煤礦綜采工作面智能化技術(shù)與裝備發(fā)展研究

邊沛東

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)，山西 大同 037003）

引言

現(xiàn)階段，互聯(lián)網(wǎng)呈現(xiàn)出了飛速發(fā)展的迅猛勢態(tài)，社會各個行業(yè)都因此出現(xiàn)了全新的挑戰(zhàn)和機(jī)遇，諸多傳統(tǒng)工業(yè)都緊隨社會和時代的發(fā)展步伐，積極主動地尋求與互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的結(jié)合點(diǎn)，從而早日實(shí)現(xiàn)向著互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域的轉(zhuǎn)型[1-2]。當(dāng)前，我國正處在結(jié)構(gòu)調(diào)整以及轉(zhuǎn)型升級這一重要時期，傳統(tǒng)領(lǐng)域和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行有機(jī)融合，借此完成企業(yè)轉(zhuǎn)型這一趨勢早已成為共識和必然。因?yàn)槊禾块_采領(lǐng)域極易受到環(huán)境和安全等因素制約，所以將智能化技術(shù)和智能化設(shè)備應(yīng)用到煤礦綜采工作面中，使煤礦實(shí)現(xiàn)無人化開采有著極為關(guān)鍵的現(xiàn)實(shí)價值[3]。

1 當(dāng)前智能化技術(shù)以及裝備應(yīng)用的情況

在當(dāng)前工業(yè)技術(shù)不斷完善的背景之下，煤礦綜采的自動化技術(shù)也取得了一定進(jìn)展，并且相關(guān)研究也在不斷深入，諸多領(lǐng)域特別是在礦業(yè)開采行業(yè)中開始對此技術(shù)進(jìn)行廣泛應(yīng)用。我國在現(xiàn)階段已經(jīng)基本完成了綜采工作面自動化的目標(biāo)，同時逐漸朝智能化方向有所發(fā)展[4-5]。通過將智能化系統(tǒng)應(yīng)用到綜采工作面不僅可以對采煤機(jī)生產(chǎn)能力進(jìn)行自動化調(diào)節(jié)，還可以實(shí)時監(jiān)測運(yùn)輸系統(tǒng)壓力負(fù)荷以及工作面地質(zhì)情況變化，從而對綜采出現(xiàn)的一些不穩(wěn)定性信息與風(fēng)險因素及時監(jiān)測，最大程度確保綜采工作面工作的可靠性和安全性。

在煤礦綜采工作面所使用的智能化技術(shù)之中有一項(xiàng)技術(shù)極為關(guān)鍵，就是自動取值技術(shù)，當(dāng)開展采煤推進(jìn)作業(yè)時，應(yīng)用自動取值技術(shù)可以使工作面與巷道二者方向處于正交[6]，最大程度避免刮板輸送設(shè)備因?yàn)槭芰Σ痪鶆蚨斐蓛?nèi)部應(yīng)力偏大等相關(guān)問題。借助智能化技術(shù)的地理信息系統(tǒng)可以對采煤機(jī)實(shí)際工作狀況、所處位置甚至是各項(xiàng)參數(shù)等進(jìn)行實(shí)時監(jiān)測與分析，從而對采煤裝置的運(yùn)動軌跡進(jìn)行科學(xué)調(diào)控，確保采煤機(jī)不會出現(xiàn)與軌道相偏離等問題。另外，地理信息系統(tǒng)還可以給采煤機(jī)進(jìn)行導(dǎo)航，使采煤機(jī)依據(jù)系統(tǒng)給出的路線進(jìn)行自動化作業(yè)，最大程度地減輕了人工壓力。

2 現(xiàn)階段較為常見的幾種智能化技術(shù)以及設(shè)備的發(fā)展方向

2.1 智能液壓支架

就目前所使用的綜采液壓支架來說，其內(nèi)部的電液控制系統(tǒng)實(shí)際上并沒有完全與液壓支架結(jié)構(gòu)達(dá)到完美融合。將電液控制系統(tǒng)真正融合到綜采液壓支架內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)傳感器、支架機(jī)械結(jié)構(gòu)以及控制裝置等完美融合，實(shí)現(xiàn)一體式的液壓支架結(jié)構(gòu)，不僅可使支架整體生產(chǎn)成本得到大幅降低，還可以促使液壓支架向著智能化方向發(fā)展。

要對液壓支架進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，對智能化技術(shù)的遠(yuǎn)程控制體系的科學(xué)應(yīng)用尤為關(guān)鍵。借助該技術(shù)能夠在監(jiān)控中心直接操控液壓支架控制臺，同時通過工作面的視頻界面等便能夠輔助完成遠(yuǎn)程控制等一系列操作活動。

2.2 智能采煤裝置

通過智能采煤裝置能夠按照具體的采煤需求對工作模式進(jìn)行科學(xué)有效的切換，借助傳感裝置來采集與分析采煤機(jī)和對應(yīng)支架位置關(guān)系以及工作情況，以此來對采煤機(jī)工作軌跡進(jìn)行預(yù)測，從而能夠更好地實(shí)現(xiàn)采煤裝置以及其他輔助類機(jī)械的自動化作業(yè)。在智能采煤裝置內(nèi)安裝監(jiān)控系統(tǒng)，可以對采煤機(jī)工作的具體信息進(jìn)行及時有效反饋，例如采煤機(jī)的工作狀態(tài)和所處位置等，同時中心控制系統(tǒng)可以依照工作的實(shí)際需要為采煤機(jī)的滾筒設(shè)置升降等命令，以此對采煤機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程操控，最大程度地提升開采可靠性和安全性。

2.3 視頻監(jiān)控技術(shù)

借助視頻監(jiān)控技術(shù)創(chuàng)造一個綜采工作面三維形態(tài)的采煤環(huán)境，對工藝設(shè)備以及實(shí)際采礦作業(yè)進(jìn)行科學(xué)直觀模擬，操作人員可在任何時間直接進(jìn)入到系統(tǒng)所模擬的所有區(qū)域之中，達(dá)到人機(jī)互動的目的，擺脫工作面施工時間與空間等因素造成的束縛。另外，視頻監(jiān)控系統(tǒng)也可以對物體運(yùn)動的不同狀態(tài)、具體種類以及對應(yīng)設(shè)備的信息等進(jìn)行識別，甚至能夠模擬出設(shè)備的運(yùn)行規(guī)律，以此來對空間狀態(tài)進(jìn)行確定進(jìn)而創(chuàng)造一個和實(shí)際環(huán)境近乎一致的虛擬化空間，為煤礦開采作業(yè)提供更為準(zhǔn)確且系統(tǒng)化的信息數(shù)據(jù)，最終實(shí)現(xiàn)優(yōu)化生產(chǎn)整體流程的目的。

3 智能化技術(shù)以及裝備發(fā)展趨勢

隨著科學(xué)技術(shù)的快速發(fā)展，特別是近些年間光電子技術(shù)的飛速發(fā)展，煤礦綜采工作面的智能化水平逐步提升，并且將會呈現(xiàn)高發(fā)展態(tài)勢。一方面，可以在放煤作業(yè)過程中借助對應(yīng)的識別控制算法獲取放煤模型，以此完成放煤自動化，從而緩解工作人員工作負(fù)荷以及壓力；另一方面，借助無線電波以及紅外線等當(dāng)前較為成熟的技術(shù)，進(jìn)一步開發(fā)分辨率較高的新型傳感裝置，從而降低煤巖界面識別難度，提升識別速度，為采煤機(jī)滾筒調(diào)高自動化控制功能的實(shí)現(xiàn)打下良好基礎(chǔ)。按照煤礦開采需要研發(fā)組合型調(diào)高技術(shù)，在調(diào)高系統(tǒng)中應(yīng)用雷達(dá)探測等頂尖技術(shù)，實(shí)現(xiàn)工作面高度的自動調(diào)整與自動檢測。

由于綜采工作面巷道為狹長造型，使得測量定位技術(shù)的應(yīng)用過程受到一定影響。因此，需要充分考慮采煤機(jī)截割時產(chǎn)生的煤塵造成的干擾，不能采用常規(guī)化激光定位技術(shù)，必須根據(jù)裝置實(shí)際情況科學(xué)調(diào)整裝置定位的進(jìn)度，擺脫過去僅對工作面直線進(jìn)行檢測的思維，通過組合多種機(jī)械裝置的方式，增強(qiáng)檢測質(zhì)量，提升檢測工作的效率，精準(zhǔn)把控相鄰的液壓支架和刮板輸送機(jī)位置，保證工作面在推進(jìn)作業(yè)過程中能夠逐漸趨于一條直線，達(dá)到調(diào)直這一目的。

基于智能化技術(shù)控制，煤礦綜采工作面液壓支架能夠?qū)δ硢雾?xiàng)操作以及自動化功能進(jìn)行連續(xù)有效的執(zhí)行，然而由于頂?shù)装骞ぷ鳝h(huán)境相對復(fù)雜，使得難以達(dá)到預(yù)期支架動作效果。為此，要進(jìn)一步強(qiáng)化裝置的自動化水平，使設(shè)備在操作時能夠得到及時修正以及調(diào)整，以此來降低采煤機(jī)與刮板輸送機(jī)等采掘設(shè)備受到不利因素影響的概率。

4 結(jié)語

將智能化技術(shù)與裝備應(yīng)用到煤礦領(lǐng)域，能夠極大地提升煤礦開采的整體質(zhì)量與效率，也促使煤礦企業(yè)由勞動密集型轉(zhuǎn)向技術(shù)密集型。在當(dāng)前時代背景下，將會有越來越多更為先進(jìn)的智能化技術(shù)和設(shè)備被應(yīng)用到煤礦開采領(lǐng)域，同時軟件開采系統(tǒng)同樣也會得到進(jìn)一步完善，各個系統(tǒng)之間的信息數(shù)據(jù)共享必將趨于穩(wěn)定，煤礦生產(chǎn)水平一定能夠得到全面提升，從而為煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的進(jìn)一步提升提供有力保障。