煤礦智能化綜采工作面設(shè)計(jì)初步探究

張凱倫 劉賓 鮑憲海

摘要：現(xiàn)目前，智能化煤礦綜采工作面系統(tǒng)是適合條件的煤層高效開采技術(shù)的發(fā)展方向，智能、自動(dòng)、安全、高效的煤炭開采理念是時(shí)代發(fā)展的需要。致力于構(gòu)建更加成熟更全面的數(shù)據(jù)信息，建立專業(yè)的信息支持系統(tǒng)，不斷開發(fā)煤礦核心技術(shù)，將煤礦工人從人工生產(chǎn)中解放出來，逐漸走向智能化生產(chǎn)。本文主要分析煤礦智能化綜采工作面設(shè)計(jì)初探

關(guān)鍵詞：煤礦開采;智能化;綜采工作面;關(guān)鍵技術(shù)

引言

煤炭是中國的主要能源，保證安全高效的開采具有十分重要的意義。經(jīng)過多年的發(fā)展，煤礦開采技術(shù)實(shí)現(xiàn)了由炮擊向綜合開采的轉(zhuǎn)變，開采效率和安全性大幅提高，如工人效率大幅提高，百萬噸死亡人數(shù)大幅下降。為了響應(yīng)國家節(jié)能減排的號(hào)召，進(jìn)一步提高煤礦生產(chǎn)的效率和安全性，煤礦企業(yè)開始研究智能化開采技術(shù)。所謂“智能開采技術(shù)”，就是在綜合運(yùn)用技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)無人化和自動(dòng)開采。但是，我國目前處于智能化開采的初期階段，許多技術(shù)尚未突破。因此，了解智能化開采的發(fā)展現(xiàn)狀和智能化綜采工作面設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)是十分必要的。

1、加強(qiáng)煤礦智能化綜采工作面系統(tǒng)設(shè)計(jì)的必要性

煤炭智能化綜合開采的主要目的是實(shí)現(xiàn)機(jī)械設(shè)備的智能化投入，降低人工成本，最大限度地減少員工數(shù)量，綜合開采的重點(diǎn)主要是在三架的協(xié)助下推進(jìn)工程進(jìn)度。對3機(jī)而言，主要包括液壓支架、采煤機(jī)和刮板輸送機(jī)3個(gè)部分，3個(gè)設(shè)備共同發(fā)展不僅促進(jìn)整體工作面的進(jìn)步，而且這種工作方式的使用促進(jìn)了我國煤炭行業(yè)綜合開采工作面的完善和進(jìn)步，提高了我國煤炭整體行業(yè)技術(shù)在世界上的地位，

2、智能化開采發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的問題分析

2.1智能化開采發(fā)展現(xiàn)狀分析

隨著人工智能技術(shù)的飛速發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了人工智能時(shí)代。為了跟上時(shí)代的潮流，煤礦行業(yè)也必須實(shí)現(xiàn)智能化開采。所謂“智能化開采”，是指將開采自動(dòng)化的高級(jí)階段，通過機(jī)器的自我學(xué)習(xí)實(shí)現(xiàn)開采的自動(dòng)化和智能化。智能化開采減少了煤礦開采過程中的人的參與，煤炭資源開采效率更高、更安全，體現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)對生產(chǎn)力提高的作用。經(jīng)過多年的發(fā)展，中國的煤礦開采從最初的手工（炮采）、半機(jī)械化（普采）以及現(xiàn)在的完全機(jī)械化（綜采）轉(zhuǎn)變?yōu)樽詣?dòng)化開采。目前，只有薄煤層實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)開采，而厚煤層沒有實(shí)現(xiàn)開采自動(dòng)化。目前越來越多的煤礦應(yīng)用傳感器，中國煤礦已經(jīng)具備了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開采的能力。需要區(qū)分的是自動(dòng)化開采和智能化開采兩個(gè)概念，自動(dòng)化開采強(qiáng)調(diào)機(jī)電設(shè)備按預(yù)定軌跡運(yùn)行，智能化開采要求設(shè)備按實(shí)際情況按最佳軌跡運(yùn)行，顯然智能化開采更高級(jí)。從自動(dòng)開采過渡到智能開采至少需要10～20a，因此中國的智能開采還處于初期階段，很多技術(shù)還在探索中。

2.2礦區(qū)智能化集成工作面系統(tǒng)面臨的技術(shù)問題

未來，礦區(qū)智能化石煤綜采工作面系統(tǒng)仍需克服許多關(guān)鍵技術(shù)問題：首先是采煤機(jī)的位置檢測和工作面的自動(dòng)采集技術(shù)。在具體煤炭開采工作中，智能采礦工作面系統(tǒng)基于傳統(tǒng)的開采數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)化、高效的開采。因此，在推進(jìn)工作流程時(shí)，為了保證支架和刮板輸送機(jī)的力處于最佳狀態(tài)，需要保證工作面成一直線，與煤礦巷道正交，因此，工作人員要結(jié)合地面地理信息系統(tǒng)收集相關(guān)數(shù)據(jù)，需要獲取準(zhǔn)確的采煤機(jī)位置及其運(yùn)動(dòng)參數(shù)，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的自動(dòng)導(dǎo)航，通過切割模型將采煤機(jī)的切割數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭簤褐Ъ芸刂葡到y(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)三機(jī)的聯(lián)動(dòng)。其二，智能煤炭綜采工作面系統(tǒng)需要更穩(wěn)定、高速、抗電磁干擾的網(wǎng)絡(luò)通信傳輸平臺(tái)，建設(shè)智能信息系統(tǒng)和自動(dòng)化軟件平臺(tái)。煤炭綜合采礦系統(tǒng)以以太網(wǎng)為主要傳輸平臺(tái)，利用光纖、無線WiFi等各種傳輸形式保證通信的繼續(xù)。目前，某煤炭集團(tuán)主要采用國家電信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)基于井下小靈通技術(shù)的K18技術(shù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)大大縮短了對突發(fā)事件的反應(yīng)和處理時(shí)間，穩(wěn)定性較強(qiáng)，但仍存在光纖安裝困難、折斷和同時(shí)，有必要開發(fā)更高強(qiáng)度、更快、安全性更高的礦用光纖技術(shù)。在構(gòu)建軟件平臺(tái)的基礎(chǔ)上，必須根據(jù)礦區(qū)的具體情況開發(fā)多型號(hào)、多品種、多功能的組件軟件。其三，礦區(qū)需要擴(kuò)大數(shù)據(jù)庫技術(shù)的開發(fā)和建設(shè)。智能綜合工作面系統(tǒng)井上和井下傳輸數(shù)據(jù)量巨大，包括監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)、圖像、語音、視頻數(shù)據(jù)等，要實(shí)現(xiàn)工作面信息的查詢分析和應(yīng)用，需要更復(fù)雜準(zhǔn)確的處理手段，但數(shù)據(jù)庫建設(shè)分析和維護(hù)工作較為困難

3、煤礦智能化綜采工作面系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用探討

3.1系統(tǒng)架構(gòu)

工作面信息系統(tǒng)作為現(xiàn)代化高效的系統(tǒng)，主要服務(wù)于相關(guān)煤炭工作者，包括三個(gè)主要部分，分別是采煤機(jī)、支架電液控制系統(tǒng)和工作面三機(jī)通信控制系統(tǒng)。綜合工作面系統(tǒng)由多個(gè)部分組合而成，單個(gè)部分不僅包括單個(gè)工作面，還包括多個(gè)工作面系統(tǒng)。多個(gè)工作面主要構(gòu)成了我國目前的礦區(qū)人工智能系統(tǒng)，該系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜精細(xì)，主要由多個(gè)部分組成。工作面檢測集成系統(tǒng)主要位于第一階段，是根據(jù)煤炭工作現(xiàn)場的實(shí)際情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)檢測、系統(tǒng)檢測等多個(gè)主體部分。在數(shù)據(jù)檢測中，主要針對綜合工作面。關(guān)于系統(tǒng)檢測，主要發(fā)生在煤炭的主要運(yùn)輸系統(tǒng)中。

3.2礦調(diào)度指揮中心系統(tǒng)的工作原理

礦山綜合工作面收集信息后，將所有信息傳輸?shù)降V山調(diào)度中心的服務(wù)器，該中心系統(tǒng)將所有數(shù)據(jù)匯總分析，將分析結(jié)果投影到大屏幕上，通過投影儀的使用，中心工作人員將了解更多地下數(shù)據(jù)信息地面管理員不僅可以通過直接觀察信息發(fā)布任務(wù)，實(shí)現(xiàn)礦區(qū)整體的系統(tǒng)化管理，服務(wù)器在整個(gè)礦山調(diào)度指揮中心系統(tǒng)中發(fā)揮很大的作用，可以準(zhǔn)確分析和遠(yuǎn)程操作整體的受力情況。

3.3整合方案

煤礦智能化綜采工作面集成方案主要包括三個(gè)設(shè)計(jì)：第一是液壓支架的電液控制設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)同樣包括4個(gè)裝置，分別為液壓支架電液控制裝置、位移傳感器、支柱壓力傳感器、耐壓防爆兼本安開關(guān)電源。對于液壓支架電液控制裝置來說，它是整個(gè)采礦工作面體系的中心環(huán)節(jié)，在整個(gè)工作環(huán)節(jié)中起支配作用，可以收集所有支架的具體情況，發(fā)布實(shí)際的命令和指導(dǎo)，使各分支機(jī)構(gòu)發(fā)揮最基本的功能。液壓支架位移傳感器主要用于采集支架的沖壓過程，而壓力傳感器主要輔助液壓主機(jī)整體判斷故障的具體情況。耐壓防爆兼本安開關(guān)電源主要起到安全防護(hù)的作用，在電源充足的情況下確保安全。二是視頻系統(tǒng)可以對整個(gè)采煤機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行智能化跟蹤管理，還可以對其進(jìn)行遠(yuǎn)程操作，通過詳細(xì)的數(shù)據(jù)確定整個(gè)采煤機(jī)的運(yùn)行速度和時(shí)間，從而實(shí)現(xiàn)所有工作流程的自動(dòng)化。不僅如此，工作人員具體操作機(jī)械設(shè)備時(shí)，還必須具體分析具體問題，人手不能過多介入，從而更好地實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)備裝置的智能化發(fā)展。三是刮板監(jiān)控設(shè)計(jì)。該設(shè)計(jì)是連續(xù)的傳輸設(shè)備，可以監(jiān)測主機(jī)和刮板之間的聯(lián)系和交流，收集和整理刮板內(nèi)部的各種數(shù)據(jù)，最后利用傳輸設(shè)備將所有機(jī)械裝置相關(guān)的數(shù)據(jù)發(fā)送到控制中心，加強(qiáng)整體設(shè)備的管理和實(shí)時(shí)監(jiān)管刮板運(yùn)輸機(jī)是自動(dòng)采煤系統(tǒng)中極為重要的設(shè)備，在采煤工作的輸送和信息采集方面發(fā)揮很好的管理功能。

結(jié)束語

智能開采不僅注重一些智能算法的開發(fā)，更注重硬件設(shè)備。同時(shí)，煤礦智能化開采需要大量的信息化專業(yè)人才，但目前很多煤礦不具備這一條件。與以往的整合工作不同，智能整合工作更為復(fù)雜，需要控制的信息和設(shè)備也更多。智能化集成工作面主要由工作面定位系統(tǒng)、周邊巖石控制系統(tǒng)及運(yùn)輸控制系統(tǒng)組成，包括井下定位、井下視頻、裝備操作和機(jī)器人控制4個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)。

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