像晃動問題，無法清晰地識別出遠程視頻，需要深入探索煤炭綜采工作面圖像輪廓和掘進機械運行速度、運行電流和端部溫度等參數相互間的關系。對熱成像技術在煤炭綜采工作面高清成像應用方面加大研發力度，為視頻監控智能化的研發方向，在高粉塵條件下有著很好的熱成像效果。

2.3 實時控制協議技術

為了使綜采工作面的遠程遙控實現，盡量確保較小的傳輸視頻延時，結合支架與采煤機的控制標準，視頻端至端延時應保持在 50ms以內，這對綜采工作面的攝像、傳輸、解碼圖像、儲存的要求比較高。因為受到長距離工作面的影響，采煤機附近、刮板運輸機鏈條、膠帶運輸機出煤口、工作面支架等需要采集與呈現視頻，兼顧到攝像儀的容量，立足于以太網的數字化視頻系統可以結合雙絞線進行傳輸，這樣不再進行布線，然而數字視頻系統中的信號呈現在顯示器之前需要傳輸、編碼、解碼、數字化等操作，這導致時間延遲在 300ms 以上，還應優化采集、傳輸、呈現的一系列方面。

3 煤礦智能化綜采工作面開采的保障措施

3.1 實施支護工藝革新，創造安全高效環境

推動支護工藝技術不斷革新完善，使用注漿錨索加固采煤工作面超前段巷道，有效替代傳統支架、支柱支護，形成“注漿錨索式超前支護技術”，不僅保障了超前支護安全，而且大大減輕了職工勞動強度，實現減人提效。

3.2 實施倉儲擴容工程，提高生產緩沖能力

通過對井下倉儲系統再摸排、再分析，以生產緩沖能力滿足周日集休為原則，使各礦井下倉儲能力超過全天的生產能力，井上下儲煤量能夠滿足至少 3 天的銷售量，為工作面集中生產、效能發揮和“減班不減產、停產不停運、集休不停銷”創造了條件，為進一步推進智能化礦井高效生產奠定了系統基礎。

3.3 實施乳化液集中供液，保證液壓系統清潔度

因井下水質差，人工配比出來的乳化液精度低，影響液壓設備性能，通過在地面建設乳化液集中供液站，通過遠程輸液管道將配比好的乳化液輸送到井下，并經過高精度多級過濾設備將乳化液輸送到工作面，保證了液壓系統的清潔度。

結語

智能化開采技術是一項綜合性技術，不僅包括煤礦本身的技術外，還涵蓋了外學科和跨專業方面的知識，是一項綜合性前沿技術，將是我國未來煤炭行業重點發展方向，也是一項推動煤礦綜采技術的發展、轉型升級的一項重要舉措，隨著人們對安全性認識的提高，也是解決煤礦面臨安全、效率和人員成本的一項重要途徑。

參考文獻：

[1]光辛亥.綜采工作面綜合防災滅火技術的實踐應用[J].能源與節能，2020（03）：163-164.

[2]郝立賓，楊永康.大采高綜采工作面高水材料沿空留巷試驗[J].山西煤炭，2020，40（01）：30-32.

[3]張飛.煤礦智能化綜采工作面系統設計與應用探討[J].中國設備工程，2020（05）：28-30.

[4]趙利鋒.綜采面刮板輸送機自動化控制技術研究[J].石化技術，2019，26（11）：99-100.

作者簡介：

陳春林，男，貴州六枝，1984年01月，六枝特區應急管理局，機械設計制造及其自動化（機電）。