煤礦綜采工作面自動(dòng)化智能化開采技術(shù)研究

趙士虎

淮北礦業(yè)股份有限公司楊柳煤礦 安徽 淮北 235000

引言

當(dāng)下煤礦綜合機(jī)械化開采工作逐步趨向于信息化、智能化方向轉(zhuǎn)變。傳統(tǒng)綜采活動(dòng)開展多數(shù)以人工為主，開采效率較低，開采期間的人力成本較高，難以保障開采環(huán)節(jié)綜合效益。通過實(shí)施綜采工作面智能化開采工作，能夠切實(shí)提升綜采水平，消除綜采環(huán)節(jié)的安全隱患，以最小經(jīng)濟(jì)投入換取最大化開采效益，推動(dòng)煤礦事業(yè)可持續(xù)發(fā)展進(jìn)程。

1 自動(dòng)化智能化開采概念及結(jié)構(gòu)

1.1 自動(dòng)化智能化開采技術(shù)概念

自動(dòng)化智能化開采技術(shù)主要就是借助先進(jìn)的開采系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)開采全過程管控目標(biāo)，提升開采水平。

自動(dòng)化開采期間的采煤機(jī)與配套工作多數(shù)依照預(yù)定軌跡運(yùn)行，難以結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況調(diào)整運(yùn)行參數(shù)[1]。智能化開采期間的采煤機(jī)及配套設(shè)施可針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)情況及時(shí)調(diào)整設(shè)備運(yùn)行軌跡與運(yùn)行位置，具備較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力，但引進(jìn)成本較高，需工作人員具備專業(yè)操作水平。

自動(dòng)化智能化開采技術(shù)的關(guān)鍵主要就是設(shè)備智能化，包括采煤機(jī)制的話、液壓支架智能化、刮板輸送機(jī)智能化等，使采煤機(jī)設(shè)備能夠根據(jù)環(huán)境情況開展相應(yīng)處理，保障煤礦采煤工作高效安全實(shí)施。

1.2 自動(dòng)化智能化開采結(jié)構(gòu)

自動(dòng)化智能化煤礦機(jī)構(gòu)可分為感知層、傳輸層、平臺(tái)層與決策層。

感知層就是感知層網(wǎng)絡(luò)，主要功能是感知與采集。開展自動(dòng)化與智能化開采工作環(huán)節(jié)，可以通過運(yùn)行傳感器、監(jiān)控設(shè)備實(shí)施設(shè)備檢測(cè)工作，確保檢測(cè)設(shè)備能夠始終處于安全高效運(yùn)行狀態(tài)。

傳輸層配備了有線接口、無線接口設(shè)施，可以積極開展數(shù)據(jù)傳輸與反饋工作，使感知層采集到的信息能夠由終端接收。傳輸層運(yùn)行水平可直接影響到煤礦綜采智能化自動(dòng)化工作實(shí)施效果，通過傳輸傳感器采集到的各類信息，實(shí)現(xiàn)識(shí)別風(fēng)險(xiǎn)源、事前管控安全隱患、制定專項(xiàng)可行安全管理機(jī)制[2]。借助傳輸層與各部門還能夠開展交互管理活動(dòng)，進(jìn)一步擴(kuò)大管理覆蓋面，滿足安全可靠管理要求。

決策層由人員定位系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)、專家決策系統(tǒng)等先進(jìn)的智能化自動(dòng)化設(shè)施組成，對(duì)管理活動(dòng)進(jìn)行系統(tǒng)決策，發(fā)現(xiàn)并解決存在于綜采工作開展期間的各類問題，優(yōu)化開采資源配置。

2 煤礦綜采工作面自動(dòng)化智能化開采技術(shù)應(yīng)用優(yōu)勢(shì)

相較于普通煤礦綜采技術(shù)手段而言，自動(dòng)化智能化開采技術(shù)的優(yōu)勢(shì)具體體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

2.1 開采效率更高

智能化自動(dòng)化開采工作可通過使用先進(jìn)設(shè)施及技術(shù)手段，最大限度控制人工成本，降低因人為操作不當(dāng)?shù)纫蛩卦斐傻拈_采安全事故及質(zhì)量問題發(fā)生概率，保障開采工作有序?qū)嵤嵘旱V開采效率[3]。在煤礦綜采工作實(shí)施過程中借助計(jì)算機(jī)設(shè)施，也能夠?qū)C(jī)械產(chǎn)能展開合理配置，避免設(shè)備出現(xiàn)空轉(zhuǎn)等情況，提升資源利用率。

2.2 保障煤礦開采安全實(shí)施

在煤礦綜采環(huán)節(jié)進(jìn)行自動(dòng)化與智能化改造，可以控制下井人數(shù)，落實(shí)安全管理職責(zé)，提升開采全過程安全效益[4]。不僅如此，智能化設(shè)施還配備了自檢系統(tǒng)，在設(shè)備故障或運(yùn)行異常的情況下能夠及時(shí)發(fā)出預(yù)警，降低安全事故發(fā)生概率。

煤礦綜采環(huán)境可直接影響到開采工作的安全性，借助智能化設(shè)備實(shí)時(shí)監(jiān)控并采集地理環(huán)境信息，能夠在發(fā)現(xiàn)安全隱患的情況下立即通知井下工作人員撤離，降低安全事故發(fā)生概率。

2.3 提升煤礦開采數(shù)據(jù)利用率

自動(dòng)化智能化開采技術(shù)手段也能夠提升開采環(huán)節(jié)各數(shù)據(jù)利用率，結(jié)合數(shù)據(jù)分析結(jié)果，提升開采全過程管理水平。具體來說，通過采集并分析施工現(xiàn)場(chǎng)地理?xiàng)l件、采礦設(shè)施運(yùn)行軌跡、機(jī)械高度等數(shù)據(jù)，制定出最佳開采技術(shù)方案，確保開采工作有序?qū)嵤?/p>

3 煤礦綜采工作面自動(dòng)化智能化開采技術(shù)種類

3.1 液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化智能化開采

液壓支架主要用于控制巖層，為綜采工作提供一個(gè)安全可靠的環(huán)境。液壓支架的智能化工作需要維持作業(yè)頂板穩(wěn)定性，結(jié)合巖層阻力，實(shí)施調(diào)節(jié)工作阻力。液壓支架工作阻力過大或過小都會(huì)影響到工作面開采效果，在工作阻力較大的情況下，頂板受到的壓應(yīng)力就越大，在穩(wěn)固性不足的情況下極易出現(xiàn)破損問題，引發(fā)冒頂事故。在液壓支架工作阻力較小的情況下，頂板的下沉量隨之增大，致使采煤機(jī)難以始終處于正常運(yùn)行狀態(tài)[5]。

液壓支架跟進(jìn)自動(dòng)化工作開展環(huán)節(jié)設(shè)置到的參數(shù)主要包括壓力值、傾角、采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)、液壓支架位置等。通過開展自動(dòng)化割煤工作，能夠滿足自動(dòng)化決策目標(biāo)，對(duì)液壓支架中部根機(jī)動(dòng)作進(jìn)行調(diào)節(jié)，提升端頭清浮煤及推進(jìn)裝載機(jī)水平。液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化智能化開采工作也能夠有效銜接工作面，確保工作面設(shè)備始終處于安全可靠的運(yùn)行狀態(tài)，降低液壓支架設(shè)備故障問題發(fā)生概率。

建立液壓支架遠(yuǎn)程控制平臺(tái)，也能夠全面收集工作面視頻數(shù)據(jù)，判斷頂板完整性，自動(dòng)糾偏工作面支架位置，配合機(jī)器視覺技術(shù)，精準(zhǔn)計(jì)算出支架的位移情況。

3.2 采煤機(jī)記憶截割

采煤機(jī)是綜采工作面重要設(shè)施，采煤機(jī)運(yùn)行水平可直接影響到綜采工作開展全過程的經(jīng)濟(jì)效益。采煤機(jī)智能化方向需要依照煤層賦存情況自動(dòng)切換切割高度值，精準(zhǔn)判別煤層厚度范圍，避免切割高度不足導(dǎo)致資源被浪費(fèi)，切割高度過大，使采煤機(jī)更易磨損。

采煤機(jī)機(jī)切割技術(shù)就是結(jié)合采煤機(jī)液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化與象限轉(zhuǎn)換點(diǎn)，將采煤機(jī)記憶切割每項(xiàng)劃分為多個(gè)區(qū)域，在切割環(huán)節(jié)靈活管控工作參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)、滾筒高度軌道，構(gòu)成切割機(jī)運(yùn)行期間的記憶模塊。調(diào)節(jié)參數(shù)過程中對(duì)結(jié)液壓支架工作面積采煤機(jī)，對(duì)采煤全過程展開自動(dòng)化調(diào)節(jié)，保障采煤工作高效開展。

采煤機(jī)的自動(dòng)化管理工作還可自動(dòng)側(cè)斜并調(diào)整采煤位置，將綜采工作面平行于液壓支架，避免工作面偏離預(yù)定位置，導(dǎo)致開采期間的安全性受到不利影響。

3.3 工作面視頻監(jiān)控

在采煤工作開展過程中使用工作面視頻監(jiān)控技術(shù)手段，能夠運(yùn)用攝像機(jī)追蹤采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)，使跟機(jī)設(shè)備及推送有效對(duì)接，對(duì)采煤全過程進(jìn)行可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3.4 刮板輸送機(jī)智能化

刮板輸送機(jī)也是煤礦綜采工作面的重要裝煤設(shè)施之一，通過對(duì)刮板輸送機(jī)進(jìn)行智能化改造，能夠進(jìn)一步提高煤礦運(yùn)輸效率。在刮板輸送機(jī)智能化改造環(huán)節(jié)，可判別刮板輸送機(jī)及液壓支架的平行線，自動(dòng)校正設(shè)備位置，明確支架設(shè)備范圍，對(duì)設(shè)備運(yùn)行期間的管理情況進(jìn)行靈活管控，避免設(shè)備在運(yùn)行期間出現(xiàn)故障問題。

4 煤礦綜采工作面自動(dòng)化智能化放頂煤技術(shù)

4.1 振動(dòng)法自動(dòng)放煤技術(shù)

振動(dòng)法自動(dòng)放煤工藝就是借助振動(dòng)傳感器設(shè)施，識(shí)別不同硬度物體碰撞期間產(chǎn)生出的信號(hào)，對(duì)煤矸自動(dòng)放落全過程展開嚴(yán)密監(jiān)控，主要被應(yīng)用在煤矸石硬度差異較大的開采工作中。

在振動(dòng)法自動(dòng)放煤過程中，需要采用前端平滑處理、電信號(hào)去噪技術(shù)以及功率譜分析處理技術(shù)，在智能化工作面中安裝不同種類的傳感器，借助信息融合算法將收集到的各項(xiàng)數(shù)據(jù)信號(hào)展開系統(tǒng)處理，使處理后的信息能夠通過信號(hào)指令的方式控制液壓支架等設(shè)備運(yùn)行，滿足放煤口開閉控制目標(biāo)，有序開展機(jī)械房沒工作。

4.2 記憶模式自動(dòng)放煤

記憶模式自動(dòng)化放煤技術(shù)的智能化水平更高，多設(shè)備應(yīng)用在地質(zhì)條件良好、采煤工藝穩(wěn)定的礦井采環(huán)節(jié)。放頂煤技術(shù)的重復(fù)性強(qiáng)，通過使用記憶模式自動(dòng)放煤方法，可以對(duì)采煤機(jī)的記憶切割煤象限進(jìn)行合理分配，詳細(xì)記錄下他們工作開展期間的各項(xiàng)工作參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)以及滾筒運(yùn)行軌道高度數(shù)值，借助智能化運(yùn)算方式開展及以切割模板以及自動(dòng)放煤工作，實(shí)現(xiàn)放煤目標(biāo)。

智能化開采工作開展環(huán)節(jié)還需要將放煤控制裝置安裝在液壓支架上，存儲(chǔ)采煤機(jī)械設(shè)備在實(shí)際生產(chǎn)環(huán)節(jié)的各工序、持續(xù)以及工作參數(shù)等信息，結(jié)合運(yùn)行環(huán)境特征，靈活優(yōu)化智能處理運(yùn)算方法，滿足智能化啟動(dòng)范圍目標(biāo)。

5 煤礦綜采工作面自動(dòng)化智能化開采技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展速度進(jìn)一步加快，煤礦綜采面的智能化已成為煤礦行業(yè)重要發(fā)展趨勢(shì)?，F(xiàn)階段煤礦綜采工作面自動(dòng)化與智能化環(huán)節(jié)依然存在較多問題亟待解決：

當(dāng)下煤礦綜采工作面的自動(dòng)化與智能化水平處于有待提升階段，智能化手段難以滿足開采要求。如在采礦期間使用的傳感器種類雖然較多，但傳感器運(yùn)行期間的信號(hào)傳輸能力較弱、傳輸距離較短。在大型機(jī)械設(shè)備運(yùn)行過程中，信息處理極易出現(xiàn)過載情況，在現(xiàn)場(chǎng)指揮期間的局域網(wǎng)信號(hào)較弱，需要在未來發(fā)展工作開展過程中加強(qiáng)自動(dòng)化智能化技術(shù)研發(fā)管控力度；

煤礦運(yùn)輸環(huán)節(jié)存在的問題較多，難以保障選址效果。如煤礦層分布地質(zhì)環(huán)節(jié)的選址錯(cuò)誤，需要使用非視測(cè)量技術(shù)手段以及傳統(tǒng)煤礦運(yùn)輸方法進(jìn)行地址移動(dòng)；

煤礦行業(yè)的高新技術(shù)人才較少。現(xiàn)階段煤礦綜采工作大部分依然由經(jīng)驗(yàn)豐富的技術(shù)人員及礦工負(fù)責(zé)實(shí)施，此類工作人員對(duì)自動(dòng)化與智能化知識(shí)的理解能力較為薄弱，難以推動(dòng)煤礦綜采面自動(dòng)化與智能化發(fā)展進(jìn)程，需要更多先進(jìn)人才加入，為采煤行業(yè)發(fā)展提供重要的人才保障。

6 提升煤礦綜采工作面自動(dòng)化智能化開采技術(shù)應(yīng)用水平的具體措施

首先，進(jìn)一步完善煤礦開采技術(shù)手段。當(dāng)下煤礦智能化與自動(dòng)化改造工作已然成為煤礦企業(yè)重要發(fā)展方向，需要積極引進(jìn)先進(jìn)開采技術(shù)，為企業(yè)創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)收益。運(yùn)行智能化開采設(shè)備也可以排除設(shè)備運(yùn)行期間的安全隱患，提高開采效率。

其次，企業(yè)需要具備創(chuàng)新精神及長(zhǎng)遠(yuǎn)規(guī)劃，通過使用自動(dòng)化智能化技術(shù)手段，也可以完善綜采工作面開采理論體系，借助煤礦智能開采方式開展現(xiàn)場(chǎng)管理工作。因煤礦開采工作場(chǎng)地較大，使用人工開采方式經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)失誤問題，需要結(jié)合智能化開采方式，為生產(chǎn)全過程提供全面指導(dǎo)。

最后，有序開展煤礦綜采工作一體化、自動(dòng)化工作，節(jié)省人力及物力開采成本，實(shí)現(xiàn)事前管控采礦安全隱患目標(biāo)。將機(jī)械生產(chǎn)及信息技術(shù)結(jié)合在一起，提升煤礦開采總量，使企業(yè)能夠緊跟智能化、自動(dòng)化發(fā)展進(jìn)程。提高采煤工作開展精準(zhǔn)度，配合使用雷達(dá)探測(cè)、紅外線探測(cè)技術(shù)手段，對(duì)采煤全過程展開智能化控制，實(shí)施智能模擬模型推演，分析采煤動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，滿足煤礦智能化生產(chǎn)目標(biāo)。

7 結(jié)束語

總而言之，將自動(dòng)化、智能化設(shè)施應(yīng)用在煤礦綜采環(huán)節(jié)，能夠切實(shí)提升煤礦開采水平，保障開采工作高質(zhì)高效開展。現(xiàn)階段國內(nèi)自動(dòng)化智能化開采技術(shù)的發(fā)展速度逐漸加快，在煤礦綜采工作開展過程中還需要著重關(guān)注采煤機(jī)、液壓支架與刮板輸送機(jī)等智能化改造工作，培養(yǎng)高素質(zhì)工作人員，穩(wěn)定有序推動(dòng)我國煤礦生產(chǎn)事業(yè)智能化發(fā)展進(jìn)程。