智能化采煤設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)

于斌全

（山煤集團左權(quán)鑫順煤業(yè)， 山西 左權(quán) 032600）

引言

智能化采煤技術(shù)的發(fā)展和壯大離不開科學先進的技術(shù)支持。然而目前我國采煤設(shè)備存在著自動化程度低、設(shè)備分工零散、可靠度不高等弊端。合理開發(fā)和采挖煤礦資源是發(fā)展社會經(jīng)濟的重要保障，也是實現(xiàn)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的必然要求。如何通過創(chuàng)新和發(fā)展智能化采煤設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)，是煤炭企業(yè)一直關(guān)注的焦點，也是為未來綜合智能化采煤設(shè)備發(fā)展和研討提供指導的關(guān)鍵理論依據(jù)。

1 液壓支撐自適應(yīng)調(diào)控技術(shù)

液壓支架自動識別和控制著每一支單體支架保護結(jié)構(gòu)，而整體液壓支架的工作協(xié)助性和安全性是由關(guān)聯(lián)支架進行調(diào)度和協(xié)調(diào)的。由此可見，整體液壓支架支撐和保護運行動作的自動協(xié)調(diào)性、穩(wěn)定性和組織性是液壓支撐自動適應(yīng)調(diào)控技術(shù)系統(tǒng)智能化運作的關(guān)鍵技術(shù)?，F(xiàn)階段，國內(nèi)外在液壓支撐智能化控制技術(shù)方面主要著重于液壓支架四連桿結(jié)構(gòu)升級和液壓支撐參數(shù)化的創(chuàng)新，液壓支撐自動適應(yīng)調(diào)控系統(tǒng)已經(jīng)實現(xiàn)了液壓支撐智能化的自動調(diào)控。而自動程序化的無人綜合采煤工作面要求液壓支架對復雜的巖體結(jié)構(gòu)進行全面的、深入的、適應(yīng)性強的工作協(xié)調(diào)，就目前情況而言，怎樣實現(xiàn)頂層巖體、液壓支架保護和液壓阻尼三者的協(xié)同工作，組建穩(wěn)定工作的液壓支撐架構(gòu)組織，是智能化無人工作面采煤技術(shù)支護的關(guān)鍵技術(shù)[1-2]。

2 智能化煤巖自適應(yīng)載割調(diào)控技術(shù)

智能化煤巖自適應(yīng)載割調(diào)控技術(shù)是通過人工在采煤過程中就地操作智能化采煤設(shè)備進行采挖、記憶的一種調(diào)控方式，實現(xiàn)在下一個環(huán)節(jié)中自動采煤的操作。要實現(xiàn)智能化煤巖自適應(yīng)載割調(diào)控系統(tǒng)的自動采煤功能，就得組建設(shè)備-巖體沖擊采挖技術(shù)模型和巖體沖擊適應(yīng)性識別方法，從而建立符合巖體采煤硬度變化的智能化挖掘設(shè)備，并且優(yōu)化和升級其工作原理和工作方法。雖然，最近幾年的采煤挖掘機具設(shè)備技術(shù)有了一定的創(chuàng)新和發(fā)展，但是其主要涉及理念還是借鑒了20世紀50年代Beion Evans和70年代Nishimatsu提出的直線分割力學模型。但是由于缺少對巖體裂縫、巖體生長趨勢的差異性分析[3]，沒有把分割齒輪的沖擊性和帶來的破裂效應(yīng)進行充分考慮，導致目前的智能化采煤挖掘技術(shù)設(shè)備具有強大負荷的沖擊力，采挖齒輪破裂、磨損嚴重，機具設(shè)備的使用壽命不長，對巖體的破壞性大，整個采煤系統(tǒng)技術(shù)還需要進一步提升。

3 智能化動力傳送自適應(yīng)控制技術(shù)

故障出現(xiàn)頻率高、開機運行效率低、操作復雜繁瑣等問題已經(jīng)成為采煤設(shè)備機電液壓系統(tǒng)的重要弊端，同時液壓系統(tǒng)也無法適應(yīng)智能化采煤設(shè)備升級協(xié)同運作的發(fā)展需求。所以，研究分析不同環(huán)境狀態(tài)下采煤設(shè)備如何高效運作，成為智能化動力傳送自動適應(yīng)控制技術(shù)的關(guān)鍵問題[4]。因此，從關(guān)鍵動力傳送部件的動態(tài)和逐步可靠穩(wěn)定性設(shè)計原理入手，著力研究載重量突然變化下保持高效運行的動力傳送設(shè)計方法并組建大電動功率下智能化動力傳送自動適應(yīng)控制技術(shù)是發(fā)展智能化采煤設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)之一。

4 采煤設(shè)備智能化自動診斷技術(shù)

設(shè)備處于一個安全可靠的工作狀態(tài)是確保采煤工作穩(wěn)定高效開展的關(guān)鍵條件。因此，提高采煤設(shè)備智能化自動診斷技術(shù)是發(fā)展采煤項目可持續(xù)發(fā)展的重要途徑之一。四維空間信息實時采集回饋技術(shù)和多信息源綜合匯集模型可實現(xiàn)智能化采煤無人工作面信息收集、分析和總結(jié)以及虛擬場景再現(xiàn)，是當前采煤設(shè)備智能化自動診斷系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。不同環(huán)境下，巖洞采煤狀況是截然不同的，在惡劣環(huán)境下實現(xiàn)采煤設(shè)備智能化自動診斷技術(shù)的實時監(jiān)測和預判，能有效地降低由于惡劣天氣帶來的不良損失。光纖傳感設(shè)備耐腐蝕、耐高壓，即使在易燃易爆的環(huán)境中也能正常運作，受電磁波干擾較少，具備高分辨率和靈敏度等明顯優(yōu)勢，非常適合井下采煤設(shè)備進行測量、加速、變形、扭轉(zhuǎn)、破裂等力學狀態(tài)下的工作[5]。把光纖傳感設(shè)備技術(shù)應(yīng)用到采煤設(shè)備智能化自動診斷系統(tǒng)中，在診斷設(shè)備中加入光纖傳感網(wǎng)絡(luò)，并且均勻分布，可有效實現(xiàn)智能化采煤設(shè)備對采煤設(shè)備故障的檢測和診斷。

5 煤巖界面智能化自動識別技術(shù)

目前的煤巖界面智能化自動識別技術(shù)主要包括了：振動檢測法、紅外線檢測法、聲音檢測法、功率頻率檢測法、圖像識別法等，但是這些識別方法對巖洞地質(zhì)狀態(tài)依賴性強，運用其進行煤巖界面識別會帶來無法全面檢測、檢測不精確等問題。所以，想要提升煤巖界面智能化自動識別技術(shù)關(guān)鍵是實現(xiàn)煤巖界面實時識別方法。近期國外研究發(fā)明的紅外線感應(yīng)技術(shù)能對遠距離煤巖垂直外壁進行溫度檢測，從而能識別巖洞煤層的組織結(jié)構(gòu)，這種實時監(jiān)控分辨方法大大降低了外部環(huán)境對檢測結(jié)果造成的影響，其可信度和依靠性更強。另外，一些電動機臂識別技術(shù)也得到了很好的應(yīng)用，如搖臂支架油缸壓力、搖臂傳送負載重力、分割電動極電流等可通過參數(shù)識別煤巖結(jié)構(gòu)。

6 采煤設(shè)備智能化自動巡航技術(shù)

采煤設(shè)備智能化自動巡航技術(shù)包括了自動糾偏和自主定位兩大技術(shù)，而這又是實現(xiàn)智能化采煤設(shè)備關(guān)鍵技術(shù)升級的基礎(chǔ)。在復雜的煤巖環(huán)境中進行采煤，需要有科學的智能化采煤巡航技術(shù)作為指導，確保采煤作業(yè)過程的安全高效。20世紀80年代，美國、澳洲、加拿大、德國等國家已經(jīng)開始了金屬礦體地下智能化無人采礦設(shè)備的調(diào)控導航技術(shù)研究并廣泛應(yīng)用于一些非煤礦山體的采集，帶來了不錯的工作效應(yīng)[6]。國內(nèi)研發(fā)了地下鏟運機智能化無人駕駛定位和導航系統(tǒng)，該系統(tǒng)集合了煤礦采挖加速度技術(shù)、實時線性加速度和角速度檢測等三維立體巡航定位技術(shù)。

7 結(jié)語

采煤是一個完整、復雜和多變的工作系統(tǒng)，采煤設(shè)備技術(shù)水平直接影響采煤項目能否順利高效安全地開展。需要在堅持系統(tǒng)設(shè)計原理的基礎(chǔ)上，通過創(chuàng)新和升級液壓支撐自適應(yīng)調(diào)控技術(shù)、智能化煤巖自適應(yīng)載割調(diào)控技術(shù)、智能化動力傳送自適應(yīng)控制技術(shù)、采煤設(shè)備智能化自動診斷技術(shù)、煤巖界面智能化自動識別技術(shù)和采煤設(shè)備智能化自動巡航技術(shù)等協(xié)調(diào)性強、自動化水平高、智能化技術(shù)先進的智能化采煤設(shè)備的關(guān)鍵技術(shù)，實現(xiàn)采煤技術(shù)的不斷發(fā)展。

[1] 吳佳梁，尹力，李勇，等.智能化聯(lián)合采煤系統(tǒng)及其關(guān)鍵技術(shù)[J].遼寧工程技術(shù)大學學報（自然科學版），2014，33（2）：226-231.

[2] 葛世榮.智能化采煤裝備的關(guān)鍵技術(shù)[J].煤炭科學技術(shù)，2014（9）：16-17.

[3] 王國法.綜采自動化智能化無人化成套技術(shù)與裝備發(fā)展方向[J].煤炭科學技術(shù)，2014，42（9）：30-31.

[4] 袁建平.煤礦智能化開采技術(shù)的創(chuàng)新與管理[J].煤礦機，2016（3）：69-70.

[5] 田成金.煤炭智能化開采模式和關(guān)鍵技術(shù)研究[J].工礦自動，2016（10）：98-100.

[6] 張軍.綜采工作面智能化采煤技術(shù)分析[J].南方農(nóng)機，2017，48（10）：97.