煤礦采煤機智能化關(guān)鍵技術(shù)探討

楊仁鵬，劉生江

（1.鄂爾多斯市能源局；2.國能神東寸草塔二礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017200）

采煤機智能化是保證煤礦開采技術(shù)完善、進步的重中之重，無人采煤機的使用是采煤技術(shù)的進步和改革。在此過程中，對于自適應(yīng)牽引控制、采煤機截割環(huán)境和采煤機裝置速度調(diào)節(jié)工作，要給予重點關(guān)注。利用相關(guān)的研究工作幫助煤礦采煤機智能化夯實技術(shù)基礎(chǔ)，將先進的理論應(yīng)用到實際的采煤工作中，以促進采煤機智能化轉(zhuǎn)變?nèi)〉弥卮筮M展。

1 煤礦采煤機生產(chǎn)故障

1.1 機械故障

采煤機的機械故障非常普遍，可能有多種原因造成。比如，操作不當會導(dǎo)致零部件出現(xiàn)問題，或者長時間的維護也會造成問題。例如，軸承的問題通常是由于采煤機的各個部位承受的負載不平衡，有些地方的負載超出了它的能力。如果在維修過程中，軸承和支撐軸未能正確保養(yǎng)，未能及時補充潤滑油，將會導(dǎo)致磨損無法得到有效控制，從而增加設(shè)備發(fā)生故障的風(fēng)險。除了軸承安裝的不當，還包括連接和驅(qū)動的故障。這些問題的產(chǎn)生主要是由于采煤機在運行中的振動太強，導(dǎo)致一些零部件松動或脫落，而由于缺乏及時的維修，這些部件很快就無法正常工作，從而導(dǎo)致了故障的發(fā)生。如果采煤機的某些部位負載過高，超出了它的承載能力，導(dǎo)致零部件的嚴重磨損，就可能導(dǎo)致故障。

1.2 液壓系統(tǒng)故障

液壓系統(tǒng)是采煤機的關(guān)鍵組成部分，但它也容易受到外界環(huán)境的影響而產(chǎn)生故障。有些情況下，由于油污的存在，很難及時發(fā)現(xiàn)并解決，從而導(dǎo)致故障的頻繁發(fā)生。油污可分為內(nèi)部油污和外部油污2 種。外部油污的形成受到采煤機所處的惡劣環(huán)境的影響，因為它們通常被安裝在地下，而且空氣中含有大量的灰塵、碎屑等污染物，如果不能及時清除，就會積累到液壓系統(tǒng)上，從而形成油污。

由于采煤機的荷載過大，導(dǎo)致液壓系統(tǒng)的一些組件出現(xiàn)了擠壓和磨損，如果這種情況持續(xù)存在，就會導(dǎo)致液壓系統(tǒng)內(nèi)部出現(xiàn)大量的纖維物、顆粒物，當設(shè)備處于高溫時，這些纖維物和顆粒物就會變成膠狀污染物，從而導(dǎo)致故障。

2 煤礦采煤機智能化現(xiàn)狀

2.1 自適應(yīng)牽引控制方案設(shè)計不合理

盡管自適應(yīng)牽引控制技術(shù)可以幫助合理地使用采煤機，但由于它們的計劃設(shè)計沒有充分考慮煤礦的實際情況，特別是在開采過程中，可能存在切割阻力判斷不夠準確的問題，從而使得采煤機在運行時無法獲得預(yù)期的牽引速度，也就無法實施自動化的牽引控制。盡管在制定自動化調(diào)節(jié)牽引控制計劃時，一方面，我們沒有充分考慮采煤機的具體情況，導(dǎo)致其在高度方面的調(diào)節(jié)變得困難，從而影響了采煤機的正常運轉(zhuǎn)，并且沒有充分發(fā)揮其獨特的環(huán)境優(yōu)勢。另一方面，由于缺乏對輸送機的關(guān)注，沒有充分考慮牽引電流的影響，從而無法將其與切割電流相匹配，從而影響了整個自動化調(diào)節(jié)計劃的優(yōu)化。由于技術(shù)限制，我們無法充分改進采煤機的性能。

2.2 無線網(wǎng)傳輸技術(shù)缺少合理性

當前的煤礦開采管理工作存在一定的問題，其中一個原因是，部分無線網(wǎng)傳輸技術(shù)人員沒有足夠的經(jīng)驗和能力去了解整個開采區(qū)域的實際情況，導(dǎo)致他們沒有能力根據(jù)當?shù)氐馁Y源和需求進行無人交換機的布置，從而降低了無線網(wǎng)傳輸?shù)男省１M管有相當一部分無線網(wǎng)傳輸技術(shù)人員在設(shè)計無線網(wǎng)絡(luò)交換器裝置時，對網(wǎng)絡(luò)渠道的建設(shè)工作給予了足夠的重視，但是由于缺乏對采煤機安裝所需參數(shù)信息的合理分類，使得數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性和可靠性受到了嚴重的影響。由于現(xiàn)場煤炭開采技術(shù)人員缺乏對無線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)布設(shè)設(shè)計的知識，以及缺乏對采煤機參數(shù)信息的具體分析，使得采煤機智能化研發(fā)受到了嚴重的限制，無法有效地上傳數(shù)據(jù)和視頻資料，從而無法為采煤機的控制優(yōu)化工作提供有效的依據(jù)。

3 煤礦采煤機智能化關(guān)鍵技術(shù)

3.1 采煤機記憶割煤技術(shù)

采用記憶割煤技術(shù)，可以根據(jù)人工示范操作，自動調(diào)用控制器程序，記憶刀頂滾筒和底滾筒在工作面行走過的高度軌跡，從而實現(xiàn)自動割煤，節(jié)省時間和精力。為了更準確地測量滾筒高度，采煤機可以在搖臂上安裝擺角傳感器，它可以根據(jù)搖臂擺角、搖臂長度和滾筒直徑之間的數(shù)學(xué)關(guān)系來計算滾筒的高度；此外，還可以在搖臂調(diào)高油缸上安裝油缸行程傳感器，它可以根據(jù)油缸行程、搖臂長度和滾筒直徑之間的數(shù)學(xué)關(guān)系來計算滾筒的高度；最后，還可以在搖臂連接銷軸上安裝旋轉(zhuǎn)編碼器，它可以測量搖臂的擺角，并根據(jù)搖臂長度和滾筒直徑來計算滾筒的高度。采煤機的機身可以通過傾角傳感器來測量其走向和傾斜的變化，控制器則可以根據(jù)這些信息來調(diào)整采煤機底部滾筒的挖掘量，以保持機身的平衡。記憶割煤的關(guān)鍵在于準確定位采煤機在工作面上的位置，這種方法主要是通過在牽引部安裝傳感器，以及在減速齒輪上安裝磁體，來測量低速齒輪的旋轉(zhuǎn)次數(shù)和方向，從而計算出采煤機的行走位移值。采用編碼器來測量牽引電機轉(zhuǎn)矩軸的旋轉(zhuǎn)圈數(shù)和方向，可以計算出采煤機的行走位移值。此外，為了實現(xiàn)記憶割煤，還需要精確設(shè)置采煤機的機身高度、長度、搖臂長度、截深、位置以及工作面參數(shù)，以確保采煤機的準確定位。

3.2 采煤機狀態(tài)感知技術(shù)

采用定位感應(yīng)技術(shù)，可以精準地控制采煤機的行走軌跡，從而使其符合刮板輸送機的導(dǎo)軌走向。這種技術(shù)可以幫助我們更好地掌握采煤機的工作狀態(tài)，從而更加準確地完成任務(wù)。采用合理的行走軌跡，能夠顯著改善作業(yè)面煤壁的截割程度，使其更加精準、穩(wěn)定。此外，這種行走軌跡的安排也能夠顯著提升液壓支架的精準性，從而達到良好的自動調(diào)直效果。利用采煤機定位技術(shù)，不僅有助于推動煤礦綜合開采的無人化，而且還可以充當三維定位的重要角色，從而實現(xiàn)更高效的生產(chǎn)管理。現(xiàn)階段，采煤機定位技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)涵蓋了多種多樣的方法，如超聲波、地理信息系統(tǒng)、紅外線和無線傳感網(wǎng)，它們的結(jié)合，有助于提高生產(chǎn)效率，提升安全性。為了更好地控制采煤機的運輸，需要在安裝軸編碼器和其他基礎(chǔ)設(shè)備的同時，考慮到它們的運輸距離，從而保證測量工作的高效進行。

3.3 采煤機的物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

通過對采煤機物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的分析，可以發(fā)現(xiàn)，它以智能化功能為基礎(chǔ)，將工作區(qū)域、現(xiàn)場總網(wǎng)以及無線網(wǎng)等多項基礎(chǔ)元素完美結(jié)合，實現(xiàn)了全覆蓋，將煤礦綜采的所有區(qū)域都納入其中，從而提高了采煤效率和安全性。在安裝無線交換機時，應(yīng)將其置于采煤機的上方，并從工作面的范圍出發(fā)，進行合理的位置調(diào)整，以確保兩者之間能夠有效地互相促進、互相影響，為數(shù)據(jù)傳輸提供便利，使其能夠穩(wěn)定、高效地運行。使用采煤機物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)可以大大改善煤礦開采作業(yè)環(huán)境，提升智能化發(fā)展水平，充分展示出物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦開采中的重要作用。然而，由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用周期較短，部分技術(shù)仍然停留在理論層面，從而導(dǎo)致其使用效果受到影響，出現(xiàn)了形式化的弊端。由于缺乏實踐操作，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的功能和價值得不到充分發(fā)揮。因此，有必要對采煤機物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進行深入研究，并采取有效措施來提高其實際效用。

3.4 有線通信技術(shù)

為了提高煤礦井下工作面采煤機的遠程監(jiān)控能力，我們在巷道集控中心安裝了一個遠程監(jiān)控箱。這個監(jiān)控箱通過使用礦用阻燃金屬屏蔽線纜，并且采用雙絞技術(shù)，以提高抗干擾能力，進而實現(xiàn)對工作面采煤機的遠程信息采集和控制。通過采用動力電纜芯線技術(shù)，可以大大縮短采煤機遠程控制的響應(yīng)時間，最低可達200ms，而且傳輸總帶寬也可以達到20kbit/s 以上。此外，隨著光纖傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展，它也越來越普及。采用先進的技術(shù)，可以在采煤機電控箱內(nèi)部使用高精度的光電模塊來實現(xiàn)信號的快速轉(zhuǎn)換。這種技術(shù)可以將信號從一端傳送到另一端，并且在這個過程中不會受到任何電磁干擾，同時還能保證系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性。

3.5 頂煤弱化技術(shù)

在我國大多數(shù)煤礦的開采活動中，頂煤弱化技術(shù)的運用非常普遍，尤其是在處理厚煤層煤炭資源時，它的應(yīng)用效果更加顯著，可以有效地減少能量消耗，同時，還可以大大提高煤層的采掘率。在開采煤礦時，應(yīng)該綜合考慮預(yù)煤階段的弱化規(guī)律，并且要盡可能地利用爆破技術(shù)，從而有效地減少頂煤層的壓力，從而改變它的力學(xué)特征和結(jié)構(gòu)，從而降低它的總體強度。然而，在開采過程中，由于頂煤支架本身的性質(zhì)和爆炸效應(yīng)的存在，它們的支撐力會大大降低，因此，必須加強對這些因素的管控，科學(xué)安排，確保煤礦頂部活動的安全可靠。

4 采煤機智能化技術(shù)的發(fā)展具體措施

4.1 實現(xiàn)遠程智能監(jiān)控

智能化技術(shù)的發(fā)展離不開遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，通過該系統(tǒng)的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對煤礦開采區(qū)域的有效監(jiān)控，避免了工作人員出現(xiàn)安全問題。采煤工作人員可以根據(jù)智能監(jiān)控系統(tǒng)中顯示的采煤機運行狀態(tài)等相關(guān)信息來及時判斷設(shè)備運行中存在的問題，從而進一步保障安全生產(chǎn)。另外，在采煤工作開展過程中，為了避免出現(xiàn)較大誤差，遠程智能監(jiān)控系統(tǒng)還能夠在第一時間發(fā)出警報。這項功能的應(yīng)用，能夠為工作人員提供一個安全可靠、高效率的作業(yè)環(huán)境。因此，我國煤礦企業(yè)應(yīng)該針對該系統(tǒng)進行全面研究應(yīng)用，從而為煤礦企業(yè)提供更高的經(jīng)濟效益。

4.2 開展精細化管理活動

為了更好地管理煤礦企業(yè)的運營，工作管理人員需要根據(jù)施工現(xiàn)場的特點，使用適當?shù)墓芾硐到y(tǒng)，并建立科學(xué)合理的現(xiàn)場管理制度。這樣，他們就能夠更好地識別和評估風(fēng)險，并能夠更加有效地監(jiān)督和控制機電設(shè)備的運行狀態(tài)。為確保煤礦企業(yè)的安全運行，工作人員應(yīng)當深入學(xué)習(xí)“NOSA 安全辨別管控”，并結(jié)合實際情況，準確判斷作業(yè)風(fēng)險，以便有效地提高自身的安全防范能力。

4.3 優(yōu)化設(shè)計智能采煤機

優(yōu)化設(shè)計是提高智能采煤機運行質(zhì)量、穩(wěn)定性和安全性的基礎(chǔ)，因此，必須對其進行優(yōu)化設(shè)計，從而滿足煤礦企業(yè)生產(chǎn)需求。根據(jù)智能采煤機工作流程，通過合理設(shè)計智能采煤機可以有效實現(xiàn)智能化開采的目標，不僅能夠有效提高煤炭資源開采效率，而且還可以提升采煤機運行的穩(wěn)定性。從我國目前實際情況來看，我國煤礦企業(yè)生產(chǎn)系統(tǒng)中智能化設(shè)計主要應(yīng)用于綜采工作面以及掘進工作面中，其主要目的就是為了提升綜采工作面的自動化水平以及掘進工作面的自動化水平，從而促進煤礦企業(yè)實現(xiàn)自動化、信息化、智能化的發(fā)展目標。在此過程中，需要針對智能采煤機進行優(yōu)化設(shè)計，滿足各方面要求。

4.4 完善煤礦智能采煤系統(tǒng)

煤礦企業(yè)在開展智能采煤系統(tǒng)設(shè)計工作時，需要建立完整的智能化采煤系統(tǒng)，從而進一步完善煤礦企業(yè)智能采煤系統(tǒng)。首先，需要明確各個系統(tǒng)之間的關(guān)系，并明確智能采煤系統(tǒng)的工作流程。其次，在整個煤礦開采過程中，需要將所有采煤設(shè)備進行合理布置，并配備相應(yīng)的傳感器和控制器，通過建立完善的采煤自動化控制系統(tǒng)，來實現(xiàn)對不同開采設(shè)備的集中管理、實時監(jiān)測以及遠程控制。最后，在實際工作過程中，必須對數(shù)據(jù)信息進行實時采集和監(jiān)控，通過建立完善的智能系統(tǒng)對各個傳感器數(shù)據(jù)進行全面監(jiān)測和記錄。這樣能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦開采過程中采煤設(shè)備運行情況以及各類故障情況等數(shù)據(jù)信息的實時獲取與處理。

5 結(jié)語

綜上所述，煤炭作為我國能源供應(yīng)的主要來源，對我國社會經(jīng)濟的發(fā)展起到了至關(guān)重要的作用。隨著新時代發(fā)展背景下對煤炭資源需求量的不斷增加，采煤機械作為煤炭開采行業(yè)的核心機械設(shè)備，在煤炭開采工作中起到了決定性作用。由于傳統(tǒng)煤礦開采方式無法滿足現(xiàn)代化技術(shù)發(fā)展需求，需要借助智能化采煤機械來實現(xiàn)高效開采，從而提高煤炭資源開采效率，促進我國采煤機械行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。針對傳統(tǒng)煤礦開采技術(shù)存在的不足以及現(xiàn)代化生產(chǎn)需求，需要針對采煤機械進行全面升級。因此，必須對智能化采煤機械進行深入研究，將智能化采煤機械應(yīng)用到煤礦開采工作中，實現(xiàn)高效采煤。