復(fù)雜地質(zhì)條件下的智能化綜采工作面技術(shù)探索

0 引言

綜采工作面智能化技術(shù)是開(kāi)采技術(shù)、傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、自動(dòng)化技術(shù)、信息技術(shù)等一系列技術(shù)的高度集成[1]，采用智能化代替?zhèn)鹘y(tǒng)手動(dòng)操作，實(shí)現(xiàn)井下現(xiàn)場(chǎng)集中控制和地面遠(yuǎn)程控制工作面割煤、推溜、拉架、運(yùn)輸及超前支護(hù)等工藝智能化，達(dá)到綜采工作面的自動(dòng)化、少人化、無(wú)人化目的。但在我國(guó)西南地區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下實(shí)現(xiàn)該技術(shù)面臨諸多困難。

1) 綜采工作面瓦斯含量大，瓦斯治理不到位，影響智能化開(kāi)采推進(jìn)速度，制約智能化工作面快速推進(jìn)。

2) 煤炭地質(zhì)賦存復(fù)雜多變，煤巖識(shí)別困難。

3) 我國(guó)西南地區(qū)礦井空間受限，相關(guān)設(shè)備需緊湊化，三機(jī)配套復(fù)雜困難。

4) 工作面地質(zhì)條件復(fù)雜，機(jī)風(fēng)巷超前支護(hù)布置困難。

5) 智能化工作面對(duì)視頻的清晰度要求高，觀察地點(diǎn)多，傳送數(shù)據(jù)大，傳統(tǒng)的帶寬不能滿足需要，操作平臺(tái)存在卡頓現(xiàn)象。

通過(guò)調(diào)研國(guó)內(nèi)外綜采工作面智能化相關(guān)技術(shù)，確定了以支架電液控廠家為主導(dǎo)，由支架電液控廠家建立集中控制平臺(tái)，液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)及其他設(shè)備廠家配套合作的模式進(jìn)行智能化采煤，并對(duì)其中關(guān)鍵技術(shù)的可行性進(jìn)行了詳細(xì)分析和討探，指出了綜采工作面智能化的進(jìn)一步發(fā)展方向，為實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地質(zhì)條件下綜采工作面安全、高效、智能化開(kāi)采提供技術(shù)參考。

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

1.1 國(guó)外研究現(xiàn)狀

目前美國(guó)和澳大利亞在自動(dòng)化采煤技術(shù)研究方面處于領(lǐng)先地位，主要有JOY為代表的采煤機(jī),其采煤機(jī)司機(jī)跟隨操作采煤機(jī)、支架等與采煤機(jī)隨動(dòng)的跟機(jī)自動(dòng)化模式。JOY提出“520”計(jì)劃，即綜采工作面5人采煤→2人采煤→無(wú)人化采煤。利用成套裝備高可靠性和單機(jī)設(shè)備高度自動(dòng)化的優(yōu)勢(shì)，在工作面地質(zhì)條件好、且不受回采率和煤質(zhì)要求的前提下，做到工作面內(nèi)“設(shè)備自動(dòng)運(yùn)行、兩人跟機(jī)干預(yù)”。美國(guó)二十英里礦、薩福克礦、馬克礦一號(hào)礦，都成功實(shí)施了智能化采煤技術(shù)。澳大利亞聯(lián)邦科學(xué)與工業(yè)研究組織(CSIRO)推出了基于陀螺儀導(dǎo)向定位(LASC技術(shù))的自動(dòng)化采煤方法。澳大利亞布爾加礦采用“綜采自動(dòng)化技術(shù)+水平控制技術(shù)+直線度控制技術(shù)”，工作面傾斜長(zhǎng)度400 m,走向長(zhǎng)度3 400 m,煤層厚度3 m，工作面工人數(shù)量減少到3人，直線度控制精度達(dá)到50 mm，通過(guò)模型能夠模擬采煤機(jī)行走過(guò)程中頂?shù)装宓钠鸱闆r，可以通過(guò)軟件技術(shù)預(yù)知前方煤層水平分布情況，實(shí)行工作面設(shè)備水平控制[2]。

1.2 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀

近年來(lái)，依托國(guó)家863計(jì)劃“煤炭智能化掘采技術(shù)與裝備”和國(guó)家發(fā)改委“煤炭綜采成套裝備智能系統(tǒng)”等重點(diǎn)專項(xiàng)支撐，以中國(guó)煤炭科工集團(tuán)為代表的多家煤炭集團(tuán)、綜采自動(dòng)化及機(jī)械廠商(上海天地科技、天地瑪珂、山西科達(dá)、四川航天電液控制、平陽(yáng)廣日、三一重裝等)、高校(中國(guó)礦業(yè)大學(xué)、太原理工大學(xué)等)等開(kāi)展了自動(dòng)化無(wú)人開(kāi)采技術(shù)的研發(fā)工作。神華寧煤、中煤、陜煤、同煤、陽(yáng)煤、平煤、晉煤、峰峰、新集口孜東等幾十個(gè)礦區(qū)也都進(jìn)行過(guò)探索與嘗試。神東榆家梁44305自動(dòng)化工作面：神華首個(gè)薄煤層自動(dòng)化采煤工作面，主要采用進(jìn)口設(shè)備，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)記憶割煤(機(jī)載視頻+端頭集控臺(tái)遠(yuǎn)程干預(yù))+支架全工作面跟機(jī)+系統(tǒng)集成控制，工作面自動(dòng)化割一兩刀煤，工作面無(wú)人[1]；陜煤黃陵一礦1001工作面 “有人巡視、無(wú)人操作”，該系統(tǒng)在1.4～2.2 m煤層工作面，配套全部國(guó)產(chǎn)綜采成套裝備，實(shí)現(xiàn)“順槽監(jiān)控中心2人可視化遠(yuǎn)程干預(yù)控制，工作面內(nèi)1人巡視”常態(tài)化連續(xù)運(yùn)行，月產(chǎn)量達(dá)17.03萬(wàn)t，年生產(chǎn)能力200萬(wàn)t以上，生產(chǎn)效率提高25%，生產(chǎn)作業(yè)人員由11人遞減至3人[3]。

從上述現(xiàn)狀可知，國(guó)內(nèi)外的綜采自動(dòng)化技術(shù)已趨于成熟，已有多個(gè)礦井實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化采煤，效果較好。但國(guó)內(nèi)、外成功實(shí)行了智能化綜采的工作面的條件相對(duì)都很好，而對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)條件下的智能化工作面鮮見(jiàn)報(bào)道。

2 智能化工作面基本情況

川煤集團(tuán)龍灘煤電公司礦井位于華鎣山煤田中段北部，礦井于2010年9月正式投產(chǎn)，核定生產(chǎn)能力150萬(wàn)t/a。礦井采用平硐開(kāi)拓，邊界混合式通風(fēng)，煤與瓦斯突出礦井。煤層自然發(fā)火傾向性為Ⅱ類。煤塵具有爆炸危險(xiǎn)性。礦井水文地質(zhì)類型屬?gòu)?fù)雜，礦井水患等級(jí)為Ⅰ級(jí)。礦井“六大系統(tǒng)”完善并正常使用。

龍灘礦第一個(gè)智能化綜采試驗(yàn)工作面為3124S工作面，如圖1所示。該工作面走向長(zhǎng)1 523 m，傾斜長(zhǎng)200 m；煤厚1.0～3.86 m，平均1.6 m；煤層傾角3°～7°，平均4°；煤層硬度f(wàn)=0.22～0.48；上距K2煤層平均距離5.55 m。煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單至復(fù)雜。原煤屬富灰、高硫、中等發(fā)熱量、特低磷煤，可采儲(chǔ)量約79.40萬(wàn)t；工作面煤層含夾矸2～4層，厚度0～0.45 m，矸石巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖；工作面頂板為泥巖、砂質(zhì)泥巖，底板為砂質(zhì)泥巖、鋁質(zhì)泥巖，直接頂厚3～4 m，基本頂厚度8～9 m。工作面無(wú)大的地質(zhì)構(gòu)造，水文地質(zhì)簡(jiǎn)單，無(wú)頂?shù)装宄袎核绊懀?124S工作面煤層原始瓦斯含量為9.55 m3/t。煤塵具有爆炸性。煤層屬易自然發(fā)火煤層，發(fā)火期63天。該工作面開(kāi)采區(qū)域?qū)俚販卣^(qū)。目前，該工作面機(jī)、風(fēng)巷設(shè)計(jì)斷面為凈寬4.6 m、凈高2.8 m梯形斷面，沿煤層頂板掘進(jìn)，風(fēng)巷實(shí)施沿空護(hù)巷；機(jī)、風(fēng)巷均布置有底板抽放巷。

2.1 智能化綜采的目標(biāo)及功能

智能化綜采的目標(biāo)包括：

1) 2名操作人員在工作面機(jī)巷集中控制設(shè)備列車上操作，實(shí)現(xiàn)工作面自動(dòng)割煤。

2) 生產(chǎn)過(guò)程中，工作面實(shí)現(xiàn)少人，生產(chǎn)班減少到8人/班。

3) 智能化綜采工作面按“兩采一準(zhǔn)”實(shí)現(xiàn)10刀/d，日推進(jìn)8 m，年產(chǎn)原煤100萬(wàn)t。

智能化綜采的主要功能包括:

1) 在工作面機(jī)巷建立智能化集中控制平臺(tái)，控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)工作面生產(chǎn)設(shè)備協(xié)調(diào)聯(lián)動(dòng)控制，具備采煤工況、設(shè)備自我感知和故障診斷能力。所有自動(dòng)化裝備實(shí)現(xiàn)集中控制和地面遠(yuǎn)控,并能人工干預(yù)。

2) 采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)記憶自動(dòng)截割。

圖1 龍灘3124S綜采工作面設(shè)備布置圖

3) 液壓支架、刮板輸送機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)跟機(jī)作業(yè)。

4) 水處理、乳化液系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)集中供配液。

5) 帶式輸送機(jī)、橋式轉(zhuǎn)載機(jī)等輔助設(shè)備實(shí)現(xiàn)無(wú)人操作。

6) 順槽超前支架自移支護(hù)，機(jī)巷管纜線自動(dòng)拖移，控制平臺(tái)與變壓器等設(shè)備串聯(lián)成車整體隨移。

2.2 工作面設(shè)備配套

1) 采煤機(jī)采用MG320/710-WD3型。

2) 刮板輸送機(jī)采用SGZ764/630型；橋式轉(zhuǎn)載機(jī)采用SZZ764/200型;破碎機(jī)為PCM110型。

3) 液壓支架、超前支架、帶式輸送機(jī)及輔助設(shè)備。工作面液壓支架采用ZY4000/12/25D型；運(yùn)輸巷超前支架采用ZTYC18000/16/34D型；回風(fēng)巷超前支架采用ZTHC20000/16/34D型；帶式輸送機(jī)采用DSJ80/60/2×160型；帶式輸送機(jī)自移機(jī)尾采用ZY2700型；智能化輔助設(shè)備包括設(shè)備臺(tái)車等。

2.3 智能化綜采控制系統(tǒng)

電液控綜采工作面智能化順槽集中控制系統(tǒng)、支架電液控、工作面供液及泵站采用自動(dòng)化集中控制系統(tǒng)，采煤機(jī)、刮板機(jī)、超前支護(hù)、組合開(kāi)關(guān)、順槽帶式輸送機(jī)集中控制系統(tǒng)等，如圖2所示。電液控智能化順槽集中控制系統(tǒng)按照智能化綜采的要求進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)工作面智能化開(kāi)采。

1) 順槽集中監(jiān)控中心。每臺(tái)監(jiān)控主機(jī)配2臺(tái)礦用本安型顯示器，1臺(tái)顯示器顯示支架視頻，1臺(tái)顯示器顯示采煤機(jī)視頻，1臺(tái)顯示器顯示采煤機(jī)、三機(jī)相關(guān)信息，1臺(tái)顯示器顯示支架電液控相關(guān)信息。2臺(tái)本安操作臺(tái)，其中一臺(tái)操作臺(tái)負(fù)責(zé)進(jìn)行液壓支架遠(yuǎn)程操作，另一臺(tái)操作臺(tái)負(fù)責(zé)對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操作及對(duì)三機(jī)進(jìn)行集中控制。主要有檢測(cè)功能、控制功能、故障診斷功能。

2) 工作面1 000 M工業(yè)以太網(wǎng)。通過(guò)有線及光纖對(duì)工程面所有數(shù)據(jù)進(jìn)行高速傳輸。

3) 工作面視頻系統(tǒng)。對(duì)工作面視頻進(jìn)行采集傳輸。每6個(gè)支架配備1臺(tái)礦用本安型攝像儀，安裝于支架的頂梁上，安裝于本架拍攝方向與工作面平行；每3個(gè)支架配備1臺(tái)礦用本安型攝像儀,安裝于本架拍攝方向垂直于工作面，照向煤壁。對(duì)工作面進(jìn)行無(wú)死角監(jiān)控。

4) 液壓支架電液控遠(yuǎn)程與協(xié)調(diào)控制系統(tǒng)。在支架電液控制系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，工作面順槽監(jiān)控中心的液壓支架遠(yuǎn)程操作臺(tái)，對(duì)液壓支架進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。遠(yuǎn)程控制延時(shí)不大于500 ms。以電液控計(jì)算機(jī)主畫(huà)面和工作面視頻畫(huà)面為輔助手段，通過(guò)操作支架遠(yuǎn)程操作臺(tái)實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架的遠(yuǎn)程控制。

5) 采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。由采煤機(jī)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)采用采煤機(jī)記憶自動(dòng)割煤及系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化采煤，遠(yuǎn)程控制延時(shí)不大于500 ms；采煤機(jī)具備自動(dòng)化控制系統(tǒng)，包括記憶截割功能，記憶學(xué)習(xí)能實(shí)現(xiàn)隨停隨學(xué)，隨停隨存儲(chǔ)。

6) 工作面破碎機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、刮板輸送機(jī)及帶式輸送機(jī)的集中控制系統(tǒng)。通過(guò)順槽控制中心集中控制，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障報(bào)警。

7) 水處理及集成供液系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)為集中分布式控制方式，實(shí)現(xiàn)集中與就地控制功能；實(shí)現(xiàn)集中供液用水自動(dòng)過(guò)濾、自動(dòng)加藥、自動(dòng)軟化和反滲透處理，自動(dòng)供水、自動(dòng)反洗；實(shí)現(xiàn)乳化液自動(dòng)配比和乳化液濃度在線檢測(cè)；自動(dòng)配液站、進(jìn)水過(guò)濾站、乳化液給水反滲透水處理裝置等實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制；油位、液位、濃度及各個(gè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)等參數(shù)全部進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳；根據(jù)集成供液系統(tǒng)的控制命令自動(dòng)向乳化液供液箱內(nèi)補(bǔ)充乳化液。

8) 地面部分。采用以太網(wǎng)實(shí)現(xiàn)綜采設(shè)備數(shù)據(jù)上傳，通過(guò)礦井自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò),將綜采設(shè)備的數(shù)據(jù)傳到井上，實(shí)現(xiàn)地面調(diào)度指揮中心對(duì)綜采設(shè)備的遠(yuǎn)程自動(dòng)化控制；在地面調(diào)度中心對(duì)綜采設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、顯示；實(shí)現(xiàn)綜采設(shè)備數(shù)據(jù)的集成，視頻及運(yùn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；向第三方提供標(biāo)準(zhǔn)的OPC協(xié)議，實(shí)現(xiàn)礦井自動(dòng)化集成。

圖2 綜采智能化控制系統(tǒng)示意圖

3 復(fù)雜地質(zhì)條件下的智能化工作面的關(guān)鍵技術(shù)探索

3.1 工作面三機(jī)配套技術(shù)

工作面地質(zhì)條件復(fù)雜，空間受限，相關(guān)設(shè)備需緊湊化，三機(jī)配套復(fù)雜困難。

1) 遇斷層截割巖石量往往超過(guò)中厚煤層，裝機(jī)功率要求大、機(jī)面高度要求低且過(guò)煤空間要求大的矛盾十分突出。 選用雙截割電動(dòng)機(jī)2×160 kW的MG320/710-WD3型采煤機(jī)，降低了機(jī)面高度，增加了過(guò)煤空間,又滿足了大功率的要求。

2) 復(fù)雜地質(zhì)條件工作面煤層高度變化大，在煤厚1.3～2.5 m之間時(shí)，由于以上智能化裝備兩巷高度不能低于2.5 m，傳統(tǒng)三機(jī)配套后，刮板輸送機(jī)機(jī)頭、機(jī)尾會(huì)超出煤壁1.2～1.4 m，刮板輸送機(jī)機(jī)頭機(jī)尾就會(huì)出現(xiàn)懸空現(xiàn)象。傳統(tǒng)的解決方案就是設(shè)置機(jī)頭機(jī)尾墊架，機(jī)頭、機(jī)尾前方浮煤清理不及時(shí)，推移困難同時(shí)可能引起漂溜。

探索將機(jī)頭、機(jī)尾處刮板輸送機(jī)三節(jié)中部槽變線，保證足夠臥底量，將機(jī)頭、機(jī)尾超出煤壁控制在800 mm，使機(jī)頭、機(jī)尾向工作面回縮，機(jī)頭做成整體剛性結(jié)構(gòu)，機(jī)頭、機(jī)尾，取消墊架。機(jī)頭處刮板輸送機(jī)布置伸出示意圖如圖3所示。

圖3 機(jī)頭處刮板輸送機(jī)布置伸出示意圖

機(jī)頭、機(jī)尾處取消墊架后，為防止機(jī)頭、機(jī)尾掉下工作面，機(jī)頭、機(jī)尾設(shè)置平行于底板的大拖架，通過(guò)過(guò)渡支架直接整體推移機(jī)頭、機(jī)尾。

設(shè)計(jì)機(jī)頭機(jī)尾各兩架過(guò)渡支架，在機(jī)頭機(jī)尾第一支架外側(cè)增設(shè)輔助推移裝置，增大推移力，使支架能推動(dòng)整體式機(jī)頭、機(jī)尾。輔助推移示意圖如圖4所示。

圖4 輔助推移示意圖

3.2 瓦斯治理技術(shù)

復(fù)雜地質(zhì)條件下工作面瓦斯含量大，具有突出危險(xiǎn)性，在實(shí)施智能化采煤過(guò)程中，如果不提前做好瓦斯處理，會(huì)影響智能化割煤推進(jìn)速度，難以實(shí)現(xiàn)快速推進(jìn)，失去智能化綜采的意義，因此開(kāi)展智能化綜采必須先做好工作面瓦斯治理。

龍灘煤礦屬于單一開(kāi)采煤層，312采區(qū)實(shí)測(cè)最大壓力瓦斯為1.05 MPa，含量為10.067 m3/t，具有突出危險(xiǎn)性，采取大直徑高密度順層鉆孔預(yù)抽煤層瓦斯。鉆孔在機(jī)、風(fēng)巷間隔2 m相向布置，鉆孔直徑94 mm。為提高工作面瓦斯預(yù)抽效果，確保智能化綜采不受瓦斯災(zāi)害影響，順層鉆孔施工前采取水力壓裂增透技術(shù)，壓裂孔在機(jī)風(fēng)巷內(nèi)有間隔10 m布置1個(gè)，孔深90 m，壓力不低于32 MPa。工作面區(qū)域效果檢驗(yàn)采用在機(jī)風(fēng)巷間隔40 m處各布置1個(gè)檢驗(yàn)測(cè)點(diǎn)，實(shí)測(cè)煤層殘余瓦斯含量，區(qū)域驗(yàn)證采取連續(xù)鉆屑指標(biāo)法進(jìn)行判定。工作面區(qū)防、局防嚴(yán)格執(zhí)行“四位一體”防突措施。 通過(guò)這些技術(shù)和措施，做好工作面瓦斯治理，為智能化快速推進(jìn)打下基礎(chǔ)。

3.3 兩巷超前支護(hù)技術(shù)

沿空留巷和超前支護(hù)的主要難題：一是兩巷超前支護(hù)的支護(hù)效果和自移的效果是否滿足智能化快速推進(jìn)的要求；二是風(fēng)巷超前支護(hù)反復(fù)支撐后對(duì)風(fēng)巷頂?shù)装宓钠茐模蝗窃O(shè)置的超前支護(hù)要滿足支護(hù)過(guò)程規(guī)避錨索及巷道通風(fēng)的要求。通過(guò)研究，設(shè)計(jì)了機(jī)、風(fēng)巷超前支架。

1) 運(yùn)輸巷超前支護(hù)。運(yùn)輸巷共布置超前支護(hù)約25 m，分為5組，每組支架分左右兩架，單組長(zhǎng)度約為4.92 m；超前支架頂梁采用窄頂梁的形式，以滿足支護(hù)過(guò)程規(guī)避錨索及巷道通風(fēng)的要求；每組超前支架左右兩架用橫梁連接為一個(gè)整體，共有支撐立柱8件，推移千斤頂2件，第1、3排支撐立柱為一個(gè)整體，第2、4排支撐立柱為一個(gè)整體，相互間通過(guò)“邁步自移”的方式實(shí)現(xiàn)向前推進(jìn)；頂梁與支撐立柱鉸接，可沿頂板傾斜方向調(diào)節(jié)，以保證其始終與頂板有效接觸，保證支護(hù)可靠；轉(zhuǎn)載機(jī)安裝于超前支架與煤壁之間，超前支架的移動(dòng)及支護(hù)不影響轉(zhuǎn)載機(jī)的移動(dòng)及檢修；超前支架上設(shè)計(jì)有可用于電纜夾安裝的安裝座，電纜布置于超前支架內(nèi)頂梁下方，可通過(guò)超前支架的移動(dòng)實(shí)現(xiàn)電纜的跟隨移動(dòng)。機(jī)巷超前支架布置如圖5所示。

2) 回風(fēng)巷超前支護(hù)?；仫L(fēng)巷超前支護(hù)與運(yùn)輸巷超前支護(hù)的布置類似，超前支架的結(jié)構(gòu)原理也類似，但因刮板輸送機(jī)機(jī)尾會(huì)超出煤壁一部分，故此處的超前支架需特別設(shè)計(jì)，避免支撐立柱與刮板輸送機(jī)機(jī)尾干涉,如圖6所示。

圖5 機(jī)巷超前支架布置圖

圖6 風(fēng)巷超前支架布置示意圖

3.4 煤層數(shù)據(jù)建模技術(shù)

煤巖識(shí)別技術(shù)一直以來(lái)都是國(guó)內(nèi)外綜采自動(dòng)化的研究熱點(diǎn)，目的是使采煤機(jī)可以自動(dòng)識(shí)別并沿煤巖交界線進(jìn)行自適應(yīng)截割。目前主要的煤巖識(shí)別方式有γ射線探測(cè)紅外線探測(cè) ，振動(dòng)、聲音、電流檢測(cè)分析，圖像識(shí)別，激光粉塵濃度識(shí)別等[4]。由于煤巖物理性狀的多樣性和復(fù)雜性，采煤機(jī)工況振動(dòng)影響因素的復(fù)雜性及工作面生產(chǎn)環(huán)境條件的復(fù)雜性，要實(shí)現(xiàn)煤巖界面在線識(shí)別準(zhǔn)確、穩(wěn)定和實(shí)用將是一個(gè)長(zhǎng)期的難題。因此通過(guò)煤層數(shù)據(jù)采集和煤層物探技術(shù)建立工作面煤層數(shù)據(jù)模型，輔以人工干預(yù)，作為智能化割煤控制。

1) 煤層數(shù)據(jù)采集。在掘進(jìn)綜采工作面兩巷期間，每天安排礦井地測(cè)人員收集工作面煤層情況，具體參數(shù)有：煤層傾角、夾石層厚度及層位、煤層厚度及層位、斷層等構(gòu)造參數(shù)(走向、傾向、落差)，并以導(dǎo)點(diǎn)控制距離，確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確。井下收集的現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)在地面利用礦井地質(zhì)攝錄系統(tǒng)，建立數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表，編錄成圖。

2) 煤層數(shù)據(jù)建模技術(shù)作為趨勢(shì)控制是實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)自適應(yīng)割煤的有效解決方案。根據(jù)煤層建模的數(shù)據(jù)預(yù)設(shè)梯度調(diào)整采煤機(jī)滾筒高度，調(diào)整速度及梯度緩和，可以避免人工調(diào)整造成的頂?shù)装暹^(guò)渡不平緩,頂、底留臺(tái)等問(wèn)題。在自動(dòng)控制設(shè)置中按照煤層建模實(shí)際情況，每次調(diào)整保持一小段距離，一是保證頂?shù)装暹^(guò)渡平緩，二是在調(diào)整后，通過(guò)操作人員確定調(diào)整是否到位，實(shí)現(xiàn)采高調(diào)整的閉環(huán)控制。

3.5 千兆以太網(wǎng)技術(shù)

工作面100 MB工業(yè)以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò)具備有線和無(wú)線接入功能，單點(diǎn)故障時(shí)網(wǎng)絡(luò)自愈時(shí)間不超過(guò)12 ms，網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)不超過(guò)0.6 ms[5]。工作面以太網(wǎng)主要由本安型綜采綜合接入器、本安型光電轉(zhuǎn)換器、本安型交換機(jī)、礦用隔爆兼本安型穩(wěn)壓電源、礦用光纜等組成,對(duì)工程面所有數(shù)據(jù)進(jìn)行高速傳輸。在傳輸過(guò)程中，視頻信息數(shù)據(jù)占據(jù)了傳輸通道的大部分帶寬，在實(shí)際使用過(guò)程中，會(huì)出現(xiàn)圖像卡頓現(xiàn)象，圖像質(zhì)量也不清晰，數(shù)據(jù)發(fā)生擁擠是還會(huì)造成控制信號(hào)中斷，嚴(yán)重影響自動(dòng)化控制的執(zhí)行。因此對(duì)工業(yè)以太網(wǎng)在帶寬、速度、反應(yīng)時(shí)間等方面不斷提出新要求。

千兆以太網(wǎng)技術(shù)采用了與目前已經(jīng)應(yīng)用成熟的百兆以太網(wǎng)技術(shù)相同的幀格式、幀結(jié)構(gòu)、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議、全/半雙工工作方式、流控模式以及布線系統(tǒng)。良好的保持了百兆以太網(wǎng)的兼容性和可擴(kuò)展性，百兆以太網(wǎng)升級(jí)到千兆以太網(wǎng)不必改變網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序、網(wǎng)管部件和網(wǎng)絡(luò)操作系統(tǒng)，能夠最大程度地投資保護(hù)。千兆以太網(wǎng)的優(yōu)勢(shì)：傳輸速度快，網(wǎng)絡(luò)中的設(shè)備有更高的相應(yīng)速度、更快的反應(yīng)時(shí)間；網(wǎng)絡(luò)帶寬大，網(wǎng)絡(luò)中可以容納更多的設(shè)備。滿足工作面數(shù)據(jù)傳輸高效、高速、高性能的要求。

4 結(jié)論

綜采工作面智能化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)煤礦高效安全開(kāi)采的關(guān)鍵，加快其關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān)是實(shí)現(xiàn)綜采工作面智能化的必然選擇。國(guó)內(nèi)外研究機(jī)構(gòu)通過(guò)不懈努力已取得一些階段性成果，但目前成功應(yīng)用的礦井主要是條件好的工作面，對(duì)于復(fù)雜地質(zhì)條件、大傾角、急傾斜工作面還未實(shí)現(xiàn)，要真正解決復(fù)雜地質(zhì)條件下的綜采工作面智能化技術(shù),主要有以下問(wèn)題需要進(jìn)一步研究。

1) 大傾角、急傾斜的主動(dòng)、可控防倒防滑技術(shù)。大傾角支架都設(shè)置了防倒防滑裝置，通過(guò)智能化控制系統(tǒng)，將防倒防滑裝置結(jié)合起來(lái)，實(shí)現(xiàn)主動(dòng)、可控的防倒防滑技術(shù)是解決大傾角、急傾斜自動(dòng)跟機(jī)移架的關(guān)鍵。

2) 上下出口端頭支架支護(hù)自移技術(shù)。上下出口端頭的支護(hù)，特別是下端頭的支護(hù)，是急傾斜的難題，現(xiàn)有的支護(hù)主要采取的端頭支架支護(hù)方式為人工操作。目前已經(jīng)成功應(yīng)用，需要研究如何通過(guò)自動(dòng)化控制技術(shù)代替人工操作，實(shí)現(xiàn)快速移動(dòng)。

3) 液壓支架扶正技術(shù)。支架質(zhì)量大則下滑分力大，如果支架由于下滑使支架不垂直刮板輸送機(jī)時(shí)，支架就會(huì)呈鋸齒狀布置。一是影響了梁端距，易使采煤機(jī)割到頂梁損壞設(shè)備；二是在推溜時(shí)會(huì)向上或向下的分力促使刮板輸送機(jī)上竄或下滑。需要研究自動(dòng)控制的支架導(dǎo)向裝置，強(qiáng)行擺正支架，使支架始終與刮板輸送機(jī)保持垂直狀態(tài)，從而避免推輸送機(jī)時(shí)推力產(chǎn)生的分力使刮板輸送機(jī)有上竄下滑的趨勢(shì)。

4) 刮板輸送機(jī)的下滑自動(dòng)控制技術(shù)。工作面輸送機(jī)防滑問(wèn)題是急傾斜和大傾角煤層綜采工作面“三機(jī)”防滑的基礎(chǔ)，因此必須有效控制輸送機(jī)的下滑。需要研究整體推溜技術(shù)，整體調(diào)整刮板輸送機(jī)狀態(tài)技術(shù)，通過(guò)自動(dòng)化控制防止和修正刮板輸送機(jī)的下滑。

5) 煤層物探技術(shù)。針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下工作面煤層的變化，僅僅采用礦井地測(cè)人員收集工作面煤層情況來(lái)建立工作面煤層數(shù)據(jù)模型,是不能滿足智能化綜采工作面快速推進(jìn)需要的。所以必須借助先進(jìn)的物探技術(shù),探明工作面的真實(shí)構(gòu)造, 建立工作面煤層數(shù)據(jù)模型,輸入智能化集中控制平臺(tái),配合記憶截割功能,有效解決智能化割煤的準(zhǔn)確性及工作面的快速推進(jìn)。

6) 片幫控制技術(shù)。在大傾角大采高工作面，一是采高大片幫的煤矸較多，二是傾角大超過(guò)了煤矸自溜角，片幫的煤矸就會(huì)下沖到工作面下出口，壓死轉(zhuǎn)載機(jī)，堵死下出口而影響通風(fēng)，引發(fā)安全事故。通常會(huì)設(shè)置伸縮梁與二級(jí)護(hù)幫裝置。需要研究自動(dòng)控制技術(shù)解決割煤及時(shí)收護(hù)幫、及時(shí)支護(hù)、及時(shí)支護(hù)到位的難題。

以上問(wèn)題如能得到很好的解決，智能化技術(shù)將能真正應(yīng)用到復(fù)雜地質(zhì)條件下大傾角、急傾斜工作面，使煤礦工人工作環(huán)境由過(guò)去的“臟、苦、險(xiǎn)、累”，變成現(xiàn)在地面采煤，才能將高危行業(yè)向本質(zhì)安全型轉(zhuǎn)變，這將是建設(shè)本質(zhì)安全型礦井和煤炭生產(chǎn)方式變革的發(fā)展方向。