淺談煤礦采煤機(jī)的自動(dòng)化與智能化技術(shù)

司寧，蘇傳洋

（兗礦能源集團(tuán)股份有限公司東灘煤礦，山東 鄒城 273500）

近年來(lái)，不少煤礦業(yè)已明確煤礦采煤自動(dòng)化與智能化對(duì)煤礦生產(chǎn)效率和安全提升的意義，然而，其應(yīng)用范圍依舊缺少寬泛性，技術(shù)水平亟需深入提升。因此，煤礦企業(yè)需要高度關(guān)注自動(dòng)化與智能化技術(shù)的應(yīng)用問(wèn)題，注重煤礦生產(chǎn)自動(dòng)控制系統(tǒng)的投入，研發(fā)和應(yīng)用更先進(jìn)的煤礦生產(chǎn)技術(shù)，以使煤礦開(kāi)采的高度智能化目標(biāo)實(shí)現(xiàn)。

1 煤礦采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化控制類型

1.1 軟啟動(dòng)控制

煤礦采煤機(jī)的啟動(dòng)環(huán)節(jié)會(huì)形成非常大的電流沖擊，這較易損壞設(shè)備，并且使電網(wǎng)的穩(wěn)定性受到影響。因此，采煤機(jī)實(shí)施軟啟動(dòng)控制方式，并且對(duì)頻率和電壓進(jìn)行逐步增加，可以緩慢啟動(dòng)采煤機(jī)，防范設(shè)備受到電流的沖擊。軟啟動(dòng)控制不但能夠?qū)崿F(xiàn)設(shè)備應(yīng)用年限的延長(zhǎng)，而且可以確保電網(wǎng)運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定。

1.2 變頻控制

煤礦采煤機(jī)應(yīng)結(jié)合工作荷載對(duì)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行優(yōu)化，從而實(shí)現(xiàn)工作效率的提升，而變頻控制能夠使電機(jī)轉(zhuǎn)速的無(wú)級(jí)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)，進(jìn)而跟工作工作荷載相適應(yīng)。變頻控制不但能夠?qū)崿F(xiàn)采煤機(jī)運(yùn)行效率的提升，而且可以降低運(yùn)行能耗和成本。

1.3 高壓供電控制

煤礦采煤機(jī)的運(yùn)行要求高壓電源的支持，為此，要求應(yīng)用高壓供電控制系統(tǒng)控制和監(jiān)測(cè)高壓電源，確保采煤機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定和安全。高壓供電控制系統(tǒng)還能夠?qū)崟r(shí)控制與監(jiān)測(cè)電流和電壓等，從而實(shí)現(xiàn)電網(wǎng)安全性和穩(wěn)定性的提升。

2 煤礦采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化技術(shù)

2.1 監(jiān)控通信技術(shù)

作為煤礦采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化的一種關(guān)鍵技術(shù)方式，監(jiān)控通信技術(shù)的主導(dǎo)功能在于結(jié)合通信網(wǎng)絡(luò)與傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)控以及傳輸采煤機(jī)信息，確保遠(yuǎn)程控制和監(jiān)控采煤機(jī)的運(yùn)行。煤礦采煤機(jī)中大都應(yīng)用轉(zhuǎn)速傳感器、壓力傳感器、溫度傳感器等，能夠?qū)Σ擅簷C(jī)的運(yùn)行情況進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)。結(jié)合相應(yīng)的傳感器取得信息可以向監(jiān)控平臺(tái)反饋，以分析和處理信息。同時(shí)，通信網(wǎng)絡(luò)也屬于煤礦采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制的重要一環(huán)，其囊括了無(wú)線與有線通信網(wǎng)絡(luò)，通常有線通信網(wǎng)絡(luò)能夠應(yīng)用光纖通信技術(shù)，能夠穩(wěn)定與高效地傳輸信息，無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)結(jié)合無(wú)線傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)能夠在復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境條件下穩(wěn)定傳輸采煤機(jī)的移動(dòng)信息。應(yīng)用監(jiān)控通信技術(shù)則能夠?qū)崟r(shí)監(jiān)控采煤機(jī)和傳輸信息，確保采煤機(jī)的安全和高效運(yùn)行，還能夠分析和處理數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)工作模式的優(yōu)化，以及很好地節(jié)省能耗。

2.2 刮板機(jī)智能控制技術(shù)

刮板機(jī)智能控制技術(shù)指的是應(yīng)用智能控制技術(shù)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與采煤機(jī)刮板，在采煤機(jī)中心部件中，刮板機(jī)的功能在于向煤礦輸送機(jī)構(gòu)運(yùn)輸采煤機(jī)挖掘的煤層，為此，刮板機(jī)的運(yùn)行安全性和效率直接影響煤礦生產(chǎn)效率以及工作效率。應(yīng)用智能刮板控制技術(shù)可以實(shí)時(shí)控制與監(jiān)測(cè)刮板機(jī)的運(yùn)行速度、深度、軌跡等，應(yīng)用電子控制器與傳感器可以控制刮板機(jī)的工作參數(shù)信息和運(yùn)行狀態(tài)。應(yīng)用信息技術(shù)可以對(duì)監(jiān)測(cè)的信息進(jìn)行分析和計(jì)算，進(jìn)而智能控制刮板機(jī)，確保其運(yùn)行安全性和效率的提升。像是在實(shí)時(shí)控制刮板機(jī)的基礎(chǔ)上能夠使自動(dòng)化運(yùn)行的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，防范人工控制的負(fù)擔(dān)和誤差，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)運(yùn)行效率的提升，確保系統(tǒng)整體的穩(wěn)定運(yùn)行。當(dāng)然，智能刮板控制技術(shù)還能夠診斷與預(yù)警刮板機(jī)的故障以及實(shí)時(shí)分析和處理故障，以使設(shè)備生產(chǎn)損失和維修成本減小。

2.3 液壓支架敏捷高效供液系統(tǒng)

液壓支架敏捷高效供液系統(tǒng)即對(duì)煤礦采煤機(jī)的液壓支架供液系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)控制與監(jiān)測(cè)，煤礦采煤機(jī)對(duì)上部煤層支撐的部件即液壓支架，液壓支架可以確保采煤機(jī)運(yùn)行的安全性，液壓支架供液系統(tǒng)與采煤機(jī)運(yùn)行安全性和效率息息相關(guān)。智能供液系統(tǒng)在液壓支架中的應(yīng)用能夠結(jié)合采煤機(jī)的運(yùn)行需求以及狀態(tài)實(shí)時(shí)調(diào)節(jié)液壓支架的壓力、供液量大小，確保液壓支架的安全與穩(wěn)定運(yùn)行。具體而言，智能供液系統(tǒng)能夠結(jié)合電子控制器與傳感器器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)液壓支架的工業(yè)壓力以及狀態(tài)，且對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和計(jì)算，即應(yīng)用信息技術(shù)可以使控制的智能化目的實(shí)現(xiàn)。液壓支架敏捷高效供液系統(tǒng)采集和分析信息可以智能診斷與預(yù)警支架，從而大大提升煤礦生產(chǎn)的穩(wěn)定性和可靠性。像是對(duì)液壓支架運(yùn)行情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)與分析，能夠?qū)崟r(shí)明確其異常情況和故障狀態(tài)，且實(shí)施診斷與預(yù)警，防范擴(kuò)大故障而影響生產(chǎn)。

2.4 記憶截割控制技術(shù)

作為一種采煤機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)，記憶截割控制技術(shù)應(yīng)用了機(jī)器學(xué)習(xí)算法和人工智能，此技術(shù)結(jié)合傳感器對(duì)各種運(yùn)行工況下的采煤機(jī)效率、巖層硬度、截割電流等進(jìn)行記錄，且在算法模型中輸入相關(guān)信息，從而可以進(jìn)行建模或?qū)W習(xí)。在優(yōu)化和學(xué)習(xí)模型中獲得截割電流與煤層硬度的關(guān)系，以提供合理的截割控制標(biāo)準(zhǔn)。在具體應(yīng)用中采煤機(jī)對(duì)截割電流進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，且比較分析業(yè)已構(gòu)建的關(guān)系模型和實(shí)時(shí)信息，進(jìn)而能夠?qū)馗铍娏鞔笮∵M(jìn)行自動(dòng)化調(diào)整，從而實(shí)現(xiàn)最理想的采煤效果。記憶截割控制技術(shù)的長(zhǎng)處是精準(zhǔn)性強(qiáng)，結(jié)合精準(zhǔn)建模以及自動(dòng)控制，能夠?qū)崿F(xiàn)采煤機(jī)運(yùn)行精度和效率的提升，以及使煤炭能耗減小，并且降低操作者的工作負(fù)荷。因此，煤礦采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化控制中應(yīng)用此技術(shù)具備良好的發(fā)展前景。

2.5 故障診斷技術(shù)

故障診斷技術(shù)能夠借助監(jiān)測(cè)儀器和傳感器等診斷與監(jiān)測(cè)采煤機(jī)，實(shí)時(shí)發(fā)現(xiàn)和處理故障問(wèn)題。并且，故障診斷技術(shù)還能夠分析和處理信息，預(yù)測(cè)采煤機(jī)會(huì)形成的故障，事先進(jìn)行保養(yǎng)和維護(hù)，防范故障而影響生產(chǎn)。故障診斷技術(shù)重點(diǎn)涵蓋傳感器監(jiān)測(cè)技術(shù)，即安裝監(jiān)測(cè)儀器或傳感器，然后實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采煤機(jī)的一系列部件運(yùn)行情況，以及在安裝振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀器和加速度傳感器的基礎(chǔ)上能夠監(jiān)測(cè)采煤機(jī)的振動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而斷定是否面臨故障問(wèn)題。故障診斷技術(shù)的應(yīng)用中，通過(guò)分析信息和應(yīng)用處理技術(shù)都是以采集傳感器監(jiān)測(cè)的信息為基礎(chǔ)，然后對(duì)采煤機(jī)運(yùn)行情況做出評(píng)價(jià)。像是結(jié)合對(duì)電流、壓力、溫度等信息的分析，能夠評(píng)價(jià)采煤機(jī)的異?；蚬收蠁?wèn)題。在分析和處理采煤機(jī)歷史信息的基礎(chǔ)上，能夠預(yù)測(cè)采煤機(jī)會(huì)發(fā)生的故障，且事先開(kāi)展保養(yǎng)和維護(hù)。像是分析和處理采煤機(jī)歷史信息，可以預(yù)測(cè)其故障問(wèn)題，如在對(duì)采煤機(jī)歷史信息進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，能夠判斷一些部件的壽命業(yè)已超期，進(jìn)而事先開(kāi)展保養(yǎng)和維護(hù)，防范故障問(wèn)題影響生產(chǎn)的正常開(kāi)展。應(yīng)用智能化診斷技術(shù)可以實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)和分析采煤機(jī)的運(yùn)行情況，從而智能預(yù)警和診斷采煤機(jī)故障，像是分析采煤機(jī)的溫度和振動(dòng)信息，可以斷定采煤機(jī)的一系列部件面臨異?；蚬收蠁?wèn)題，且實(shí)時(shí)進(jìn)行解決。

2.6 自動(dòng)調(diào)高技術(shù)

作為采煤機(jī)的一種智能控制技術(shù)，自動(dòng)調(diào)高技術(shù)結(jié)合傳感器實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤層高度和采煤機(jī)，從而對(duì)采煤機(jī)的高度進(jìn)行自動(dòng)化調(diào)整，此技術(shù)能夠很好地防范煤層與采煤機(jī)間接觸的太過(guò)疏離或接近，確保煤層跟截割刀具接觸狀態(tài)的最理想化，從而實(shí)現(xiàn)采煤質(zhì)量和效率的提升。自動(dòng)調(diào)高技術(shù)還能夠防范采煤機(jī)高度不適宜而形成刮煤或卡鉆的情況，進(jìn)而確保安全生產(chǎn)。自動(dòng)調(diào)高技術(shù)的作用主要有兩種，即自動(dòng)調(diào)整采煤機(jī)高度和監(jiān)測(cè)煤層高度，其中，在監(jiān)測(cè)煤層高度上可以應(yīng)用各種傳感器（光電傳感器、超聲波、激光雷達(dá)等）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤層高度，確保對(duì)煤層坡度與高度的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，從而提供采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)整的精準(zhǔn)根據(jù)。采煤機(jī)自動(dòng)調(diào)高技術(shù)結(jié)合控制系統(tǒng)能夠智能匹配煤層跟采煤機(jī)高度，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)采煤效率的提升、成本的減小，并且使煤礦生產(chǎn)的安全風(fēng)險(xiǎn)和工作負(fù)荷降低。控制系統(tǒng)向采煤機(jī)液壓系統(tǒng)傳送計(jì)算的采煤機(jī)高度指令，以自動(dòng)調(diào)整采煤機(jī)高度，以及結(jié)合反饋控制算法調(diào)整采煤機(jī)高度，保障煤層跟采煤機(jī)高度相適應(yīng)?？傊?，自動(dòng)調(diào)高技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)煤礦采煤智能化水平的提升，并且能夠使人工干預(yù)的錯(cuò)誤率和工作負(fù)荷減小。

2.7 機(jī)載計(jì)算機(jī)控制技術(shù)

機(jī)載計(jì)算機(jī)控制技術(shù)屬于一種開(kāi)發(fā)、保護(hù)、管理煤礦的重要技術(shù)，其智能化和自動(dòng)化水平較高，能夠使自動(dòng)化開(kāi)采煤礦的目標(biāo)實(shí)現(xiàn)，且具備安全性和穩(wěn)定性特點(diǎn)。機(jī)載計(jì)算機(jī)控制重點(diǎn)結(jié)合反饋與邏輯控制來(lái)監(jiān)控保護(hù)整體采煤機(jī)設(shè)備的流量、壓力、溫度、荷載等。機(jī)載計(jì)算機(jī)控制可以提供反饋、邏輯運(yùn)算及接口，從而控制設(shè)備的流量、壓力、荷載、溫度等，并且能夠在線統(tǒng)計(jì)應(yīng)處理操作員的傳感器、視覺(jué)交互信息，還能夠處理雷達(dá)信息以及拓展視頻和音頻，以及跟外部網(wǎng)絡(luò)相連接。煤礦生產(chǎn)環(huán)境非常惡劣，煤礦采掘應(yīng)關(guān)注基本控制機(jī)制的設(shè)計(jì)和智能信息的開(kāi)發(fā)，并且還需要向操作員直接傳輸圖形人機(jī)界面，以便于統(tǒng)計(jì)與分析有關(guān)信息，且通過(guò)雷達(dá)、視頻、音頻形式傳輸相關(guān)信息，保障控制主體的穩(wěn)定與安全。而機(jī)載計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的集中控制結(jié)構(gòu)從而單片機(jī)結(jié)構(gòu)逐步轉(zhuǎn)變成為網(wǎng)絡(luò)配電結(jié)構(gòu)，其具備良好的擴(kuò)展性與穩(wěn)定性，也方便操作維護(hù)與后續(xù)維護(hù)。而有效統(tǒng)一網(wǎng)絡(luò)配電結(jié)構(gòu)與單片機(jī)結(jié)構(gòu)能夠確保機(jī)載計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)在高濕度、沙塵條件下不間斷運(yùn)行，以及與一些安全執(zhí)行器及傳感器相連接，從而實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)設(shè)備運(yùn)行穩(wěn)定性和適應(yīng)性的提升。

3 煤礦采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化技術(shù)應(yīng)用水平提升的策略

3.1 合理與科學(xué)設(shè)計(jì)無(wú)線網(wǎng)傳輸技術(shù)

為了提升煤礦采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化水平，需要綜合把控煤礦生產(chǎn)工作面，優(yōu)化設(shè)計(jì)無(wú)線網(wǎng)傳輸技術(shù)應(yīng)用方案。應(yīng)用無(wú)線網(wǎng)傳輸技術(shù)應(yīng)確保其通信質(zhì)量，這就要求與其他技術(shù)手段相配合，以及歸納通信經(jīng)驗(yàn)，且立足于對(duì)無(wú)線交換機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的有效把控，執(zhí)行有效合理的優(yōu)化對(duì)策，保障無(wú)線交換機(jī)運(yùn)行的高效與穩(wěn)定，確保能夠傳輸一系列資源和實(shí)現(xiàn)便捷化?；跓o(wú)線網(wǎng)傳輸技術(shù)影響下，采煤生產(chǎn)中的各種交換機(jī)械可以協(xié)調(diào)工作，并且，不管是傳輸信息，還是控制信息，都能夠?qū)崿F(xiàn)工作需求。另外，也需要高度關(guān)注采煤機(jī)運(yùn)行中應(yīng)用的硬件設(shè)施，確保設(shè)計(jì)的科學(xué)性。為此，要求有關(guān)人員對(duì)無(wú)線交換機(jī)進(jìn)行深入分析，根據(jù)系統(tǒng)化、綜合性的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，確保交換機(jī)的穩(wěn)定運(yùn)行，從而實(shí)現(xiàn)煤礦生產(chǎn)對(duì)通信技術(shù)的應(yīng)用需求，確保煤礦生產(chǎn)中更好地體現(xiàn)無(wú)線傳輸技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。

3.2 有效設(shè)計(jì)和控制截割路徑

煤礦采煤中務(wù)必關(guān)注采煤機(jī)的效能，對(duì)滾筒高度進(jìn)行控制，確保其運(yùn)行狀態(tài)的良好，并且進(jìn)一步分析滾筒起伏高度改變情況。同時(shí)，需要有效設(shè)計(jì)和控制截割路徑，確保精準(zhǔn)識(shí)別煤層所處部位、厚度，為之后的采煤生產(chǎn)提供精準(zhǔn)的信息支撐。此外，務(wù)必關(guān)注煤巖分界狀況，可以應(yīng)用記憶技術(shù)，有效凸顯此技術(shù)的高效便捷特色，以把控煤巖界面具體情況。

3.3 調(diào)整自適應(yīng)牽引控制方案

為了實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)牽引控制的科學(xué)性，設(shè)計(jì)者需要以煤礦生產(chǎn)的整個(gè)環(huán)節(jié)為基礎(chǔ)，全面思考煤礦采煤機(jī)運(yùn)行的環(huán)境條件，進(jìn)一步分析截割環(huán)境。如果截割阻力面臨差異性，需要立足實(shí)際情況，具體分析問(wèn)題和設(shè)計(jì)科學(xué)的策略，確保合理與科學(xué)地設(shè)計(jì)自適應(yīng)牽引控制方案，真正凸顯自適應(yīng)調(diào)節(jié)效果，并且確保牽引電流跟截割環(huán)境條件及其變化相適應(yīng)。同時(shí)，科學(xué)設(shè)計(jì)采煤機(jī)牽引速度，注重控制和監(jiān)管，確保順利開(kāi)采煤炭資源。此外，立足相互對(duì)接的標(biāo)準(zhǔn)，務(wù)必實(shí)時(shí)對(duì)采煤機(jī)零件進(jìn)行調(diào)節(jié)，確保采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)最為理想的性能?？傊挥泻侠砼c科學(xué)地設(shè)計(jì)自適應(yīng)牽引控制方案，才可以實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)運(yùn)行需求。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，煤礦采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化技術(shù)是實(shí)現(xiàn)升級(jí)和轉(zhuǎn)型發(fā)展的重要技術(shù)，符合社會(huì)發(fā)展的趨勢(shì)和需求，其顯著優(yōu)勢(shì)是工作負(fù)荷低、應(yīng)用率高、切割效率高，具備廣泛的應(yīng)用前景，非常值得推廣。因此，煤礦企業(yè)應(yīng)持續(xù)優(yōu)化和完善采煤機(jī)系統(tǒng)，注重合理與科學(xué)設(shè)計(jì)無(wú)線網(wǎng)傳輸技術(shù)、有效設(shè)計(jì)和控制截割路徑、調(diào)整自適應(yīng)牽引控制方案等，以提升煤礦采煤機(jī)自動(dòng)化與智能化技術(shù)應(yīng)用水平。