姜秀雷
摘 ?要:改革開(kāi)放以來(lái),我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)和科學(xué)技術(shù)得到了快速的發(fā)展和進(jìn)步,人們對(duì)煤炭產(chǎn)品的需求量也不斷提高。在此背景下,需要我國(guó)煤礦企業(yè)對(duì)煤炭開(kāi)采作業(yè)進(jìn)行更新和優(yōu)化,切實(shí)提高我國(guó)煤炭行業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和效率,不斷滿足人們?nèi)粘5氖褂眯枨蟆T诿旱V進(jìn)行開(kāi)采作業(yè)時(shí)和智能化技術(shù)進(jìn)行深度融合能夠?qū)﹂_(kāi)采效果給予充足的保障。所以,本文以煤礦綜采工作為例,重點(diǎn)分析了煤礦綜采工作面的智能化技術(shù)以及對(duì)裝備的管理,分析了裝備的應(yīng)用和管理的趨勢(shì)。旨為切實(shí)提高煤炭綜采作業(yè)的質(zhì)量和效率,并給同行提供相應(yīng)的理論參考。
關(guān)鍵詞:煤礦;綜采工作面;智能化;技術(shù);裝備;管理
引言
目前我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)進(jìn)入了一個(gè)迅猛發(fā)展的時(shí)期,各個(gè)行業(yè)領(lǐng)域也因此都面臨著全新的發(fā)展機(jī)遇和挑戰(zhàn),許多傳統(tǒng)的工業(yè)制造業(yè)都不得不與時(shí)俱進(jìn),緊跟時(shí)代發(fā)展的步伐,主動(dòng)與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)深度融合,尋找契合點(diǎn),向著互聯(lián)網(wǎng)發(fā)展領(lǐng)域成功轉(zhuǎn)型。目前我國(guó)正處于轉(zhuǎn)型升級(jí)的重要節(jié)點(diǎn),互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和傳統(tǒng)的領(lǐng)域正在進(jìn)行有機(jī)融合,以此來(lái)幫助企業(yè)順利完成轉(zhuǎn)型,這一目標(biāo)已經(jīng)成為了企業(yè)發(fā)展的共識(shí)和必然。因?yàn)槊旱V開(kāi)采工作中經(jīng)常受到安全因素和環(huán)境因素的干擾制約,因此在煤礦綜采工作面中融入智能化的技術(shù)和智能化的設(shè)備已經(jīng)是必然的發(fā)展趨勢(shì)和要求,幫助煤礦業(yè)實(shí)現(xiàn)無(wú)人化開(kāi)采有著積極的現(xiàn)實(shí)意義[1]。
一、煤礦綜采工作面智能化技術(shù)和智能化設(shè)備發(fā)展現(xiàn)狀
在煤礦綜采工作面中所使用到的技術(shù)設(shè)備主要有采煤機(jī)、一鍵啟停運(yùn)輸機(jī)、跟機(jī)自動(dòng)裝備、液壓支架裝備和電液控制裝備等。由于高速光纖網(wǎng)絡(luò)在最近幾年中得到了高速的發(fā)展,綜采工作面和光纖網(wǎng)絡(luò)連接的模式正在逐漸覆蓋監(jiān)控系統(tǒng),因此這一點(diǎn)也成為了實(shí)現(xiàn)全自動(dòng)化和智能化的綜采工作面的重要決定因素。
運(yùn)輸機(jī)、液壓支架以及采煤機(jī)都是綜采工作面中獨(dú)立存在的設(shè)備,這也是決定了三個(gè)設(shè)備對(duì)應(yīng)著的不同控制形式,盡管對(duì)煤礦綜采面已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了集中監(jiān)測(cè)的任務(wù)目標(biāo),但是因?yàn)檩^多外界因素的影響,綜采設(shè)備的功能仍然還有許多上升的空間,如果想要通過(guò)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)相關(guān)的資料進(jìn)行搜集和傳遞,不僅要合理的設(shè)置監(jiān)控平臺(tái),還要搭建一個(gè)控制系統(tǒng),真正的通過(guò)視頻系統(tǒng)以及遙控系統(tǒng)對(duì)工作面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制的目標(biāo)。
通過(guò)查閱文獻(xiàn)和研究結(jié)果可知,制約煤礦綜采工作面實(shí)現(xiàn)智能化發(fā)展的原因主要有以下幾點(diǎn):第一,并未建立一個(gè)統(tǒng)一高效的通信平臺(tái)。通過(guò)煤礦綜采工作面延伸出的信息網(wǎng)絡(luò),其最主要的工作是收集傳輸大數(shù)據(jù)視頻以及相關(guān)的信息資料,如果沒(méi)有建立一個(gè)統(tǒng)一的平臺(tái),將會(huì)對(duì)信息資源的實(shí)效性共享產(chǎn)生較大的影響,換言之,也就是無(wú)法實(shí)時(shí)共享監(jiān)控設(shè)備中的數(shù)據(jù)信息。第二,工作面仍然不具備自動(dòng)找直的功能?,F(xiàn)在許多發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)對(duì)工作面找直作業(yè)開(kāi)展了深入的研究和分析,也獲得了一定的成績(jī)。比如,將自動(dòng)系統(tǒng)與導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行深入融合,并且對(duì)相關(guān)設(shè)備給予一定的功能,如自動(dòng)找直、控制水平等,但是也此過(guò)程中也需要了解自動(dòng)測(cè)量對(duì)位移和距離的要求是比較高的,如果測(cè)量的精準(zhǔn)度無(wú)法達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)要求,那么后續(xù)的工作則會(huì)很難開(kāi)展。第三,工作面偶爾還會(huì)發(fā)生竄滑的情況。通常情況下煤層的結(jié)構(gòu)是十分復(fù)雜的,對(duì)運(yùn)行狀態(tài)下的刮板運(yùn)輸機(jī)來(lái)說(shuō),如果遇到十分復(fù)雜的煤層結(jié)構(gòu),那么工作面會(huì)發(fā)生整體下滑的情況,嚴(yán)重時(shí)還會(huì)導(dǎo)致刮板機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)之間的距離產(chǎn)生偏移和改變,不論是減小距離還是增大距離,都有很大的可能會(huì)發(fā)生安全事故,因此現(xiàn)在煤礦行業(yè)內(nèi)人們經(jīng)常熱議的話題就是如何徹底解決工作面竄滑的相關(guān)問(wèn)題[2]。
職能化工作面包含了記憶識(shí)別機(jī)制、視頻系統(tǒng)、一鍵開(kāi)關(guān)以及遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)等等,與安全感應(yīng)技術(shù)、遠(yuǎn)程控制技術(shù)和視頻技術(shù)等許多先進(jìn)的科技進(jìn)行了有效結(jié)合,吸取其長(zhǎng)處和優(yōu)勢(shì),完成了對(duì)綜采工作面進(jìn)行總體控制的任務(wù)目標(biāo)。
二、智能化工作面的開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用
(一)智能液壓支架
根據(jù)我國(guó)目前所使用的綜采液壓支架而言,液壓支架的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和其內(nèi)部的蒂娜也控制系統(tǒng)從根本上來(lái)講兩者并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)完美的融合。在綜采液壓支架的內(nèi)部完全融入電液控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)支架機(jī)械結(jié)構(gòu)、控制裝置和傳感器等設(shè)備實(shí)現(xiàn)完美的融合,實(shí)現(xiàn)一體式的液壓支架結(jié)構(gòu),不但可以有效降低整體支架的生產(chǎn)成本,還可以促進(jìn)智能化液壓支架的不斷發(fā)展。
想要遠(yuǎn)程控制液壓支架,最關(guān)鍵的就是科學(xué)合理運(yùn)用智能化技術(shù)中的遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)[3]。通過(guò)此項(xiàng)技術(shù)能夠在監(jiān)控中心直接對(duì)液壓支架控制臺(tái)進(jìn)行操控,同時(shí)還可以利用工作面中的視頻界面等,實(shí)現(xiàn)輔助遠(yuǎn)程控制等操作過(guò)程。
(二)智能采煤裝置
智能采煤裝置可以根據(jù)具體的采煤需求,科學(xué)合理的實(shí)現(xiàn)工作模式的切換過(guò)程,合理的利用傳感裝置,對(duì)采煤機(jī)以及其對(duì)應(yīng)支架位置關(guān)系的工作狀態(tài)進(jìn)行收集分析,并以此為依據(jù),預(yù)測(cè)采煤機(jī)工作的軌跡,通過(guò)這樣的模式能夠更好地幫助采煤裝置和其他機(jī)械類(lèi)型完成自動(dòng)化的生產(chǎn)作業(yè)。將監(jiān)控系統(tǒng)安裝在智能采煤裝置中,能夠及時(shí)反饋出采煤機(jī)的具體工作信息,比如采煤機(jī)的位置或者采煤機(jī)的工作現(xiàn)狀等,同時(shí)還可以根據(jù)工作的實(shí)際需求通過(guò)中心控制系統(tǒng)對(duì)采煤機(jī)中的滾筒設(shè)置升降等指令,以此對(duì)采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操作,將采煤過(guò)程的安全性和可靠性實(shí)現(xiàn)最大程度的提升優(yōu)化。
(三)視頻監(jiān)控技術(shù)
在煤礦開(kāi)采作業(yè)中利用視頻監(jiān)控技術(shù)創(chuàng)造出一個(gè)三維形態(tài)的采煤環(huán)境,科學(xué)直觀的模擬實(shí)際的采礦作業(yè)以及相關(guān)工藝設(shè)備,在任何時(shí)候操作人員可以直接進(jìn)入模擬的區(qū)域內(nèi),以此來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)互動(dòng),徹底擺脫工作面施工的空間和時(shí)間等制約因素。另外通過(guò)視頻監(jiān)控系統(tǒng)也能夠識(shí)別出事物運(yùn)動(dòng)的具體種類(lèi)、設(shè)備信息以及不同的狀態(tài)等,甚至還能夠?qū)υO(shè)備的運(yùn)行規(guī)律進(jìn)行模擬,通過(guò)這樣的方式能夠確定空間狀態(tài),并且還能夠創(chuàng)造出一個(gè)與實(shí)際環(huán)境幾乎完全相同的虛擬化空間,為煤礦開(kāi)采作業(yè)提供一個(gè)更加系統(tǒng)化、準(zhǔn)確化的信息數(shù)據(jù),最終對(duì)整體的生產(chǎn)流程實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。
三、煤礦綜采職能技術(shù)和設(shè)備分析
在實(shí)現(xiàn)綜采智能化目標(biāo)的過(guò)程中,最關(guān)鍵的是要有來(lái)自科學(xué)技術(shù)以及設(shè)備給予的支持。比如設(shè)備定位技術(shù)、安全感應(yīng)技術(shù)、直線度調(diào)控技術(shù)以及圖像處理技術(shù)等等。筆者查閱相關(guān)的資料并進(jìn)行歸納總結(jié)后,將現(xiàn)有的集中主要技術(shù)和設(shè)備進(jìn)行概括。
(一)綜采職能技術(shù)
(1)監(jiān)控技術(shù)
在綜采工作面中自動(dòng)技術(shù)已經(jīng)使用了較長(zhǎng)的時(shí)間,為初步實(shí)現(xiàn)智能化目標(biāo)奠定了良好的基礎(chǔ)。但是,如果想要徹底實(shí)現(xiàn)智能化無(wú)人開(kāi)采的目標(biāo),仍然還有較多的問(wèn)題需要結(jié)局。通過(guò)研究可知,難以實(shí)現(xiàn)綜采工作面的目標(biāo)是因?yàn)樽璧K推進(jìn)的原因較多,只有將理論知識(shí)和具體的實(shí)踐進(jìn)行結(jié)合,并且對(duì)目前的發(fā)展現(xiàn)狀加以分析,以此作為基礎(chǔ),通過(guò)固定的模型對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行搜集統(tǒng)計(jì),再根據(jù)統(tǒng)籌分析的方式,將制約其發(fā)展的因素進(jìn)行總結(jié),才能有序開(kāi)展后續(xù)的工作內(nèi)容[4]。
目前在煤礦開(kāi)采作業(yè)中已經(jīng)大范圍的運(yùn)用了智能技術(shù),如防碰撞技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)。從視頻監(jiān)控方面來(lái)講,在綜采工作面中可以通過(guò)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和模擬系統(tǒng)對(duì)真實(shí)的環(huán)境進(jìn)行模擬,交互功能不斷得到應(yīng)用的同時(shí)也適當(dāng)減少了工作人員進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)的時(shí)空限制,有效提高了工作效率。除此之外,還能夠模擬三維環(huán)境、處理所輸入的信息、物體識(shí)別等,通過(guò)計(jì)算機(jī)將采礦作業(yè)的情況真實(shí)的展現(xiàn)在工作人員面前,最大程度的避免了潛在安全問(wèn)題的發(fā)生。
(2)支架防碰撞
綜采工作面得到持續(xù)推進(jìn)的方法如下:第一,工作人員提前對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況的程序進(jìn)行設(shè)置,并且對(duì)設(shè)備的故障率、使用頻率以及運(yùn)行的時(shí)長(zhǎng)進(jìn)行分析,確保準(zhǔn)確的搜集到和設(shè)備故障相關(guān)的數(shù)據(jù)信息,為日后的工作提供參考支持;第二,對(duì)工作面實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制,利用類(lèi)似高準(zhǔn)確度的定位技術(shù),全面控制支架,通過(guò)推移的過(guò)程實(shí)現(xiàn)最終目的。
防碰撞系統(tǒng)在目前采礦作業(yè)中已經(jīng)得到了個(gè)廣泛的應(yīng)用,主要體現(xiàn)在以下兩個(gè)方面:第一,確保工作人員能夠準(zhǔn)備接收到警保的信號(hào);第二,安全保護(hù)采煤機(jī)械。防碰撞系統(tǒng)的運(yùn)行原理是:當(dāng)采煤機(jī)遇到障礙時(shí)通過(guò)探測(cè)技術(shù)進(jìn)行全面的感知,如果采煤機(jī)前方存在不明事物那么會(huì)導(dǎo)致其無(wú)法正常運(yùn)行,那么防碰撞系統(tǒng)就會(huì)自動(dòng)停止采煤機(jī)運(yùn)作,利用信號(hào)傳遞的方式給工作人員帶來(lái)反饋,保證障礙能夠得到及時(shí)清理,盡快恢復(fù)采煤機(jī)的正常運(yùn)行。
(二)綜采智能設(shè)備
(1)運(yùn)輸機(jī)
在智能刮板運(yùn)輸機(jī)的結(jié)構(gòu)中,采煤機(jī)能夠?yàn)樽约旱倪\(yùn)行提供強(qiáng)有力的支持,對(duì)平直度檢測(cè)工作和直線度檢測(cè)工作產(chǎn)生了直接的決定作用,都面臨著十分嚴(yán)格的要求。想要使運(yùn)煤效率達(dá)到預(yù)期的成果,關(guān)鍵的設(shè)備就是采煤機(jī)和實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)運(yùn)輸機(jī),通過(guò)這兩種設(shè)備能夠有效避免采礦作業(yè)出現(xiàn)下滑或者運(yùn)動(dòng)等問(wèn)題,有效避免了不良影響的產(chǎn)生。此外,這兩種設(shè)備能夠提高采礦作業(yè)的準(zhǔn)確程度,工作人員需要對(duì)其提高重視程度[5]。
(2)采煤機(jī)
筆者通過(guò)研究可知,智能采煤機(jī)的優(yōu)勢(shì)在于根據(jù)采煤工藝切換工作的模式,通過(guò)微電腦系統(tǒng)內(nèi)置的傳感器裝置,搜集處理設(shè)備和設(shè)備支架的位置以及運(yùn)行的實(shí)際情況,根據(jù)信息再對(duì)設(shè)備未來(lái)的運(yùn)行軌跡進(jìn)行預(yù)判,高度契合采煤機(jī)和其他設(shè)備同時(shí)作業(yè)的時(shí)間。另外,在監(jiān)控中心內(nèi)部安裝遠(yuǎn)程操作臺(tái),將監(jiān)控采礦作業(yè)設(shè)備的位置信息及相關(guān)信息通過(guò)檢測(cè)系統(tǒng)傳達(dá)至操作臺(tái),然而視頻系統(tǒng)的作用就是對(duì)設(shè)備發(fā)布升降命令,通過(guò)網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)通信,確保操作臺(tái)能夠及時(shí)收到系統(tǒng)所發(fā)出的指令,使采煤機(jī)真正的通過(guò)遠(yuǎn)程控制實(shí)現(xiàn)智能化工作。
(3)液壓支架
液壓支架目前內(nèi)部系統(tǒng)仍然缺乏一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),這里的內(nèi)部系統(tǒng)結(jié)構(gòu)即除去電液控制系統(tǒng)和液壓支架,在結(jié)構(gòu)上沒(méi)有得到統(tǒng)一所產(chǎn)生的影響,換言之也就是液壓支架從始至終都作為智能設(shè)備的附屬品而存在。想要切實(shí)解決這個(gè)問(wèn)題,最關(guān)鍵的就是科學(xué)合理的整合液壓支架和電液控制系統(tǒng),并以此為基礎(chǔ),利用控制器、機(jī)械結(jié)構(gòu)和結(jié)合傳感器的方式,保證支架的建成成本能夠得到較大的下降空間。在一體化目標(biāo)設(shè)備實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)下,通過(guò)液壓支架展現(xiàn)出的自動(dòng)化以及智能化水平更加符合預(yù)期計(jì)劃。比如,國(guó)內(nèi)某煤礦就通過(guò)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng),通過(guò)對(duì)遠(yuǎn)程臺(tái)的設(shè)置,結(jié)合視頻技術(shù),合理的控制液壓支架和相關(guān)的設(shè)備,保證在日常作業(yè)中其價(jià)值能夠得到充分體現(xiàn)。
四、煤礦綜采工作的發(fā)展方向及展望
(一)視頻技術(shù)
未來(lái)將圍繞采煤機(jī)、液壓支架和運(yùn)輸機(jī)展開(kāi)相關(guān)的討論,通過(guò)對(duì)監(jiān)控技術(shù)和信息技術(shù)的科學(xué)應(yīng)用,在綜采工作面中不斷實(shí)現(xiàn)遙測(cè)、遙視和遙信等目標(biāo)。另外利用遠(yuǎn)程監(jiān)控設(shè)備狀態(tài)的方式,科學(xué)合理的對(duì)故障設(shè)備進(jìn)行預(yù)測(cè),為智能化系統(tǒng)設(shè)備的高效運(yùn)行提供強(qiáng)有力的支持和保障。同時(shí)工作人員還要具備一定的系統(tǒng)調(diào)控能力,這樣才能得到較為明顯的加強(qiáng)[6]。
(二)測(cè)量技術(shù)
綜采工作面或者巷道,二者都屬于狹長(zhǎng)測(cè)量的對(duì)象,在此類(lèi)環(huán)境下液壓支架等設(shè)備在無(wú)形中增加了測(cè)量的難度,但是在采礦作業(yè)中復(fù)雜的煤層結(jié)構(gòu)和地理環(huán)境,成為了設(shè)備實(shí)現(xiàn)可視測(cè)量目標(biāo)的關(guān)鍵因素。盡管在綜采工作面中都使用激光定位的定位技術(shù),但是在進(jìn)行切割作業(yè)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的煤塵,這一現(xiàn)象導(dǎo)致測(cè)量結(jié)果無(wú)法真實(shí)準(zhǔn)確的發(fā)映出實(shí)際的情況。所以創(chuàng)新原有的測(cè)量技術(shù)是十分有必要的,未來(lái)的研究重點(diǎn)應(yīng)該放在直線度測(cè)量及其控制技術(shù),工作人員應(yīng)當(dāng)給予充分的重視。
(三)識(shí)別技術(shù)
在智能化綜采工作面的發(fā)展過(guò)程中,最關(guān)鍵的就是自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。相關(guān)工作人員應(yīng)該根據(jù)煤巖防落的基本需求,建立相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型,并且利用信息技術(shù),對(duì)算法進(jìn)行有效控制和識(shí)別,只有通過(guò)這樣的方式才能夠給識(shí)別技術(shù)創(chuàng)造研發(fā)的條件。目前有約為20種的煤巖分界傳感系統(tǒng),如,煤礦工作者中人盡皆知的振動(dòng)頻譜傳感和記憶程序控制,這兩種系統(tǒng)并沒(méi)有成功進(jìn)行過(guò)渡,所以識(shí)別技術(shù)的價(jià)值從始至終都沒(méi)有得到驗(yàn)證。但是由于作業(yè)環(huán)境的復(fù)雜程度,增加了煤巖分界的辨別難度,只對(duì)不斷研發(fā)分辨率適宜的傳感器,使采煤機(jī)滾筒實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)高的目的,才能有效解決以上問(wèn)題。所以,在條件允許的情況下工作人員應(yīng)該花費(fèi)更多的時(shí)間和精力,研究組合調(diào)高技術(shù),對(duì)國(guó)外大力推廣和實(shí)施的記憶智能程控等相關(guān)技術(shù)進(jìn)行深入研究,最大程度的滿足我國(guó)煤礦作業(yè)時(shí)所提出的需求,如雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)。
五、結(jié)束語(yǔ)
總而言之,在煤礦綜采工作面的采煤工作中融合智能化技術(shù),企業(yè)應(yīng)該根據(jù)實(shí)際的需求和發(fā)展的情況,合理運(yùn)用智能化的采煤工作面,另外也應(yīng)該對(duì)設(shè)備給予良好的管理。只有這樣才能夠充分發(fā)揮出智能化技術(shù)在采煤工作面中的優(yōu)勢(shì),切實(shí)提高煤礦綜采工作面的質(zhì)量、作業(yè)效率以及安全性,給企業(yè)發(fā)展提供保障,實(shí)現(xiàn)企業(yè)健康穩(wěn)定的發(fā)展。
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