綜采工作面智能化技術(shù)應(yīng)用研究

王祥劍 孫明磊 劉向鵬

摘要：近年來，隨著信息技術(shù)的不斷進(jìn)步，煤礦領(lǐng)域加速發(fā)展。煤礦綜采工作面中應(yīng)用支架控制、機(jī)巷泵站遠(yuǎn)程控制、一鍵啟停地面調(diào)度監(jiān)控等系統(tǒng)，且實(shí)現(xiàn)了理想的效果，能夠預(yù)見的是煤礦綜采中會(huì)逐步應(yīng)用圍巖支架耦合控制、煤流系統(tǒng)智能化等更多智能化技術(shù)。為此，本文分析了煤礦綜采工作面智能化技術(shù)的應(yīng)用及存在的問題、煤礦綜采工作面智能化技術(shù)應(yīng)用效果提升的有效對策，最后分析了智能化技術(shù)的發(fā)展展望。

關(guān)鍵詞：綜采工作面??智能化技術(shù)??應(yīng)用??發(fā)展

目前，我國在進(jìn)行煤礦綜采工作的過程中，運(yùn)用遠(yuǎn)程管控采煤技術(shù)及智能無人采煤技術(shù)是最為廣泛的，這兩種智能開采技術(shù)對于提高整個(gè)煤礦開采的效率都有著非常重要的作用。而在進(jìn)行煤礦綜采工作的過程中，由于現(xiàn)場施工環(huán)境復(fù)雜，一旦發(fā)生爆炸或者透水等事故，現(xiàn)場技術(shù)人員自身的安全就會(huì)受到威脅。另外，在煤礦綜采工作過程中，所運(yùn)用到的設(shè)備系統(tǒng)非常復(fù)雜，如果操作人員不夠?qū)I(yè)，非常容易操作不當(dāng)，從而引發(fā)安全事故。每個(gè)設(shè)備系統(tǒng)都有著不同的操作方式，這對于人工的消耗量也是非常大的。當(dāng)前時(shí)期，我國煤炭領(lǐng)域恰恰處在升級(jí)轉(zhuǎn)型的重要時(shí)期，新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在煤炭企業(yè)中的應(yīng)用，尤其是智能化手段的應(yīng)用，業(yè)已變成煤炭企業(yè)增效提質(zhì)發(fā)展的關(guān)鍵方式。當(dāng)今，綜采工作面具備較大的生產(chǎn)壓力，各個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)備更新也非常迅速，其擔(dān)負(fù)著較高的生產(chǎn)任務(wù)。為此，綜采工作面應(yīng)用智能化技術(shù)非常有利于提升工作效率和質(zhì)量。

1?煤礦綜采工作面智能化技術(shù)的應(yīng)用

1.1?煤礦綜采工作面面自動(dòng)取直以及采煤機(jī)位置監(jiān)測技術(shù)

在不間斷往前推進(jìn)綜采工作面時(shí)，為了保障液壓支架和刮板運(yùn)輸機(jī)整體受力狀態(tài)的良好，需要保障工作面呈現(xiàn)為直線狀態(tài)，并且跟巷道方向呈現(xiàn)為正交狀態(tài)，這就要求應(yīng)用地理信息系統(tǒng)需獲得準(zhǔn)確的采煤機(jī)位置信息，并且及時(shí)把控采煤機(jī)的運(yùn)行參數(shù)信息，確保采煤機(jī)的自動(dòng)導(dǎo)航功能實(shí)現(xiàn)，以及應(yīng)用截割模型向工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)中傳送采煤機(jī)截割參數(shù)，確保液壓支架、刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)的聯(lián)動(dòng)?？v觀當(dāng)今“三機(jī)”智能化聯(lián)動(dòng)的現(xiàn)狀而言，較多地選用了慣性導(dǎo)航系統(tǒng)，這樣的導(dǎo)航系統(tǒng)具備較高的整體精度，然而，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)由于存在長時(shí)累計(jì)誤差，造成其難以實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)導(dǎo)航的具體要求，因此在具體應(yīng)用時(shí)應(yīng)全面補(bǔ)償測量系統(tǒng)誤差。當(dāng)前時(shí)期，結(jié)合航位推算、有效應(yīng)用里程表實(shí)施補(bǔ)償，這是實(shí)現(xiàn)理想誤差補(bǔ)償方法的主導(dǎo)方式，縱觀實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀而言，比較有效的手段是閉合路徑算法，在應(yīng)用該算法的情況下，其恒定條件是采煤機(jī)截深，在進(jìn)行補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ)上能夠?qū)崿F(xiàn)理想的誤差補(bǔ)償效果。例如，在250m長度的工作面上，控制策略誤差范圍為20mm以內(nèi)、取直誤差為50mm以內(nèi)。

1.2?煤礦綜采工作面水平控制以及煤巖界面識(shí)別技術(shù)

為了實(shí)現(xiàn)綜采工作面采出率的顯著提高、盡可能地減少資源浪費(fèi)現(xiàn)象，應(yīng)保障綜采工作面截割范圍在頂?shù)装暹吔绠?dāng)中，并且盡可能地保障底板狀態(tài)的平整。有效統(tǒng)一自動(dòng)導(dǎo)航技術(shù)和地理信息系統(tǒng)，可以三維化定位采煤工作面，然而，縱觀具體應(yīng)用現(xiàn)狀而言，地理信息系統(tǒng)難以確定煤巖層界面和煤層動(dòng)態(tài)傾角等有關(guān)信息，因此應(yīng)需要精準(zhǔn)識(shí)別煤巖層界面，實(shí)時(shí)測量煤層動(dòng)態(tài)傾角，并且可以自動(dòng)調(diào)高和精準(zhǔn)控制滾筒，確保煤層賦存信息和截割范圍信息的統(tǒng)一。當(dāng)前時(shí)期，我國很多綜采工作面都應(yīng)用記憶割煤技術(shù)，此技術(shù)能夠使采煤機(jī)的半自動(dòng)調(diào)高功能實(shí)現(xiàn)，即采煤機(jī)師傅應(yīng)先開展“示范刀”，系統(tǒng)會(huì)對具體的工作面采高數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，再結(jié)合編碼器和傾角傳感器等準(zhǔn)確采集數(shù)據(jù)，運(yùn)行過程中的采煤機(jī)結(jié)合“記憶截割”上的信息智能化調(diào)節(jié)滾筒，以使“記憶采煤”的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)?？v觀此技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀而言，如果存在較大的煤層走向改變，應(yīng)實(shí)時(shí)開展人工干預(yù)，這樣才可以確保采煤效果的改善?？v觀當(dāng)今此技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀而言，在煤層特征追蹤中應(yīng)用熱紅外攝像儀的技術(shù)可以識(shí)別煤巖層界面，從而實(shí)現(xiàn)理想的成效，其重點(diǎn)是通過反射過程中的紅外線存在的波長差異跟煤層和夾矸層傾角的統(tǒng)一性，進(jìn)而綜合捕抓煤層當(dāng)中有的帶式夾層特征，當(dāng)綜合強(qiáng)化處理圖片后，以掃描像素的方式獲得比較精準(zhǔn)的煤巖界面和煤層動(dòng)態(tài)傾角等信息，結(jié)合對信息的有效分析和應(yīng)用，能夠自動(dòng)調(diào)高采煤機(jī)滾筒，確保有效控制工作面水平方向?？v觀此技術(shù)的應(yīng)用情況而言，在后續(xù)的應(yīng)用中需要確定攝像頭的位置和角度，且結(jié)合具體的工作面現(xiàn)狀，增加攝像頭的應(yīng)用數(shù)量，以使設(shè)備的環(huán)境適應(yīng)性綜合提高，并且有效應(yīng)用溫度場，從而可以高效識(shí)別煤巖。

1.3?煤礦綜采工作面溜坡控制技術(shù)

當(dāng)順著煤層走向開采綜采工作面的情況下，倘若綜采工作面跟煤層走向不是垂直的關(guān)系，那么兩個(gè)巷道之間的液壓支架會(huì)形成溜坡現(xiàn)象。為了減小如此現(xiàn)象的發(fā)生概率，能夠應(yīng)用激光掃描儀糾正法，即將激光掃描儀安裝在采煤機(jī)端頭部位中間槽，這樣可以綜合掃描和記錄推進(jìn)的每一刀的距離，且可以掃描巷道推進(jìn)方向。在實(shí)際工作中可以選用特殊濾波算法精準(zhǔn)確定掃描器的實(shí)際位置和狀態(tài)，然后在地理信息系統(tǒng)中綜合反饋相關(guān)信息，從而實(shí)時(shí)更新工作面和巷道信息，保障工作面跟煤層走向保持垂直關(guān)系。

1.4?煤礦綜采工作面液壓支架電液控制技術(shù)

綜采工作面中的液壓支架電液控制屬于智能化控制的一個(gè)關(guān)鍵方面。電液控制系統(tǒng)的應(yīng)用能夠使液壓支架的全自動(dòng)、成組動(dòng)作效果實(shí)現(xiàn)?？v觀此技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀而言，整體業(yè)已比較成熟，能夠?qū)崿F(xiàn)綜采工作面安全性和穩(wěn)定性的標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)前時(shí)期煤礦能夠結(jié)合綜采工作面的具體現(xiàn)狀液壓型號(hào)不同的控制器。

1.5?煤礦綜采工作面生產(chǎn)不間斷性保障技術(shù)

對于綜采工作面的智能化控制而言，應(yīng)實(shí)施有效的保障工作面不間斷生產(chǎn)的對策，具體來講，需要應(yīng)用以下技術(shù)。第一，運(yùn)輸機(jī)平衡控制技術(shù)。綜采工作面中應(yīng)確保采運(yùn)的平衡，在實(shí)際操作時(shí)應(yīng)實(shí)時(shí)檢測刮板運(yùn)輸機(jī)的煤流量，向控制中心傳輸運(yùn)輸系統(tǒng)的實(shí)時(shí)負(fù)荷情況，控制中心在綜合比較理論與實(shí)際負(fù)荷的基礎(chǔ)上能夠自動(dòng)調(diào)節(jié)割煤以及落煤的速度。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)能夠選用運(yùn)輸機(jī)電流反饋技術(shù)和攝像儀圖像采集識(shí)別技術(shù)等，并且還應(yīng)綜合監(jiān)測刮板輸送機(jī)的刮板鏈的張緊性。第二，防撞技術(shù)。該技術(shù)的應(yīng)用旨在防范設(shè)備跟設(shè)備間、設(shè)備跟人間形成碰撞的情況，在實(shí)際應(yīng)用中能夠選用雷達(dá)探測技術(shù)、三維掃描技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)等，從而很好地規(guī)避碰撞現(xiàn)象，保證設(shè)備與人員的安全。

2?煤礦綜采工作面智能化技術(shù)應(yīng)用存在的問題

2.1?煤礦綜采工作面自動(dòng)找直難以實(shí)現(xiàn)

縱觀綜采工作面的具體應(yīng)用現(xiàn)狀而言，很多時(shí)候工作面的自動(dòng)找直還難以實(shí)現(xiàn)，這主要是因?yàn)橐琅f應(yīng)用相對位移和行程的測量技術(shù)，測量精度較低，難以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的標(biāo)準(zhǔn)，因此，亟需深入研究精準(zhǔn)的找直技術(shù)，一些技術(shù)難題依舊未曾實(shí)現(xiàn)理想的攻克效果。為此，這還需要持續(xù)開展三維地質(zhì)模型的模擬工作。并且，當(dāng)今應(yīng)用的自動(dòng)化開采配套設(shè)施難以實(shí)現(xiàn)綜采智能化技術(shù)的要求，因此相關(guān)設(shè)備從某種程度上阻礙了智能化技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。

2.2?煤礦綜采工作面存在來回滑動(dòng)的情況

縱觀當(dāng)今綜采工作面智能化應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀而言，由于綜采工作面生產(chǎn)受到外部地質(zhì)條件等要素的制約，因此運(yùn)行過程中的刮板運(yùn)輸機(jī)整體存在來回滑動(dòng)的情況，這會(huì)使刮板運(yùn)輸機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)的互相搭接受到不利影響，造成輸煤不順利的現(xiàn)象，從而不利于煤礦安全生產(chǎn)。在將來應(yīng)注重轉(zhuǎn)載機(jī)和刮板運(yùn)輸機(jī)自動(dòng)檢測方面的探究，能夠選用偽傾斜的手段有效地處理以上問題。并且，當(dāng)前時(shí)期的綜采發(fā)展面自動(dòng)化綜合技術(shù)能力還比較低，在應(yīng)用智能化技術(shù)時(shí)難以有效、統(tǒng)一地監(jiān)測與控制工作面巷道，而經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)“三機(jī)”不協(xié)調(diào)的現(xiàn)象。

3?煤礦綜采工作面智能化技術(shù)應(yīng)用效果提升的有效對策

3.1?注重財(cái)力、物力、人力等資源方面的投入

技術(shù)因素依舊是當(dāng)前影響煤礦綜采工作面智能化發(fā)展的關(guān)鍵所在，一些技術(shù)的發(fā)展依舊比較稚嫩，從而在具體應(yīng)用時(shí)體現(xiàn)為很多缺陷。因此，務(wù)必注重技術(shù)研發(fā)的投入，從財(cái)力、物力、人力等資源方面做出綜合性支持，這樣才可以加速智能化技術(shù)的進(jìn)步和發(fā)展。

3.2?注重培訓(xùn)人才和完善制度體系

注重培訓(xùn)人才，當(dāng)綜采工作面應(yīng)用新裝備、新技術(shù)、新工藝后，要求技術(shù)工作者實(shí)時(shí)消化和吸收，這樣才可以體現(xiàn)理想的應(yīng)用效果。并且，不斷完善制度體系，由制度視角保障綜采工作面智能化發(fā)展，這非常有利于綜采工作面智能化水平和應(yīng)用效果的提升。

4?煤礦綜采工作面智能化技術(shù)的發(fā)展展望

4.1?煤流系統(tǒng)智能化技術(shù)

對于煤礦綜采工作面而言，煤流系統(tǒng)智能化技術(shù)的應(yīng)用有助于無人化工作模式的實(shí)現(xiàn)，該智能化技術(shù)系統(tǒng)能夠劃分為4種技術(shù)。第一，煤礦綜采檢測技術(shù)。該技術(shù)是在把握煤礦整體運(yùn)行圖像的基礎(chǔ)上結(jié)合人工智能探究圖像涵蓋的信息，如此能夠?qū)λ矔r(shí)煤量進(jìn)行迅速計(jì)算，也屬于煤流系統(tǒng)中主導(dǎo)的數(shù)據(jù)來源。第二，工作面智能預(yù)警技術(shù)。智能預(yù)警技術(shù)的應(yīng)用可以使煤流運(yùn)轉(zhuǎn)效率顯著提升，如此的工作方式重點(diǎn)是結(jié)合場地的具體工作需要持續(xù)調(diào)整和優(yōu)化煤流系統(tǒng)控制工藝，從而可以綜合應(yīng)用整體設(shè)備，這樣還能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備整體應(yīng)用年限的延長。第三，煤流系統(tǒng)的遠(yuǎn)程控制大數(shù)據(jù)平臺(tái)。此平臺(tái)重點(diǎn)是采集、上傳、分析有關(guān)數(shù)據(jù)信息，然后能夠以此為根據(jù)有效地排除煤流系統(tǒng)的故障問題，在排除故障后能夠確保煤礦綜采工作面尤為順利地開展。第四，智能控制系統(tǒng)。智能控制系統(tǒng)的應(yīng)用旨在使無人操作的模式在煤礦綜采工作面整體實(shí)現(xiàn)。

4.2?全方位視頻系統(tǒng)技術(shù)

全方位的視頻系統(tǒng)在煤礦綜采工作面的應(yīng)用有利于采煤工作的順利開展，為了可以尤為清晰地把握工作面整體的實(shí)際情況，能夠?qū)⒈O(jiān)控設(shè)備設(shè)計(jì)在有關(guān)節(jié)點(diǎn)，并且對于高清攝像頭的安裝而言，應(yīng)遵循一臺(tái)攝像機(jī)服務(wù)于兩組支架的原則，將有關(guān)視頻設(shè)備安裝好之后結(jié)合視頻傳輸技術(shù)對工作面整體的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)觀察。作為智能化采煤工作面的“眼睛”，工作面視頻控制系統(tǒng)擔(dān)負(fù)著記錄和監(jiān)控工作面整體的任務(wù)。工作面視頻監(jiān)控系統(tǒng)結(jié)合工控平臺(tái)分析、識(shí)別視頻圖像信息，可以明確工作面頂板賦存、巷道圍巖、工作面煤壁等現(xiàn)狀，并且可以實(shí)時(shí)追蹤工作面液壓支架底座前面部位、刮板運(yùn)輸機(jī)、液壓支架內(nèi)護(hù)幫板。根據(jù)視頻分析結(jié)論，能夠適度調(diào)整和優(yōu)化三機(jī)的部位，保障設(shè)備平直度，實(shí)現(xiàn)巷道、工作面支護(hù)強(qiáng)度和質(zhì)量的提升。總而言之，工作面視頻控制系統(tǒng)重點(diǎn)主要實(shí)現(xiàn)監(jiān)測工作面設(shè)備運(yùn)行情況、視頻跟機(jī)自動(dòng)切換、追蹤井下定位人員、通過紅外補(bǔ)光生成高清晰度的礦井生產(chǎn)現(xiàn)場視頻資料，并通過對視頻數(shù)據(jù)的有效分析，生成對工作面智能化控制指令等功能。

4.3?三機(jī)控制系統(tǒng)技術(shù)

驗(yàn)證煤礦高效安全生產(chǎn)及智能化工作面建設(shè)指標(biāo)的是工作面設(shè)備的“三直兩平”。三機(jī)控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)是采煤機(jī)的精準(zhǔn)定位，其結(jié)合工控平臺(tái)處理和分析數(shù)據(jù)的功能、圖像識(shí)別技術(shù)、行程傳感器等生成刮板運(yùn)輸機(jī)的軌跡曲線，且以此為前提條件及時(shí)調(diào)整工作面液壓支架的部位，確保采煤機(jī)、刮板運(yùn)輸機(jī)、液壓支架的平直。三機(jī)控制系統(tǒng)可以結(jié)合工控平臺(tái)對工作面端頭的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理，以及很好地識(shí)別和處理大塊煤體，防范損壞轉(zhuǎn)載機(jī)。三機(jī)控制系統(tǒng)的組成部分是工控平臺(tái)、數(shù)據(jù)交換機(jī)、就地控制箱。其中，三機(jī)就地控制箱可以結(jié)合工作面?zhèn)鬏敂?shù)據(jù)的平臺(tái)連接工控平臺(tái)，從而實(shí)時(shí)傳輸或交換數(shù)據(jù)。

5?結(jié)語

綜上所述，基于煤礦領(lǐng)域的升級(jí)和轉(zhuǎn)型發(fā)展形勢下，綜采工作面智能化技術(shù)的應(yīng)用非常有利于提高煤礦生產(chǎn)效率和安全性。不少煤礦業(yè)已初步認(rèn)知到智能化技術(shù)應(yīng)用的價(jià)值和作用，然而，縱觀當(dāng)今的實(shí)際應(yīng)用現(xiàn)狀，依舊存在非常大的發(fā)展空間。為此，煤礦企業(yè)應(yīng)根據(jù)自動(dòng)綜采工作面的實(shí)際情況和需求，注重財(cái)力、物力、人力等資源方面的投入，以及培訓(xùn)人才和完善制度體系，從而實(shí)現(xiàn)綜采工作面智能化發(fā)展水平的提升。

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中圖分類號(hào)：TD823DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2201-5640-4548

作者簡介：王祥劍（1981—），男，本科，助理工程師，研究方向?yàn)槊旱V采掘安全生產(chǎn)。孫明磊（1985—），男，本科，助理工程師，研究方向?yàn)槊旱V機(jī)械。劉向鵬（1973—），男，本科，助理工程師，研究方向?yàn)槊旱V采掘安全生產(chǎn)。