煤礦綜采智能化工作面關(guān)鍵技術(shù)探析

張波

（淮北礦業(yè)集團(tuán)雙龍礦業(yè)有限責(zé)任公司，安徽 淮北 235000）

基于社會發(fā)展對煤炭資源的需求，我國也開始致力于煤炭資源的開發(fā)與利用。但是煤礦資源的開采是一項(xiàng)復(fù)雜的工作，煤礦開采容易發(fā)生安全事故，進(jìn)而會給作業(yè)人員的人身安全造成威脅。因此，保障煤礦開采安全至關(guān)重要。近年來，信息化和智能化技術(shù)迅速發(fā)展，促進(jìn)了礦山智能化采煤水平的提升。在煤礦開采過程中，依托智能化技術(shù)，可以對施工的位置進(jìn)行確定，為后續(xù)煤炭資源開采提供安全保障。面對智能化技術(shù)的快速發(fā)展，傳統(tǒng)裝備與智能化技術(shù)的融合，不僅實(shí)現(xiàn)了煤炭資源的智能化開采目標(biāo)，而且有利于煤炭開采行業(yè)的轉(zhuǎn)型升級。

1 我國煤礦綜采智能化工作面的意義

煤炭作為現(xiàn)代社會發(fā)展所需的一種重要資源，這種資源的重要性是不言而喻的。我國雖然有著豐富的煤炭資源儲備，但是煤炭資源的開發(fā)與利用水平還比較低。煤炭資源開采工作比較復(fù)雜，受多種因素的影響，煤礦開采過程中一直存在著安全隱患，一旦煤礦開采發(fā)生安全事故，就會造成巨大損失和難以估量的后果。還有就是我國一些煤礦的發(fā)展模式屬于粗獷型，煤炭資源的開發(fā)利用水比較低，這對煤炭行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展十分不利。對此，煤礦開采行業(yè)要改變傳統(tǒng)的發(fā)展模式，加大煤炭開采技術(shù)研究，提高煤炭開采水平。煤礦綜采是現(xiàn)代煤礦開采行業(yè)發(fā)展的重要方向，它依托技術(shù)裝備，能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦開采的自動化、智能化。

1.1 實(shí)現(xiàn)煤礦開采的自動化控制

長期以來，煤礦綜采設(shè)備大多是靠人來操作的，而設(shè)備對人的專業(yè)有著較高要求，如果操作人員不專業(yè)，就會影響到設(shè)備運(yùn)行。應(yīng)用煤礦綜合智能化技術(shù)，在綜采工作面中使用智能化系統(tǒng)、自動化系統(tǒng)，可以對綜采工作面進(jìn)行自動化控制，不僅可減小人工操作而導(dǎo)致的失誤，同時(shí)也可提高煤礦開采效率。

1.2 實(shí)現(xiàn)對煤炭開采數(shù)據(jù)的智能化分析

在煤礦綜采過程中，雖然引入了大量的機(jī)械設(shè)備，但是其中許多工作還是靠人工來完成，如運(yùn)轉(zhuǎn)軌跡規(guī)劃、負(fù)載能力分析等，如果人員不專業(yè)，就會造成相關(guān)工作結(jié)果失真。實(shí)現(xiàn)綜采智能化，煤礦綜采過程中的相關(guān)數(shù)據(jù)分析都可以由計(jì)算機(jī)系統(tǒng)完成，而且智能系統(tǒng)可以根據(jù)綜采工作實(shí)際情況作出實(shí)時(shí)的判斷，確保綜采安全。

1.3 實(shí)現(xiàn)煤礦開采的實(shí)時(shí)監(jiān)控

煤炭開采過程中存在諸多不確定性因素，這些不確定性因素往往具有突發(fā)性，這也要求煤礦開采行業(yè)必須對煤礦綜采現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)管。實(shí)現(xiàn)煤礦綜采智能化，可以對煤炭開采過程進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，當(dāng)煤炭開采過程中存在安全隱患時(shí)，智能化系統(tǒng)能夠及時(shí)地作出反應(yīng)，進(jìn)而避免安全事故的發(fā)生。如，智能監(jiān)控系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對綜采現(xiàn)場的智能監(jiān)管，當(dāng)綜采現(xiàn)場設(shè)備存在安全隱患時(shí)，智能系統(tǒng)能夠自動識別，并一鍵停止現(xiàn)場作業(yè)設(shè)備，防止設(shè)備出現(xiàn)故障，進(jìn)而保證煤礦綜采安全。

2 煤礦綜采智能化技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國煤礦開采也開始朝著自動化、智能化的方向邁進(jìn)，煤礦綜采智能化技術(shù)應(yīng)用也越來越廣泛，其中遠(yuǎn)程管控采煤技術(shù)與智能無人采煤技術(shù)最為突出，這兩種智能開采技術(shù)在提高煤礦開采效率、保障煤礦開采安全方面都發(fā)揮著顯著的作用。眾所周知，煤礦開采環(huán)境比較復(fù)雜，很容易發(fā)生安全事故，進(jìn)而給作業(yè)人員的人身安全造成威脅。還有就是煤礦開采所用的設(shè)備系統(tǒng)較復(fù)雜，如果操作人員不專業(yè)，就會因操作不當(dāng)引發(fā)事故。

故此，煤礦企業(yè)需要引進(jìn)智能化技術(shù)。現(xiàn)階段，雖然我國煤礦綜采智能化技術(shù)取得了較好的發(fā)展，在煤礦開采中也發(fā)揮著較好的作用，但是我國煤礦綜采智能化運(yùn)行還不夠成熟，在實(shí)施智能化綜采過程中還面臨著一些問題。

2.1 缺少統(tǒng)一管理的通信平臺

煤礦在建設(shè)綜采智能化工作面時(shí)，需要配備信息網(wǎng)絡(luò)設(shè)施，而這些設(shè)施只有與大數(shù)據(jù)視頻及工作數(shù)據(jù)連接在一起才能滿足數(shù)據(jù)信息實(shí)時(shí)采集和傳遞工作的要求，但是由于統(tǒng)一性通信平臺的缺失，使得煤礦綜采過程中產(chǎn)生的許多數(shù)據(jù)資源無法做到實(shí)時(shí)共享，嚴(yán)重影響到了開采效率。

2.2 綜采工作面缺少自動找直功能

在煤炭綜采過程中，需要開采位置進(jìn)行精準(zhǔn)定位，而在定位過程中，就需要使用自動系統(tǒng)與導(dǎo)航技術(shù)。目前來看，我國綜采智能化工作面缺少自動找直功能，煤炭資源開采過程中使用的自動系統(tǒng)與導(dǎo)航技術(shù)還不夠全面、先進(jìn)，這也使得綜采智能化工作面無法對整個(gè)煤炭開采過程進(jìn)行有效監(jiān)控。

2.3 綜采工作過程中設(shè)備故障問題頻繁發(fā)生

基于煤礦開采環(huán)境的復(fù)雜性，一些開采設(shè)備在運(yùn)行過程中會受到環(huán)境因素的干擾，進(jìn)而造成設(shè)備出現(xiàn)故障。以刮板機(jī)為例，在復(fù)雜的開采環(huán)境下，刮板機(jī)容易出現(xiàn)整體下滑的情況，進(jìn)而導(dǎo)致刮板機(jī)與轉(zhuǎn)載機(jī)之間的距離發(fā)生改變，在這種情況下，刮板機(jī)就容易出現(xiàn)故障，嚴(yán)重的還會引發(fā)安全事故。

3 煤礦綜采智能化工作面關(guān)鍵技術(shù)

3.1 位置監(jiān)測技術(shù)

安全開采是煤礦開采行業(yè)的生命線，只有營造安全的開采環(huán)境，煤礦開采活動才能順利進(jìn)行。基于煤礦綜采安全性要求，位置監(jiān)測技術(shù)是必要的。在煤礦綜采智能化工作面中，應(yīng)用位置監(jiān)測技術(shù)，可以對井下作業(yè)人員實(shí)時(shí)定位，極大地保障作業(yè)人員的人身安全。目前，煤礦綜采智能化工作面使用最廣泛的就是慣性導(dǎo)航技術(shù)，雖然這種技術(shù)可以有效檢測出采煤機(jī)需要放置的位置，但是僅僅依靠慣性導(dǎo)航技術(shù)無法對整個(gè)煤礦綜采工作面進(jìn)行有效監(jiān)管，此時(shí)就需要在此基礎(chǔ)上運(yùn)用其他一些技術(shù)來提高位置監(jiān)測效果[1-2]。如，在煤礦綜采工作面中運(yùn)用閉合路徑算法，不僅可以精準(zhǔn)度檢測采煤機(jī)的位置，還可以對煤礦采煤位置的周圍環(huán)境進(jìn)行分析，從而減少周圍環(huán)境對采煤工作的影響，保證采煤安全和采煤效率。

3.2 視頻監(jiān)控技術(shù)

在煤礦綜采工作面中，創(chuàng)建可視化的綜采環(huán)境，不僅可以保證采煤安全，同時(shí)也方便了綜采的現(xiàn)場指導(dǎo)，提高采煤效率。要想創(chuàng)建可視化的綜采環(huán)境，就需要用到視頻監(jiān)控技術(shù)。在煤礦綜采工作面中，應(yīng)用視頻監(jiān)控技術(shù)，可以創(chuàng)造一個(gè)三維立體的綜采環(huán)境，將煤礦綜采現(xiàn)場真實(shí)地呈現(xiàn)出來。結(jié)合真實(shí)的綜采現(xiàn)場環(huán)境，作業(yè)人員可以直觀地獲取設(shè)備的作業(yè)信息，從而提高綜采工作效率[3-4]。同時(shí)，在視頻監(jiān)測技術(shù)的支持下，煤礦綜采整個(gè)過程處于可控范圍內(nèi)，尤其是在煤礦開采設(shè)備出現(xiàn)問題時(shí)，可以及時(shí)地反饋，并由智能系統(tǒng)做出相應(yīng)的處理。

另外，視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用也可以對相應(yīng)設(shè)備進(jìn)行運(yùn)行模擬工作，從而精準(zhǔn)地反映該設(shè)備在相應(yīng)的工作環(huán)境下的具體工作狀態(tài)，方便操作人員對設(shè)備進(jìn)行合理管控。通過視頻監(jiān)控技術(shù)，不僅可以為后期的煤礦綜采工作提供安全保障，同時(shí)也有利于開采設(shè)備的安全運(yùn)行，提高開采效率。

3.3 智能采煤

采煤是煤礦綜采工作面的核心環(huán)節(jié)，在確定采煤設(shè)備位置以及采煤設(shè)備工作環(huán)境安全、穩(wěn)定后，就需要將煤炭資源運(yùn)輸出去。在煤礦綜采智能化工作面中，運(yùn)用智能采煤設(shè)備，可以根據(jù)現(xiàn)場采煤需求進(jìn)行采煤，而且這種智能設(shè)備含有傳感器，可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)控采煤機(jī)和相應(yīng)支架位置，從而明確采煤機(jī)運(yùn)行軌跡，保證采煤工作順利進(jìn)行[5-6]。另外，在智能化系統(tǒng)的支持下，智能采煤設(shè)備中的監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)反映煤礦綜采工作面的采煤情況，并將相關(guān)數(shù)據(jù)及時(shí)反映到智能監(jiān)測系統(tǒng)，以便技術(shù)人員根據(jù)智能采煤設(shè)備整個(gè)工作狀態(tài)來調(diào)整采煤方案，以此來保證整個(gè)煤礦開采工作的安全性。

4 煤礦綜采智能化工作面關(guān)鍵技術(shù)展望

4.1 綜采工作面的自動化

現(xiàn)階段，雖然煤礦綜采智能化技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛應(yīng)用，但是在具體采煤過程中，綜采工作面上的許多環(huán)節(jié)還需要靠人力來完成，并沒有全面實(shí)現(xiàn)自動化處理。因此，加快煤礦綜采工作面的自動化發(fā)展刻不容緩。煤礦綜采工作比較復(fù)雜，實(shí)現(xiàn)煤礦綜采的自動化，不僅可以實(shí)現(xiàn)煤礦綜采工作面的自動化監(jiān)管，保證綜采工作有序進(jìn)行，而且還可以減少人力成本的投入，提高綜采工作效率。基于煤礦綜采智能化工作面的運(yùn)行需求，我們需要將計(jì)算機(jī)技術(shù)、導(dǎo)航技術(shù)、傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、通信技術(shù)等多種技術(shù)綜合應(yīng)用起來，全面提高煤礦綜采的自動化水平，進(jìn)而提高煤礦綜采工作效率和質(zhì)量[7-8]。

4.2 采煤設(shè)備的一體化管理

煤礦開采地質(zhì)條件復(fù)雜，安全隱患多，輔助材料消耗大，不可控因素較多，而要想保證煤礦開采安全，提高煤礦開采效率，實(shí)現(xiàn)煤礦開采的一體化管理十分必要。機(jī)電一體化集合了多種技術(shù)，包括微電子技術(shù)、信息技術(shù)、光學(xué)技術(shù)、自動控制技術(shù)等，應(yīng)用機(jī)電一體化對促進(jìn)煤礦行業(yè)發(fā)展具有重大現(xiàn)實(shí)意義。煤礦機(jī)電一體化技術(shù)應(yīng)用是現(xiàn)代煤礦工業(yè)生產(chǎn)的需要，更是提高煤礦開采效率的重要手段。面對復(fù)雜的煤礦開采環(huán)境，開采設(shè)備在惡劣的生產(chǎn)環(huán)境下容易出現(xiàn)故障，而實(shí)現(xiàn)煤礦機(jī)電一體化管理，可以大大提高煤礦開采效率。

4.3 打造全方位視頻系統(tǒng)

雖然煤礦綜采過程中已經(jīng)使用到了視頻監(jiān)控技術(shù)，但是這種技術(shù)還只是適用于局部范圍，并不能對整個(gè)綜采工作面進(jìn)行有效監(jiān)控。因此，打造全方位視頻系統(tǒng)就成為煤礦綜采智能化技術(shù)發(fā)展的主要方向[9-10]。在煤礦綜采中，全方位視頻系統(tǒng)的作用是顯著的，在綜采工作中，為了清晰、全方位地監(jiān)測綜采工作，可以根據(jù)煤礦開采現(xiàn)場環(huán)境，在一些視野好的位置安裝高清攝像頭，以此監(jiān)控煤礦開采作業(yè)過程。為了提高煤礦現(xiàn)場監(jiān)控水平，攝像頭一般使用可移動式的，以便對現(xiàn)場進(jìn)行全面監(jiān)測。在安裝好高清視頻設(shè)備后，就可以對煤礦開采作業(yè)現(xiàn)場進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，全面了解整個(gè)開采工作。

4.4 完善智能化開采軟件和網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

智能化是信息時(shí)代發(fā)展的重要標(biāo)志，加快智能化發(fā)展以成為各行各業(yè)的重要選擇。對于我國煤礦開采行業(yè)而言，雖然煤礦開采也引進(jìn)了智能化技術(shù)，但是整體智能化水平還不高，需要不斷完善智能化系統(tǒng)。智能操作系統(tǒng)主要是讓各子系統(tǒng)有機(jī)組合，彼此間成為一個(gè)緊密聯(lián)系的整體，確保相關(guān)數(shù)據(jù)信息可以共享。但是目前智能化綜采工作還存在一些問題，一些不確定性因素較多，需要優(yōu)化和完善標(biāo)準(zhǔn)化的智能操作系統(tǒng)軟件，確保其更穩(wěn)定安全地運(yùn)行。此外，網(wǎng)絡(luò)在智能采煤工作面建設(shè)和操作軟件系統(tǒng)升級中起著非常重要的作用，利用網(wǎng)絡(luò)對子系統(tǒng)進(jìn)行控制和控制是必要的。因此，必須改進(jìn)煤礦網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，使其更安全、更高效。

5 結(jié)語

綜上，在煤礦開采行業(yè)中，高效率開采、安全開采一直是行業(yè)發(fā)展的重點(diǎn)，但是受各種因素的影響，煤礦開采過程中容易出現(xiàn)一些隱患，影響到煤礦開采安全與效率。因此，煤礦企業(yè)需要深入技術(shù)研究，不斷提高煤礦開采水平。信息化時(shí)代里，煤礦綜采智能化工作面也得到了有效應(yīng)用，在提高煤礦開采效率，保障煤礦開采安全上起到了積極作用。現(xiàn)階段，煤礦開采需求越來越大，這種需求也要求必須不斷提高煤礦綜采智能化水平。煤礦開采行業(yè)在展開煤礦綜采工作時(shí)，應(yīng)積極引入各種智能化技術(shù)，構(gòu)建一個(gè)智能化管理系統(tǒng)，加大智能開采技術(shù)的應(yīng)用，從而不斷提高煤礦綜采效率，推動煤礦行業(yè)穩(wěn)定、健康發(fā)展。