綜采工作面智能化技術應用研究

王祥劍 孫明磊 劉向鵬

摘要：近年來，隨著信息技術的不斷進步，煤礦領域加速發展。煤礦綜采工作面中應用支架控制、機巷泵站遠程控制、一鍵啟停地面調度監控等系統，且實現了理想的效果，能夠預見的是煤礦綜采中會逐步應用圍巖支架耦合控制、煤流系統智能化等更多智能化技術。為此，本文分析了煤礦綜采工作面智能化技術的應用及存在的問題、煤礦綜采工作面智能化技術應用效果提升的有效對策，最后分析了智能化技術的發展展望。

關鍵詞：綜采工作面??智能化技術??應用??發展

目前，我國在進行煤礦綜采工作的過程中，運用遠程管控采煤技術及智能無人采煤技術是最為廣泛的，這兩種智能開采技術對于提高整個煤礦開采的效率都有著非常重要的作用。而在進行煤礦綜采工作的過程中，由于現場施工環境復雜，一旦發生爆炸或者透水等事故，現場技術人員自身的安全就會受到威脅。另外，在煤礦綜采工作過程中，所運用到的設備系統非常復雜，如果操作人員不夠專業，非常容易操作不當，從而引發安全事故。每個設備系統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。當前時期，我國煤炭領域恰恰處在升級轉型的重要時期，新網絡技術在煤炭企業中的應用，尤其是智能化手段的應用，業已變成煤炭企業增效提質發展的關鍵方式。當今，綜采工作面具備較大的生產壓力，各個環節的設備更新也非常迅速，其擔負著較高的生產任務。為此，綜采工作面應用智能化技術非常有利于提升工作效率和質量。

1?煤礦綜采工作面智能化技術的應用

1.1?煤礦綜采工作面面自動取直以及采煤機位置監測技術

在不間斷往前推進綜采工作面時，為了保障液壓支架和刮板運輸機整體受力狀態的良好，需要保障工作面呈現為直線狀態，并且跟巷道方向呈現為正交狀態，這就要求應用地理信息系統需獲得準確的采煤機位置信息，并且及時把控采煤機的運行參數信息，確保采煤機的自動導航功能實現，以及應用截割模型向工作面液壓支架電液控制系統中傳送采煤機截割參數，確保液壓支架、刮板輸送機、采煤機的聯動。縱觀當今“三機”智能化聯動的現狀而言，較多地選用了慣性導航系統，這樣的導航系統具備較高的整體精度，然而，在實際應用時由于存在長時累計誤差，造成其難以實現采煤機導航的具體要求，因此在具體應用時應全面補償測量系統誤差。當前時期，結合航位推算、有效應用里程表實施補償，這是實現理想誤差補償方法的主導方式，縱觀實際應用現狀而言，比較有效的手段是閉合路徑算法，在應用該算法的情況下，其恒定條件是采煤機截深，在進行補償的基礎上能夠實現理想的誤差補償效果。例如，在250m長度的工作面上，控制策略誤差范圍為20mm以內、取直誤差為50mm以內。

1.2?煤礦綜采工作面水平控制以及煤巖界面識別技術

為了實現綜采工作面采出率的顯著提高、盡可能地減少資源浪費現象，應保障綜采工作面截割范圍在頂底板邊界當中，并且盡可能地保障底板狀態的平整。有效統一自動導航技術和地理信息系統，可以三維化定位采煤工作面，然而，縱觀具體應用現狀而言，地理信息系統難以確定煤巖層界面和煤層動態傾角等有關信息，因此應需要精準識別煤巖層界面，實時測量煤層動態傾角，并且可以自動調高和精準控制滾筒，確保煤層賦存信息和截割范圍信息的統一。當前時期，我國很多綜采工作面都應用記憶割煤技術，此技術能夠使采煤機的半自動調高功能實現，即采煤機師傅應先開展“示范刀”，系統會對具體的工作面采高數據進行記錄，再結合編碼器和傾角傳感器等準確采集數據，運行過程中的采煤機結合“記憶截割”上的信息智能化調節滾筒，以使“記憶采煤”的目標實現。縱觀此技術的應用現狀而言，如果存在較大的煤層走向改變，應實時開展人工干預，這樣才可以確保采煤效果的改善。縱觀當今此技術的發展現狀而言，在煤層特征追蹤中應用熱紅外攝像儀的技術可以識別煤巖層界面，從而實現理想的成效，其重點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一性，進而綜合捕抓煤層當中有的帶式夾層特征，當綜合強化處理圖片后，以掃描像素的方式獲得比較精準的煤巖界面和煤層動態傾角等信息，結合對信息的有效分析和應用，能夠自動調高采煤機滾筒，確保有效控制工作面水平方向。縱觀此技術的應用情況而言，在后續的應用中需要確定攝像頭的位置和角度，且結合具體的工作面現狀，增加攝像頭的應用數量，以使設備的環境適應性綜合提高，并且有效應用溫度場，從而可以高效識別煤巖。

1.3?煤礦綜采工作面溜坡控制技術

當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系，那么兩個巷道之間的液壓支架會形成溜坡現象。為了減小如此現象的發生概率，能夠應用激光掃描儀糾正法，即將激光掃描儀安裝在采煤機端頭部位中間槽，這樣可以綜合掃描和記錄推進的每一刀的距離，且可以掃描巷道推進方向。在實際工作中可以選用特殊濾波算法精準確定掃描器的實際位置和狀態，然后在地理信息系統中綜合反饋相關信息，從而實時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系。

1.4?煤礦綜采工作面液壓支架電液控制技術

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關鍵方面。電液控制系統的應用能夠使液壓支架的全自動、成組動作效果實現。縱觀此技術的應用現狀而言，整體業已比較成熟，能夠實現綜采工作面安全性和穩定性的標準，當前時期煤礦能夠結合綜采工作面的具體現狀液壓型號不同的控制器。

1.5?煤礦綜采工作面生產不間斷性保障技術

對于綜采工作面的智能化控制而言，應實施有效的保障工作面不間斷生產的對策，具體來講，需要應用以下技術。第一，運輸機平衡控制技術。綜采工作面中應確保采運的平衡，在實際操作時應實時檢測刮板運輸機的煤流量，向控制中心傳輸運輸系統的實時負荷情況，控制中心在綜合比較理論與實際負荷的基礎上能夠自動調節割煤以及落煤的速度。在實際應用時能夠選用運輸機電流反饋技術和攝像儀圖像采集識別技術等，并且還應綜合監測刮板輸送機的刮板鏈的張緊性。第二，防撞技術。該技術的應用旨在防范設備跟設備間、設備跟人間形成碰撞的情況，在實際應用中能夠選用雷達探測技術、三維掃描技術、遠程監控技術等，從而很好地規避碰撞現象，保證設備與人員的安全。

2?煤礦綜采工作面智能化技術應用存在的問題

2.1?煤礦綜采工作面自動找直難以實現

縱觀綜采工作面的具體應用現狀而言，很多時候工作面的自動找直還難以實現，這主要是因為依舊應用相對位移和行程的測量技術，測量精度較低，難以實現自動化控制的標準，因此，亟需深入研究精準的找直技術，一些技術難題依舊未曾實現理想的攻克效果。為此，這還需要持續開展三維地質模型的模擬工作。并且，當今應用的自動化開采配套設施難以實現綜采智能化技術的要求，因此相關設備從某種程度上阻礙了智能化技術的進步和發展。

2.2?煤礦綜采工作面存在來回滑動的情況

縱觀當今綜采工作面智能化應用和發展現狀而言，由于綜采工作面生產受到外部地質條件等要素的制約，因此運行過程中的刮板運輸機整體存在來回滑動的情況，這會使刮板運輸機和轉載機的互相搭接受到不利影響，造成輸煤不順利的現象，從而不利于煤礦安全生產。在將來應注重轉載機和刮板運輸機自動檢測方面的探究，能夠選用偽傾斜的手段有效地處理以上問題。并且，當前時期的綜采發展面自動化綜合技術能力還比較低，在應用智能化技術時難以有效、統一地監測與控制工作面巷道，而經常會出現“三機”不協調的現象。

3?煤礦綜采工作面智能化技術應用效果提升的有效對策

3.1?注重財力、物力、人力等資源方面的投入

技術因素依舊是當前影響煤礦綜采工作面智能化發展的關鍵所在，一些技術的發展依舊比較稚嫩，從而在具體應用時體現為很多缺陷。因此，務必注重技術研發的投入，從財力、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的進步和發展。

3.2?注重培訓人才和完善制度體系

注重培訓人才，當綜采工作面應用新裝備、新技術、新工藝后，要求技術工作者實時消化和吸收，這樣才可以體現理想的應用效果。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展，這非常有利于綜采工作面智能化水平和應用效果的提升。

4?煤礦綜采工作面智能化技術的發展展望

4.1?煤流系統智能化技術

對于煤礦綜采工作面而言，煤流系統智能化技術的應用有助于無人化工作模式的實現，該智能化技術系統能夠劃分為4種技術。第一，煤礦綜采檢測技術。該技術是在把握煤礦整體運行圖像的基礎上結合人工智能探究圖像涵蓋的信息，如此能夠對瞬時煤量進行迅速計算，也屬于煤流系統中主導的數據來源。第二，工作面智能預警技術。智能預警技術的應用可以使煤流運轉效率顯著提升，如此的工作方式重點是結合場地的具體工作需要持續調整和優化煤流系統控制工藝，從而可以綜合應用整體設備，這樣還能夠實現設備整體應用年限的延長。第三，煤流系統的遠程控制大數據平臺。此平臺重點是采集、上傳、分析有關數據信息，然后能夠以此為根據有效地排除煤流系統的故障問題，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。智能控制系統的應用旨在使無人操作的模式在煤礦綜采工作面整體實現。

4.2?全方位視頻系統技術

全方位的視頻系統在煤礦綜采工作面的應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際情況，能夠將監控設備設計在有關節點，并且對于高清攝像頭的安裝而言，應遵循一臺攝像機服務于兩組支架的原則，將有關視頻設備安裝好之后結合視頻傳輸技術對工作面整體的運行狀態進行實時觀察。作為智能化采煤工作面的“眼睛”，工作面視頻控制系統擔負著記錄和監控工作面整體的任務。工作面視頻監控系統結合工控平臺分析、識別視頻圖像信息，可以明確工作面頂板賦存、巷道圍巖、工作面煤壁等現狀，并且可以實時追蹤工作面液壓支架底座前面部位、刮板運輸機、液壓支架內護幫板。根據視頻分析結論，能夠適度調整和優化三機的部位，保障設備平直度，實現巷道、工作面支護強度和質量的提升。總而言之，工作面視頻控制系統重點主要實現監測工作面設備運行情況、視頻跟機自動切換、追蹤井下定位人員、通過紅外補光生成高清晰度的礦井生產現場視頻資料，并通過對視頻數據的有效分析，生成對工作面智能化控制指令等功能。

4.3?三機控制系統技術

驗證煤礦高效安全生產及智能化工作面建設指標的是工作面設備的“三直兩平”。三機控制系統的基礎是采煤機的精準定位，其結合工控平臺處理和分析數據的功能、圖像識別技術、行程傳感器等生成刮板運輸機的軌跡曲線，且以此為前提條件及時調整工作面液壓支架的部位，確保采煤機、刮板運輸機、液壓支架的平直。三機控制系統可以結合工控平臺對工作面端頭的視頻數據進行分析處理，以及很好地識別和處理大塊煤體，防范損壞轉載機。三機控制系統的組成部分是工控平臺、數據交換機、就地控制箱。其中，三機就地控制箱可以結合工作面傳輸數據的平臺連接工控平臺，從而實時傳輸或交換數據。

5?結語

綜上所述，基于煤礦領域的升級和轉型發展形勢下，綜采工作面智能化技術的應用非常有利于提高煤礦生產效率和安全性。不少煤礦業已初步認知到智能化技術應用的價值和作用，然而，縱觀當今的實際應用現狀，依舊存在非常大的發展空間。為此，煤礦企業應根據自動綜采工作面的實際情況和需求，注重財力、物力、人力等資源方面的投入，以及培訓人才和完善制度體系，從而實現綜采工作面智能化發展水平的提升。

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中圖分類號：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，研究方向為煤礦采掘安全生產。孫明磊（1985—），男，本科，助理工程師，研究方向為煤礦機械。劉向鵬（1973—），男，本科，助理工程師，研究方向為煤礦采掘安全生產。