煤礦綜采智能化工作面關鍵技術研究

趙佳磊，趙曉舉，劉照輝

（平頂山天安煤業股份有限公司，河南 平頂山467000）

近年來，中國信息技術飛速發展深刻影響著煤礦業的發展，在煤礦業轉型升級的關鍵階段，合理引入智能化技術、設備和人才有助于促進生產效率的提升、保障生產安全、降低生產成本，實現煤礦行業轉型升級。當前，以一鍵啟停地面調度集控系統、機巷泵站遠程控制系統、采面支架控制系統等為代表的智能化技術已經被應用到煤礦綜采的實踐當中，并獲得了良好的反饋[1]，而在可預見的未來，煤流系統智能化、圍巖支架耦合控制等智能化技術也將在煤礦的綜采實踐中得以應用[2]。鑒于此，從煤礦綜采智能化工作面的技術優勢入手，從現有技術和未來趨勢兩大方面研究煤礦綜采智能化工作面關鍵技術。

1 煤礦綜采智能化工作面的技術優勢

智能化是社會各行業發展的新趨勢，與煤礦業中采煤等具體工作的融合更是技術進步與產業升級的必然需求，智能化相關技術在煤礦綜采工作面的應用具有諸多優勢[3]，具體包括以下幾點。

1.1 自動化控制提升準確性

煤礦綜采工作中，采面支架自動化控制、降塵自動化系統、耦合控制系統、綜采時序控制等等都是將自動化控制技術落實到綜采工作面，將以往需要人工控制的、機械化的工作內容納入到智能化系統中，由計算機系統進行智能控制，有助于減小人工操作而導致的誤差，提升煤礦綜采運行準確性[4]。

1.2 智能分析提升科學性

在舊的煤礦綜采體系中，雖然引入大量的采煤機械，但是其操作流程優化、運轉軌跡規劃、負載能力分析等工作操作仍多憑借從業者的經驗，而引入智能化采煤機能夠收集精準定位數據、規劃智能規劃綜采軌跡、調整滾筒高度、分析故障自動預警與原因，根據綜采工作面的實際參數、實時地理情況、工作負荷狀態等數據進行實時智能分析，不斷優化綜采流程，提升煤礦整體運轉的科學性。

1.3 參數監控保障實時性

在煤礦綜采工作中，智能化設備及其技術體系能夠實現數據智能化監控，例如地面調度室的智能集成系統，不僅能夠一鍵啟停，而且能夠對工作設備的啟動、運行、負荷和暫停進行實時監控，能夠保障綜采工作平穩運行，也能夠更加及時地發現綜采工作面潛在問題，提升煤礦綜采工作的時效性。

2 煤礦綜采智能化工作面關鍵技術要點

在煤礦綜采中應用智能化技術應當堅持以綜采設備為核心，在智能化技術支持下捋順采煤工藝流程，積極引入地面調度集控系統、采面支架控制技術等，同時結合綜采需求升級采煤機可視數據系統、智能記憶割煤系統，這些系統主要以層次管理和感知控制為核心，包含多級層次構架，主要連通地面調度室、機巷泵站以及工作面內部控制平臺，形成對轉載機、破碎機、運輸機等機械的監督和控制，進而實現對綜采各個階段的智能化管控，在綜采實踐中，工作面關鍵技術要點如下。

2.1 地面調度集控系統

地面調度集控系統顧名思義，是指在煤礦地面調度室中布局集控系統，最主要也是最基礎的功能是一鍵啟停，這一功能從空間角度上能夠突破傳統技術啟停的空間局限性，在時間上能夠最大程度節約時間成本、提升啟停效率，無論是在日常煤礦綜采工作中，還是在煤礦綜采突發事件中都有積極意義。

2.2 泵站遠程控制系統

泵站遠程控制系統究其本質而言也是一種集控系統，主要是控制轉載機、破碎機、運輸機一鍵啟停，將網絡信息傳輸、系統搭建、平臺構筑三種技術理念相融合，實現供液的智能化控制，并且根據綜采工作面的需求升級到一體聯動控制系統，進一步實現電磁卸荷、智能變頻等目標。泵站遠程控制系統更能夠針對煤層較薄的環境提供恒壓變流供液，根據不同煤層構筑復合式智能過濾體系，保障煤礦綜采工作面安全、清潔、高質量供液。

2.3 遠程調控采煤系統

遠程調控采煤系統是一種應用寬泛的智能化技術，除了泵站遠程控制系統以外，還體現在采煤工作人員在巷道不同位置遠程干預采煤機工作中。這一技術首先要求及時精準地記錄滾筒運行軌跡、狀態參數、高度變化，并以此為基礎利用遠程智能化運算系統進行分析；其次根據數據及運算結果搭建自動化截隔模板，并在后續運行中不斷修正模板提升準確率；最后，在井下工作人員的控制下實現采煤機自動化運行，讓工作人員能夠在巷道的多個位置遠程調控采煤機。

2.4 智能記憶割煤系統

智能記憶割煤系統也是綜采智能化發展方向之一，割煤是煤礦綜采的核心環節，而現有的割煤技術難以實現長期、準確、自動化割煤工作，從技術層面制約了煤礦綜采的長遠發展。這一問題在智能化的背景下得到有效解決，智能記憶割煤系統以三維坐標原理為理論基礎，構建采煤機數據與截隔高度之間的函數，分別在靜止與運動坐標系理論框架下分析采煤機的運動軌跡，并將結果從雙示范刀和單示范刀兩方面分別進行討論，最終形成完善的智能記憶割煤系統。

2.5 工作面智能化集成配套

對于煤礦綜采工作而言，整個工作面協同智能化集成配套也是智能化發展的必然趨勢，集成配套借助煤礦工業專屬的以太網，將綜采工作面現有的轉載機、破碎機、運輸機、支架等機械單機連通成為智能化系統，將單機的實時信息上傳到智能化平臺，在地面調度室、機巷泵站等區域開展配套工作，這一系統將上文提及的地面調度集控系統、泵站遠程控制系統、遠程調控采煤系統協同運作成為一個有機整體，對于整個工作面的工作效率提升具有正向作用，同時也充分降低了工作面人工操作的實際工作量，推動工作面實現智能化連續化的生產。

3 煤礦綜采智能化工作面關鍵技術展望

以上對已經投入實踐應用的地面調度集控系統、泵站遠程控制系統、智能記憶割煤系統以及綜合性較強的工作面智能化集成配套進行了技術分析，以下將從綜采智能化工作面未來發展趨勢入手，對智能化發展的關鍵技術進行展望。

3.1 煤流系統智能化技術

煤流系統智能化是未來實現無人化工作面管理的重要一環，這一技術目前主要涉及到四個技術維度，分別是煤礦綜采檢測技術、工作面智能預警技術、大數據遠程監控平臺以及智能控制系統，上述提及到智能控制系統已經基本成型并應用到綜采實踐中，其他三項技術要點如下：①煤礦綜采檢測技術。這一技術通過人工智能圖像分析對煤礦中的煤料進行快速分析，計算出瞬時煤量，構成煤流系統的數據源。②工作面智能預警技術。通過改善煤流系統控制工藝，設計煤流自適應啟動與多級設備協同裝置，切實提升煤流的運轉效率，同時也兼顧煤礦能源節約、不斷延長煤礦內大型設備的使用壽命。③煤流系統的大數據遠程監控平臺，通過云存儲等技術手段采集、上傳、分析煤流運行數據，以這種方式提升煤流系統生產故障排查效率，升級完善遠程監控系統，讓煤礦綜采工作面日趨無人化。

3.2 圍巖與支架耦合控制

在綜采工作面當中，支護方式是亟待升級變革的環節，圍巖與支架耦合控制是傳統支護方式發展的新趨勢，尤其在復雜環境開采實踐中，要將智能化理念落到實處，就需要進一步分析支架耦合控制問題。圍巖與支架耦合控制將深部巷道耦合理論作為理論基礎，通過對煤壁參數分析設定的方式構建液壓支架結構，分析感知系統捕獲到信息的耦合關系，構筑起初撐力智能補償、防傾斜預警、千斤頂調節等為代表的多級聯動機制，以期實現圍巖耦合控制與智能序列化控制。在煤礦綜采的過程中，尤其是復雜地質條件下的開采過程中，圍巖與支架耦合控制能夠擴展智能化系統對地質環境的包容度，提升圍巖與液壓支架的穩定性，進而保障整體智能化系統趨于穩定。

3.3 打造全方位視頻系統

當前隨著視頻數據傳輸與虛擬現實等技術的深入發展，全方位視頻系統已經開始走入到煤礦綜采工作面當中，建議在采煤機、轉載機、運輸機、配液點等關鍵位置布局視頻設備，積極引入煤礦專用高清攝像頭，遵循兩組支架一臺攝像機的原則，在支架頂部安裝好視頻設備對綜采機械進行智能化跟蹤，并通過視頻傳輸、跟機推送等技術將視頻實時傳輸到技術人員工作臺當中，讓技術人員能夠通過視頻了解到工作面的實時狀態并作出準確判斷。

4 結束語

綜上所述，當前煤礦綜采智能化發展已經是大勢所趨，當前在工作面中的應用主要有地面調度集控系統、泵站遠程控制系統、智能記憶割煤系統以及工作面智能化集成配套技術等，未來還將引入煤流系統智能化技術、圍巖與支架耦合控制技術以及全方位視頻技術等，以期實現煤礦綜采工作的智能化升級。