煤礦綜采工作面智能化開采

張彥雄

摘 ?要：目前，我國正在積極推進(jìn)煤礦開采的智能化，以便提升煤礦開采的效率和保證煤礦開采的安全。現(xiàn)階段，我國的智能化煤礦開采還處于起步階段，許多關(guān)鍵性問題還未解決。分析目前煤礦智能化開采的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出由于煤礦綜采工作面開采條件的多樣性和復(fù)雜性，煤礦的智能化開采發(fā)展必然是需要經(jīng)歷分階段發(fā)展的過程，同時(shí)需要開采設(shè)備和控制技術(shù)的提升和井下作業(yè)人員素質(zhì)和能力的提高，智能化的開采必然是一個(gè)長期的過程。目前煤礦的智能化開采仍然需要在管理觀念、投入力度、研發(fā)團(tuán)隊(duì)建設(shè)等方面發(fā)力。

關(guān)鍵詞：煤礦;綜采工作面;智能化開采

引言

在當(dāng)今的煤礦綜采工作面中，智能化技術(shù)已經(jīng)得到了越來越廣泛的應(yīng)用。通過該技術(shù)的應(yīng)用，不僅顯著提升了綜采工作效率、質(zhì)量與安全，同時(shí)也進(jìn)一步降低了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并為企業(yè)節(jié)約了大量的人力資源成本，這對于煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升有著關(guān)鍵性的意義。因此，在煤礦企業(yè)的綜采作業(yè)中，一定要加強(qiáng)智能化技術(shù)的應(yīng)用研究，并對其裝備進(jìn)行科學(xué)管理，這樣才可以進(jìn)一步提升生產(chǎn)效益，促進(jìn)企業(yè)發(fā)展。

1煤礦智能化開采的定義及優(yōu)勢

①定義。所謂的智能化，就是通過對某控制對象做出的合理感知、精準(zhǔn)判斷，加上最快速的執(zhí)行能力，判斷感知需要的信息，具備非常強(qiáng)的學(xué)習(xí)以及優(yōu)化能力。智能化具備以下三個(gè)方面的特征。第一，能夠?qū)ν饨绲母鞣N信息準(zhǔn)確感知并進(jìn)行采集;第二，可以對采集到的信息做出分析判斷，自主學(xué)習(xí)，并且主動(dòng)決策;第三，可以自主進(jìn)行判斷并實(shí)際執(zhí)行。煤礦的智能化開采系統(tǒng)能夠使煤機(jī)裝備實(shí)時(shí)感知井下環(huán)境的變化，對整個(gè)控制參數(shù)做出調(diào)整，在煤礦的智能化開采當(dāng)中，最主要的三個(gè)步驟就是智能感知、智能決策和智能控制。智能化設(shè)備能夠主動(dòng)學(xué)習(xí)，并且具有決策能力，它能夠很好地感知分析問題，并進(jìn)行修正，從而在不同的條件下選擇合適的開采方案。根據(jù)環(huán)境的變化，智能化開采設(shè)備會發(fā)揮自我開采能力，實(shí)現(xiàn)最大意義的智能化開采，在極端條件下能夠進(jìn)行無人化開采。②智能化開采的技術(shù)優(yōu)勢。與傳統(tǒng)的綜采技術(shù)相比，智能化開采的優(yōu)勢體現(xiàn)在兩方面。首先，煤礦開采效率提高。智能化開采要實(shí)現(xiàn)煤礦開采的無人化，所有流程都要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。這有助于減少人對煤礦生產(chǎn)的干預(yù)，極大地提高了煤礦開采效率。傳統(tǒng)綜采技術(shù)的一些工藝流程都還是由人來操作，而人是有生理極限的，很難持續(xù)進(jìn)行高強(qiáng)度開采作業(yè)，這使得煤礦開采效率難以得到進(jìn)一步提升。其次，煤礦開采更加安全。由于在開采過程實(shí)現(xiàn)了無人化和自動(dòng)化，使得井下所需工人數(shù)量更少，這極大地保障了工人的生命安全。智能化開采時(shí)，設(shè)備多采用自動(dòng)化控制或遠(yuǎn)程控制，對煤礦事故的識別更加靈敏。

2煤礦智能化開采相關(guān)技術(shù)

2.1姿態(tài)數(shù)據(jù)的采煤機(jī)記憶截割

采煤機(jī)是綜采工作面的落煤設(shè)備，目前采煤機(jī)的記憶截割功能主要分為：記憶學(xué)習(xí)、記憶截割、記憶中斷、記憶修改四個(gè)階段。采煤機(jī)在割煤過程中可以通過分析、記憶自身運(yùn)行參數(shù)，并按照工藝段將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，根據(jù)記憶數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)割煤，當(dāng)遇到異常情況可以切換至手動(dòng)割煤。當(dāng)工作面發(fā)生變化時(shí)，將調(diào)整后的采煤機(jī)滾筒高度或者牽引數(shù)據(jù)記錄下來可以覆蓋原先的記憶數(shù)據(jù)繼續(xù)截割。未來智能化開采，采煤機(jī)則會基于工作面的地質(zhì)數(shù)據(jù)、慣性導(dǎo)航和三維掃描等應(yīng)用進(jìn)行工作面態(tài)勢感知，然后根據(jù)工作面透明化模型進(jìn)行數(shù)字化采煤。

2.2動(dòng)化高效協(xié)同技術(shù)

在實(shí)際的應(yīng)用過程中，行走編碼器和行程傳感器的有效配合，為采煤機(jī)智能控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供了基礎(chǔ)性的支持，是記憶割煤、遠(yuǎn)程干預(yù)等功能順利實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。根據(jù)存儲系統(tǒng)中的記憶曲線，結(jié)合調(diào)高系統(tǒng)的反饋信息，調(diào)整滾筒的位置參數(shù)，然后借助編碼器的記憶運(yùn)算能力，對采煤機(jī)的整體運(yùn)行距離進(jìn)行計(jì)算，最終完成煤炭的自動(dòng)切割、開采。按照工作視頻以及主機(jī)系統(tǒng)所提供的信息，操作人員可對其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。同時(shí)，增加了多個(gè)傳感器，例如護(hù)幫板傳感器、傾角傳感器和測高傳感器等。其中，護(hù)幫板傳感器主要用于判斷護(hù)幫收起的位置是否符合要求，避免液壓支架影響煤炭采割。在單個(gè)支架移動(dòng)時(shí)間為15s的情況下，可支持采煤機(jī)以0.1m/s的速度前進(jìn)。采煤機(jī)按照記憶曲線的“象限”分割，精確整合支架全工作面和采煤機(jī)階段點(diǎn)，為煤炭開采自動(dòng)化水平的有效提升提供了極大的支持。

2.3位置監(jiān)測技術(shù)

在通過智能化綜采工作面進(jìn)行煤礦綜采的過程中，需要對采煤機(jī)具體的位置實(shí)時(shí)進(jìn)行確定與調(diào)整。目前，慣性導(dǎo)航技術(shù)是位置監(jiān)測中的一項(xiàng)最常用的技術(shù)形式，通過該技術(shù)的應(yīng)用，可以借助于加速度計(jì)算來實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)位置監(jiān)測，并為其提供導(dǎo)航。但是如果僅僅應(yīng)用這一種技術(shù)，隨著應(yīng)用時(shí)間的延長，監(jiān)測誤差也會增大。基于此，在該技術(shù)的具體應(yīng)用中，也需要結(jié)合一些其他的位置監(jiān)測技術(shù)來使用，比如閉合路徑算法的應(yīng)用便可有效降低其誤差，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)位置的準(zhǔn)確監(jiān)測。特別是在工作面比較大的情況下，這兩種技術(shù)的結(jié)合使用不僅可進(jìn)一步提升位置監(jiān)測精度，同時(shí)也可以有效降低人工開采程度，讓智能化技術(shù)在煤礦綜采中得以充分利用。

2.4遠(yuǎn)程遙控型無人化開采技術(shù)

遠(yuǎn)程遙控?zé)o人化開采主要利用擬人手段，通過對人類的視覺和聽覺進(jìn)行模仿，做出指導(dǎo)。這樣工作人員能夠全部到井上監(jiān)控中心工作，完全離開井下復(fù)雜的環(huán)境，達(dá)到無人化開采的實(shí)際目標(biāo)。通過利用遙控型無人化開采，可以提升設(shè)備的智能化以及自動(dòng)化水平，如果關(guān)鍵設(shè)備不能正常工作，還可以利用人工做出調(diào)整。智能化無人開采一般應(yīng)用在較為惡劣的環(huán)境下，主要應(yīng)用在煤巖識別、信息傳輸以及工作面直線控制等較為關(guān)鍵的技術(shù)上，它是非常關(guān)鍵的綜合性技術(shù)，能夠確保整個(gè)綜采設(shè)備的實(shí)際工作狀態(tài)，使設(shè)備科學(xué)合理的高效運(yùn)行。當(dāng)前的lasc慣性導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)可以對整個(gè)工作面的設(shè)備監(jiān)控進(jìn)行掌握，控制工作面的全部設(shè)備。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)主要是利用液壓支架和采煤機(jī)，做出準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)檢測，傳輸整理出的工作數(shù)據(jù)，實(shí)施工作面的直線控制檢測方案。采煤機(jī)將刮板運(yùn)輸機(jī)當(dāng)中收集到的數(shù)據(jù)全部傳輸給控制平臺，由控制平臺進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，將數(shù)據(jù)傳給不同的系統(tǒng)，實(shí)時(shí)安排工作面。結(jié)合現(xiàn)場工作面視頻的監(jiān)控技術(shù)和設(shè)備的主動(dòng)反饋信息技術(shù)，最大程度的降低工人的作業(yè)強(qiáng)度，規(guī)避盲區(qū)，避免無法預(yù)知的危險(xiǎn)，更好地保證工作人員的安全。

結(jié)語

智能化技術(shù)是我國煤炭生產(chǎn)無人化趨勢的必然要求。隨著煤炭自動(dòng)化開采水平的不斷提升，現(xiàn)階段對采掘工作面智能化控制系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。巷道監(jiān)控中心引入網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸視頻信號，極大地提高了實(shí)時(shí)監(jiān)控的效率;而采掘裝備自動(dòng)化水平的全面提升，也提高了采掘效率，降低了人工成本，進(jìn)一步推動(dòng)了煤炭開采技術(shù)的安全、智能化發(fā)展。煤礦推進(jìn)智能化開采是保證安全生產(chǎn)，降低作業(yè)人員勞動(dòng)輕度，提升煤炭產(chǎn)業(yè)工人幸福指數(shù)的重大變革和歷史性轉(zhuǎn)變，是國家的要求，也是企業(yè)的需求，更是廣大煤炭產(chǎn)業(yè)工人的需求，一定要大力推動(dòng)5G、智能裝備和精密監(jiān)測監(jiān)控等設(shè)施的升級，早日全面實(shí)現(xiàn)智能化開采。

參考文獻(xiàn)

[1] 張彩峰.塔山煤礦綜采放頂煤工作面智能化開采技術(shù)的探討及應(yīng)用[J].煤礦機(jī)電，2018（2）：68-73.

[2] 薄文忠.淺談煤礦綜采工作面智能化開采[J].山東工業(yè)技術(shù)，2018（8）：81.

[3] 郭勝帥.淺談沖擊地壓礦井復(fù)雜水文地質(zhì)條件下大采高智能化工作面建設(shè)經(jīng)驗(yàn)[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2019（12）：78，83.

[4] 王沉，王文苗.薄煤層智能開采技術(shù)研究現(xiàn)狀與進(jìn)展[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2020，48（05）：1-17.

[5] 張科學(xué).大采高綜采智能化工作面開采關(guān)鍵技術(shù)研究[J].煤礦開采，2016，21（01）：1-6.