試析煤礦綜采工作面智能化技術與裝備發展

孫明磊 劉向鵬 王祥劍

（兗煤菏澤能化有限公司趙樓煤礦 山東巨野 274700）

當今，在網絡技術不斷發展和進步的同時，各個領域也將面對新的挑戰與發展機遇。傳統工業與社會發展聯系密切，力爭有效統一網絡技術，即向網絡領域轉型發展。我國目前正處在產業結構調整和升級的關鍵時期，網絡技術與傳統行業的有效結合勢必推動企業的轉型發展。煤炭企業受到環境、安全等要素的影響顯著，為此，探究煤礦企業和網絡技術的契合點，應用綜采工作面的智能化技術與裝備，確保煤礦開采的智能化和無人化具備非常重大的意義。

1 煤礦綜采工作面智能化技術發展現狀

煤礦綜采智能化屬于煤礦領域較為復雜的一種系統，其根本所在是井下控制，這一般要使用三機自動控制，從而使智能化開采實現。當今，工作面智能化技術具備非常多的類別和非常廣的分布，然而，其中的關鍵技術是工作面自動取值技術，這樣可以確保巷道裝備一直處在正常的受力狀態。其中，地理信息系統顯得至關重要，其可以及時定位和明確采煤機的位置、參數［1］，實現不間斷的導航功能。再者，應用截割模型有利于系統傳輸數據，從而結合支架電液控制系統進行三機聯動控制。當今，陀螺儀和加速度計是應用非常廣泛的系統導航及定位技術。在時間的作業中，會通過閉合路徑算法將設備累計誤差盡量消除，且盡量降低測量和取值誤差，確保誤差在可控的范圍之內。煤炭采出率受到截割區部位的影響。盡管當今綜采技術的進步非常迅速，也普遍地應用煤巖界面識別技術，從而可以實時監測煤層動態傾角，這非常有利于工作面管理能力的提升。可是，國內的技術依舊缺少先進性，以記憶截割技術作為支持的裝備高度優化方案常常隨著煤層走向的改變形成一些缺陷或問題。其他國家往往借助熱紅外攝像儀進行有關工作，且以此優化工作面，可是，此項研究的應用依舊處在試驗期或初級階段。回采過程中，往往需要工作面跟走向一直維持良好的垂直角度［2］。當今，較為普遍地應用溜坡控制技術，結合液壓支架在煤巷中作業，對刀具推進距離進行測算時常常應用激光掃描儀，在此過程中，能夠全面地掃描巷道。先進的特殊濾波算法應用于工作面位置確定中，這樣可以采集裝備整體部位的姿態信息。液壓支架控制閥也屬于一種重要的設備，電液控制技術屬于當今應用最為普遍和先進的一種技術。此外，為了確保煤礦生產的不間斷性，往往應用連續生產保障技術等智能化方式，例如，平衡控制技術常常在計算采煤系統負荷數據的基礎上實時、動態地開展割煤速度，以及雷達探測與三維掃描等技術的應用也能夠防范設備碰撞問題。

2 煤礦綜采工作面智能化裝備發展現狀

經過長期的探索，煤礦綜采工作面智能控制領域業已采用可有效地解決設備控制效率低、不統一問題的智能化裝備，其可以有效統一環境監測與故障診斷功能及實現計算機集成，從而能夠使煤礦綜采的智能化控制目標實現。當今，應用非常廣泛的液壓支架控制方式是電液控制系統，其傳感器與控制器常常較難進行集成。然而，智能液壓支架存在不同之處，可實現一系列設備之間的有效集成，從而使支架的自動化水平顯著提高。該裝備有效地應用了機器視覺技術，可以對裝備的相對位移進行精準地控制，從而使工作面的“三平兩直”實現［3］。此外，作為一種迅速發展、應用廣泛的綜采智能裝備，智能采煤機可以在立足于對各種工藝標準的考量，設置相符合的工種模式，且使采煤過程中一系列設備的聯動效應實現。此裝備還可以結合傳感器獲得一系列設備（采煤機等）的動態信息，并且可以融合位置關系數據，以預測裝備軌跡，從而可以使系統的聯動閉鎖控制目標實現。隨著煤礦開采技術和方式的改進，煤礦掘進技術也在持續進步。在煤礦生產中，煤礦掘進流程涵蓋了主導流程和輔助流程，其中，在工作面直接完成的是主導流程，而確保主導流程順利開展的是輔助流程。煤礦生產中的掘進裝備對開采數量和質量有著決定影響。當今，煤礦掘進重點應用兩種方式，即機械掘進和一體式掘進方式。其中，機械掘進方式主要應用自動化控制技術和綜合性掘進機械，如PLC 控制裝備和懸臂式掘進機［4］。而一體化掘進方式有著掘錨一體化的特性，能夠使協同控制、同時支護、迅速掘進、不間斷輸送的目標實現。在工作實踐中，煤礦掘進中會應用信息化技術手段，從而大大提升了掘進設備的智能化與自動化水平，具備非常強的穩定性和優勢。總而言之，煤礦企業中逐步廣泛地應用迅速掘進系統，這不但降低了掘進工作負荷及人工掘進作業量，而且顯著提高了巷道掘進效率和質量。對煤礦開采而言，智能掘進裝備的發展和創新非常有利于一體化掘進系統的進步。

3 煤礦綜采工作面智能化技術與裝備的進展

3.1 綜采工作面智能技術進展

3.1.1 綜采工作面不間斷推進影響因素分析

對綜采工作面不間斷推進的因素進行分析，應有效統一理論和實際，根據綜采工作面的實際情況建構數據模型、統計數據，再對自動化綜采工作面的實際情況進行統籌分析，最后對綜采工作面不間斷推進影響因素的匯總分析報告進行編制［5］。

3.1.2 綜采工作面不間斷推進技術

綜采工作面不間斷推進具備兩種方式：其一是設計設備工作情況的統計分析程序，統計分析綜采工作面設備應用頻率、運行時長、故障率等信息，進而判斷設備故障問題；其二是應用綜采工作面精準控制系統，在推移和控制支架千斤頂時應用高精度定位技術。當前時期，一部分業已取得進展或突破的技術還存在提升的空間，具體如下。

第一，視頻監控技術。綜采工作面采礦模擬系統結合虛擬現實技術的強化能夠對采礦的真實三維環境做出模擬，這樣能夠實時模擬采礦設備和作業過程，且能夠使人機交互功能實現，操作者能夠在模擬系統的所有范圍和整個過程中實時進入，此系統可以識別物體、輸入和處理一系列信息，尤為關鍵的是能夠模擬真實的三維采礦環境，計算機能夠呈現煤礦生產的實際動態，進而可以優化和評價生產系統

第二，支架防碰撞技術。防碰撞系統不但可以將視聽報警信號探測系統事先發給采煤機操作者，而且其還屬于采煤機的安全防護系統。其中，雷達探測防機械碰撞的主要作用是結合雷達探測技術感知采煤機滾筒周圍的障礙物，若系統檢測到不明障礙物存在于采煤機運行前方，該機器就會暫停運行，然后等待相關工作者進行處置。

3.2 綜采工作面智能裝備進展

3.2.1 智能液壓支架

綜采液壓支架電液控制系統沒有切實統一其液壓支架構造，屬于生產支架增添的附屬品。如果將來有效設計液壓支架和電液控制系統為一個整體，實現支架機械構造、控制器、傳感器的統一，那么可以減小支架成本，切實使一體化的液壓支架構造實現，從而提升液壓支架的自動化和智能化發展水平。結合支架遠程控制系統遠程化控制液壓支架，以及將液壓支架遠程操作臺設計在監控中心，能夠結合電液控制計算機主界面和工作面視頻界面進行遠程操作。

3.2.2 智能采煤機

智能采煤機可以結合各種采煤工藝標準實現工作模式的智能化切換，結合微電系統（MEMS）傳感器技術對支架和采煤機的運行狀態及位置關系信息進行收集，進而對采煤機運行軌跡做出預測，確保采煤機跟其他設備作業的協同化。將采煤機遠程操作臺安裝在監控中心，監測系統可以向操作臺傳輸采煤機位置和作業等信息，然后采煤機視頻系統發出指示或命令（升降滾筒等），而數據通信和網絡通信向操作臺反饋指令信息，進而可以遠程控制采煤機。

3.2.3 智能刮板運輸機

因為智能刮板運輸機可以支撐采煤機，所以其具備平整度與直線度的檢查標準。為了實現運煤效率的提升，應對支架和刮板運輸機之間的位置及作用關系進行實時檢測，并且防范運輸機來回滑動，對其位置進行確定。

4 煤礦綜采工作面智能化技術與裝備發展存在的問題

4.1 缺乏一致的通信平臺

通常，綜采工作面信息網絡僅僅可以傳輸大數據量的視頻信息，而難以傳遞其他信息，因為一致的通信平臺缺乏，一系列系統間未曾切實共享信息資源，所以依舊沒有實現綜采設備監控信息的共享連接。

4.2 工作面的自動找直難以實現

盡管外國在綜采工作面找直方面取得了較為理想的效果，即有效統一長壁自動化系統（LASC）和導航技術，從而以此實現綜采工作面設備的水平控制和自動找直功能，可是工作面自動測量技術需要尤為準確的距離值與相對位移值，因為其測量精度不符合要求和標準，所以還沒有實現精準化找直［6］。

4.3 綜采工作面面臨刮板運輸機來回滑動的問題

綜采工作面具備復雜化的煤層，這導致刮板運輸機作業過程中往往順著綜采工作面來回滑動，導致轉載機和刮板機間的距離減小或增大，從而導致安全出口縮小和運煤安全等問題。

5 煤礦綜采工作面智能化技術與裝備的未來發展趨勢及方向

5.1 煤巖自動識別技術的發展趨勢和方向

針對實施放煤工藝的綜采工作面，要想使智能化的工作面開采實現，務必對煤炭放落自動識別技術進行研發，構建相應的數學模型開展探究，并且應用信息技術對控制算法進行識別，從而可以進行自動化放煤作業。當今，已存在的煤巖分界傳感系統有20 種之多［7］，涵蓋振動頻譜傳感系統和記憶程序控制系統等，然而，相關系統只是處在理論研究時期，在生產實際中沒有得有成功運用。煤礦井下的煤炭環境狀況非常復雜，這不利于辨別、準確判斷煤巖分界面，為此，研制具備相應分辨率、精準化水平高的煤巖分界識別傳感器是自動調高采煤機滾筒的根本所在。進一步分析組合式的調高技術方式是發展方向，記憶智能程序控制技術是外國應用較多的一種技術，并且在實際應用中非常普遍。而當今具備發展前景的一種重要技術是雷達探測技術。

5.2 刮板運輸機直線控制和檢測技術的發展趨勢和方向

巷道與綜采工作面這種測量對象的特點是狹長性，在其中錯綜復雜地分布了液壓支架等設備，對其測量的困難較大，再者，受到復雜地理條件和煤層的影響，綜采工作面設備的非可視測量難度非常大。一般將激光定位技術應用于綜采工作面，然而，基于采煤機切割作業的開展，很多煤塵形成于工作面，從而使測量結論的準確性受到影響。為此，該技術不適用，測量定位設備對測量定位技術的定位精度要求和標準非常高，結合綜采工作面的要求，應確保0.01°的角度定位精度標準［8］。

5.3 可視化發展趨勢和方向

綜采工作面智能化技術和裝備在液壓支架控制、輸送機、采煤機等環節具備可視化發展方向，因此，會研發有關的智能控制軟件，可以可視化處理和分析一系列生產信息，從而使可視化控制的需要實現。像是在監測工作面場景上，能夠結合全景視頻呈現技術采集及拼接視頻圖像，從而實現可視化管理工作面。當然，工作面直線度判斷方面也能夠應用機器視覺技術，進而介質CCD、圖形處理等技術自動檢測工作面狀態，從而使“三機”控制很好地實現。

6 結語

綜上所述，煤礦領域的信息化和工業化發展推動了煤炭科技智能化水平的提升，促使煤炭企業向技術密集型轉變。為此，煤礦綜采工作面智能化技術與裝備勢必向著高信息化、高自動化、高智能化的方向發展，從而使煤礦無人和智能開采的目標實現。