煤礦智能無人采煤技術(shù)的研究

【摘 要】無人工作面工程具備非常強(qiáng)的綜合性特點(diǎn)。基于煤炭領(lǐng)域的不斷進(jìn)步，人們?nèi)找骊P(guān)注煤礦生產(chǎn)的安全以及可持續(xù)發(fā)展問題。鑒于此，無人采煤技術(shù)不斷發(fā)展?？梢哉f，煤礦智能無人采煤技術(shù)屬于創(chuàng)新應(yīng)用一系列科技的結(jié)果。為此，本文分析了煤礦智能無人采煤技術(shù)的優(yōu)勢、組成部分，以及煤礦智能無人采煤技術(shù)的發(fā)展措施。

【關(guān)鍵詞】煤礦;智能;無人采煤;優(yōu)勢;發(fā)展

隨著我國經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對于煤炭資源的需求也是越來越多，我們國家的煤炭資源十分的豐富，分布也是十分的廣泛，但是煤礦開采的技術(shù)仍然很陳舊，嚴(yán)重影響了開采的效率，需要對于開采技術(shù)進(jìn)行革新，使用全新的技術(shù)，所以在許多煤礦開始使用綜采工作面的無人化開采技術(shù)，效果也是十分的顯著。

1.影響煤礦綜采工作面無人化開采情況

（1）環(huán)境因素

在使用無人技術(shù)來開采煤礦的時候，會受到環(huán)境的嚴(yán)重影響，在地層含有很多的瓦斯、積水等，都會嚴(yán)重阻礙煤礦的正常開采。

（2）技術(shù)因素

在開采煤炭的時候，使用了自動化的開采技術(shù)，可以大大提高開采效率，但是和人工相比，在識別煤巖分界、煤巖識別的過程中還仍存在差距，不能模仿人的正常運(yùn)作，相關(guān)的技術(shù)仍然在研究中，所以遇見開采面較為復(fù)雜的時候，無人化的開采技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)。

（3）設(shè)備因素

使用無人化開采的過程中，需要使用大量的機(jī)械，要保證使用的機(jī)械具有很高的自動化水平，可以穩(wěn)定的運(yùn)行，比如說，采煤機(jī)可以實(shí)時的進(jìn)行故障的診斷，要具備記憶截割的功能。使用綜采無人化技術(shù)的時候，要及時的檢測到開采機(jī)械的情況，保證和操作人員的實(shí)時溝通，實(shí)現(xiàn)健康延遲的目的。

2.煤礦無人開采工作面的相關(guān)技術(shù)

（1）煤巖的自動識別

在使用無人開采技術(shù)中，煤巖的自動識別是十分重要的，也是無人開采技術(shù)的重要組成部分。自動識別技術(shù)采用了紅外線、紫外線、超聲波、雷達(dá)探測等的方式，可以及時將煤炭和巖石分別，使用的技術(shù)就是記憶程序控制系統(tǒng)以及震動頻譜傳感系統(tǒng)，這兩個技術(shù)相比，記憶程序控制系統(tǒng)更為重要，可以分辨出煤巖的分界，而震動頻譜系統(tǒng)主要是應(yīng)用于巖石十分復(fù)雜的區(qū)域，可以將底下的具體情況通過頻譜的方式展現(xiàn)出來，來幫助相關(guān)的操作人員使用無人開采技術(shù)來開采煤炭。但是由于目前的技術(shù)瓶頸煤巖自動識別技術(shù)在巖石較多的地方識別的效果不好，所以在未來的研究方向中，要更大的提升煤巖傳感器的自動識別功能以及更加穩(wěn)定的控制方面，這樣就可以使用綜采工作面無人化開采應(yīng)用于更多的場景中。

（2）采煤機(jī)自動尋址技術(shù)

機(jī)定位系統(tǒng)采取優(yōu)化，主要是以下幾個方面：

①要建立一個采煤機(jī)的動力模型，由于地質(zhì)情況是不確定、隨機(jī)的，所以采煤機(jī)的設(shè)計(jì)要符合復(fù)雜多變的地質(zhì)情況、水文狀況等周邊環(huán)境，所以要建設(shè)一個完整的采煤機(jī)動力模型，保證采煤機(jī)在工作的時候是一個更好的狀態(tài)，所以需要許多的數(shù)據(jù)來更好的反映采煤機(jī)的工作情況，對于采煤機(jī)的設(shè)計(jì)人員也提出了更高的要求。

②保證數(shù)據(jù)的精確。對于采煤機(jī)的正常運(yùn)行，制造的企業(yè)需要給動力模型提供更多的數(shù)據(jù)支持，比如說采煤機(jī)的運(yùn)動時的加速度、位置坐標(biāo)的改變，在這個基礎(chǔ)上建立一個高度自主地定位系統(tǒng)來保證采煤機(jī)運(yùn)行時的整體穩(wěn)定。

③采煤機(jī)的慣性傳感器和日常的工作息息相關(guān)，由于地質(zhì)條件的不一樣，不同的定位模式也會使得采煤機(jī)的工作情況不同，要使用模擬采煤機(jī)工作時的情況，使用航位推算補(bǔ)償法，把各個影響因素進(jìn)行考慮，這樣的話，可以設(shè)計(jì)一條比較合理的采煤機(jī)運(yùn)動路線，來更好的減少誤差的發(fā)生，但是由于相關(guān)技術(shù)的不成熟，所以實(shí)際的效果并不明顯，需要加強(qiáng)航位推算系統(tǒng)的工作，用相關(guān)的位置計(jì)算，來保證采煤機(jī)的位置準(zhǔn)確。

（3）采用智能開采技術(shù)

無人化開采技術(shù)組成的部分主要是智能檢測、安全情況分析、自主判斷等的系統(tǒng)。使用智能檢測技術(shù)可以將采煤機(jī)的所有行為處于監(jiān)控中，更好的幫助采煤設(shè)備的內(nèi)部情況實(shí)時反饋給操作人員。自主判斷是一個決策系統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)地上和地下的雙向傳遞，來保證無人采煤的智能化。智能開采系統(tǒng)搭載了一個資源豐富的數(shù)據(jù)庫，可以幫助生產(chǎn)提供可視化的三維數(shù)據(jù)，提高了無人采煤的直觀性，加強(qiáng)了煤礦無人開采的信息建設(shè)，相關(guān)的工作也會更加的真實(shí)、準(zhǔn)確。但是相關(guān)技術(shù)還未成熟，所以需要組織協(xié)調(diào)、維護(hù)，幫助開采技術(shù)更好的發(fā)展。

3.煤礦智能無人采煤技術(shù)的組成部分

（1）采煤機(jī)智能定位系統(tǒng)

定位煤機(jī)的關(guān)鍵技術(shù)是電磁感應(yīng)技術(shù)、超聲波探測技術(shù)、紅外探測技術(shù)等。而整體采煤工作的主機(jī)是采煤機(jī)。當(dāng)今定位煤機(jī)的智能技術(shù)依舊較為稚嫩。為此，采煤機(jī)智能定位的重要技術(shù)在于采煤機(jī)自主定位的實(shí)現(xiàn)。而要想有效開發(fā)此系統(tǒng)，應(yīng)做好下面兩點(diǎn)：一是建構(gòu)采煤機(jī)動力模型，采煤工作面臨的環(huán)境非常多樣和復(fù)雜，建構(gòu)適宜的采煤機(jī)動力模型，確保采煤機(jī)在適應(yīng)開采條件的基礎(chǔ)上運(yùn)行的穩(wěn)定性。這要求對很多動態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行參考，且有效兼顧實(shí)際的地理環(huán)境，考慮影響傳感器的全部因素，據(jù)此建構(gòu)采煤機(jī)運(yùn)行軌跡。并且在采集和分析大數(shù)據(jù)的前提下科學(xué)建構(gòu)采煤機(jī)動力模型。二是實(shí)現(xiàn)動態(tài)目標(biāo)速度與位置的精準(zhǔn)確定。提升計(jì)算的量、精度以及轉(zhuǎn)換坐標(biāo)，分析高效、科學(xué)的求解策略。除此之外，還需要建構(gòu)地下電子導(dǎo)航數(shù)據(jù)。比較地圖數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)與搜集的采煤機(jī)運(yùn)行軌跡數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)地圖的正確匹配。同時，在監(jiān)測收集信息之后，結(jié)合地下電子地圖對采煤機(jī)的運(yùn)行進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測。

（2）定位煤機(jī)系統(tǒng)和三級配套系統(tǒng)

綜采工作面完成的工序需要借助可彎曲刮板輸送機(jī)、自移式液壓支架、雙滾筒采煤機(jī)。為了方便頂板維護(hù)，基本應(yīng)用及時支護(hù)的液壓支架支護(hù)方式，采煤機(jī)首先進(jìn)行割煤，再滯后采煤機(jī) 8- 12 臺支架移架，然后再滯后移架 8- 12 架移動刮板輸送機(jī)。為了使智能化的輸送機(jī)推移、移架、割煤過程實(shí)現(xiàn)，需要準(zhǔn)確定位采煤機(jī)，如此一來，才可以確保按部就班地開展采煤工作。當(dāng)今，定位采煤機(jī)的技術(shù)有紅外探測技術(shù)、電磁感應(yīng)開關(guān)盡管一些煤礦開展了相應(yīng)的試驗(yàn)，可是依舊需要深入探究。技術(shù)、超聲波探測技術(shù)等。

（3）調(diào)高滾筒搖臂系統(tǒng)和辨識煤巖分界系統(tǒng)

煤跟巖石存在較大差異的硬度系數(shù)，倘若采煤機(jī)割巖石，那么其截齒將被損壞，要么會更換滾筒。為了全部采出整層煤，需要結(jié)合搖臂調(diào)節(jié)采高。為此，在采煤機(jī)進(jìn)行割煤時，需要密切配合滾筒搖臂調(diào)高系統(tǒng)與煤巖辨識系統(tǒng)。

4.結(jié)語

綜上所述，煤礦智能無人采煤技術(shù)擺脫了傳統(tǒng)開采技術(shù)的限制，還需要處理不少技術(shù)性的難題。在以后的發(fā)展進(jìn)程中，需要持續(xù)解決技術(shù)難題，建構(gòu)與健全技術(shù)體系，從而在開采煤炭中體現(xiàn)更大的作用。在煤炭資源的開采過程中，最為注意就是開采人員的安全，為了更好的保障相關(guān)人員的安全，無人化的開采技術(shù)開始應(yīng)用，是一個新的發(fā)展方向，文章對于這個方向提出了相關(guān)的建議，希望煤炭開采企業(yè)可以引起重視，保障煤炭開采人員的人身安全。

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作者簡介：

李林（1983-），男，黑龍江東寧人，中級工程師，碩士，2015年7月畢業(yè)于哈爾濱理工大學(xué)安全工程專業(yè)，就職于東寧市煤炭生產(chǎn)安全管理局。

（作者單位：東寧市煤炭生產(chǎn)安全管理局）