礦井采煤工作面自動(dòng)化智能化技術(shù)及裝備發(fā)展探析-

礦井采煤工作面自動(dòng)化智能化技術(shù)及裝備開展探析摘要：本文基于當(dāng)前礦井采煤工作面自動(dòng)化、智能化生產(chǎn)現(xiàn)狀，探析了采煤工作面自動(dòng)化、智能化技術(shù)與裝備的進(jìn)展，指出了智能化工作面面臨的主要問題以及需突破的關(guān)鍵技術(shù)，并提出了一系列行之有效的開展策略，以期有助于提高礦井采煤工作面的自動(dòng)化、智能化水平，為企業(yè)創(chuàng)造更多經(jīng)濟(jì)效益。

關(guān)鍵詞：采煤工作面；自動(dòng)化；智能化；技術(shù)；裝備

礦井采煤工作面智能化生產(chǎn)現(xiàn)狀

采煤機(jī)的跟機(jī)自動(dòng)、液壓支架的電液控制、三機(jī)設(shè)備的“一鍵〞啟停等是目前國(guó)內(nèi)綜采工作面的主要技術(shù)裝備，綜采工作面連接著高速光纖網(wǎng)絡(luò)，同時(shí)，綜采工作面也逐步覆蓋了視頻監(jiān)控系統(tǒng)，這些都為綜采工作面實(shí)現(xiàn)智能自動(dòng)化打下了堅(jiān)實(shí)根底。采煤機(jī)、液壓支架和輸送機(jī)這些綜采設(shè)備彼此獨(dú)立，為單獨(dú)控制形式，雖然，目前三機(jī)設(shè)備已經(jīng)具備了集中監(jiān)測(cè)和監(jiān)控綜采工作面的功能。但是，采煤機(jī)、液壓支架和輸送機(jī)這些綜采設(shè)備的功能還有待完善，其信息的收集要實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)通信，不僅設(shè)置工作面監(jiān)控平臺(tái)，而且要搭建地面遠(yuǎn)程控制中心，通過遠(yuǎn)程遙控系統(tǒng)和工作面視頻系統(tǒng)從而實(shí)現(xiàn)綜采工作面的遠(yuǎn)程自動(dòng)控制。

采煤工作面智能化技術(shù)與裝備的進(jìn)展

〔1〕智能液壓支架。綜采液壓支架的電液控制系統(tǒng)與其液壓支架結(jié)構(gòu)并未真正融合，是支架生產(chǎn)后添加的附屬品，以后的支架產(chǎn)品設(shè)想將電液控制系統(tǒng)與液壓支架設(shè)計(jì)為一個(gè)整體，將傳感器和控制器與支架機(jī)械結(jié)構(gòu)相融合，使支架的本錢降低，真正實(shí)現(xiàn)液壓支架結(jié)構(gòu)的一體化，使液壓支架朝著智能自動(dòng)化的方向開展。通過支架遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)液壓支架遠(yuǎn)程控制，在監(jiān)控中心設(shè)置液壓支架遠(yuǎn)程操作臺(tái)，通過工作面視頻界面以及電液控計(jì)算機(jī)主界面輔助實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程操控。

〔2〕智能采煤機(jī)。根據(jù)不同采煤工藝的要求智能化采煤機(jī)能夠智能切換工作模式。通過MEMS傳感器技術(shù)收集到采煤機(jī)及其支架的工作狀況和位置關(guān)系，從而預(yù)測(cè)采煤機(jī)的運(yùn)行軌跡，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)與其他設(shè)備間協(xié)同作業(yè)。

在監(jiān)控中心安裝采煤機(jī)遠(yuǎn)程操作臺(tái)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將監(jiān)測(cè)到的采煤機(jī)位置和作業(yè)信息情況傳遞到操作臺(tái)，采煤機(jī)視頻系統(tǒng)進(jìn)行滾筒升降等命令指示，采煤機(jī)網(wǎng)絡(luò)通信和數(shù)據(jù)通信將相應(yīng)的指令信息反響給操作臺(tái)，從而實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的遠(yuǎn)程控制。

〔1〕綜采工作面連續(xù)推進(jìn)影響因素研究。分析研究影響綜采工作面連續(xù)推進(jìn)的因素，需要理論聯(lián)系實(shí)際，結(jié)合綜采工作面目前的開展現(xiàn)狀，組建數(shù)據(jù)模型進(jìn)行分析，進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，統(tǒng)籌分析目前自動(dòng)化綜采工作面現(xiàn)狀，確定綜采工作面連續(xù)推進(jìn)影響因素研究匯總報(bào)告。

〔2〕綜采工作面連續(xù)推進(jìn)方法研究。連續(xù)推進(jìn)方法只要有兩種，一是設(shè)置設(shè)備運(yùn)行狀況分析統(tǒng)計(jì)程序，對(duì)綜采工作面設(shè)備運(yùn)行時(shí)長(zhǎng)、使用頻率、故障率等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析統(tǒng)計(jì)，從而分析設(shè)備故障；二是采用綜采工作面精準(zhǔn)控制系統(tǒng)，通過高精度定位技術(shù)，精確控制支架千斤頂?shù)耐埔苿?dòng)作。

以下技術(shù)已取得突破性進(jìn)展還有待提高開展：

〔1〕視頻監(jiān)控技術(shù)。綜采工作面采礦模擬系統(tǒng)通過增強(qiáng)虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)可以模擬出三維的采礦現(xiàn)實(shí)環(huán)境，采礦作業(yè)過程和設(shè)備的運(yùn)行均可實(shí)時(shí)模擬，并且可以實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，操作人員可以隨時(shí)隨地進(jìn)入模擬系統(tǒng)的任意過程與區(qū)域。

〔2〕支架防碰撞技術(shù)。防碰撞系統(tǒng)不僅可以向采煤機(jī)操作人員提前發(fā)出視聽報(bào)警信號(hào)的探測(cè)裝置，而且是采煤機(jī)上的平安保護(hù)系統(tǒng)。

3存在的主要問題

〔1〕缺乏統(tǒng)一的通信平臺(tái)。綜采工作面信息網(wǎng)絡(luò)一般只能用來傳遞數(shù)據(jù)量較大的視頻信息，其它信息無法傳遞，由于缺乏統(tǒng)一的通信平臺(tái)，各系統(tǒng)間的信息資源共享并沒有真正實(shí)現(xiàn)，綜采設(shè)備監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的共享連接還未實(shí)現(xiàn)。

〔2〕工作面還不能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)找直。雖然國(guó)外在綜采工作面找直功能方面取得了一定成果，導(dǎo)航技術(shù)與LASC技術(shù)相結(jié)合使綜采工作面設(shè)備的自動(dòng)找直功能和水平控制功能得以實(shí)現(xiàn)。但工作面的自動(dòng)化測(cè)量技術(shù)要求精準(zhǔn)的相對(duì)位移和距離，由于其測(cè)量精度未到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)，精準(zhǔn)的找直技術(shù)還未實(shí)現(xiàn)。

〔3〕綜采工作面存在上竄下滑的問題。綜采工作面煤層錯(cuò)綜復(fù)雜的地理環(huán)境，使得板輸送機(jī)作業(yè)時(shí)常常沿綜采工作面整體上下滑動(dòng)，造成刮板機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)之間的距離增大或減小，引發(fā)運(yùn)煤故障的平安問題，以及縮小平安出口等平安隱患。

4采煤工作面智能化技術(shù)未來開展方向

識(shí)別技術(shù)

對(duì)具有放煤工藝的綜采工作面而言，要實(shí)現(xiàn)工作面的智能化必須突破煤巖放落自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，建立煤巖放落的數(shù)學(xué)模型進(jìn)行分析研究，加之信息技術(shù)識(shí)別控制算法為最終實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化放煤提供了可能。目前已經(jīng)存在的就有二十多種煤巖分界傳感系統(tǒng)，包括記憶程序控制系統(tǒng)、振動(dòng)頻譜傳感系統(tǒng)等，但是這些技術(shù)僅僅停留在理論階段，在實(shí)際生產(chǎn)中未能成功使用，由于井下錯(cuò)綜復(fù)雜的煤巖環(huán)境條件，增大了煤巖分界面的區(qū)分難度，使煤巖分界面無法準(zhǔn)確判斷，因此實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)滾筒自動(dòng)調(diào)高的關(guān)鍵是研制出精準(zhǔn)并有一定分辨率的煤巖分界識(shí)別傳感器。研究方向是深入研究組合式調(diào)高技術(shù)方法，國(guó)外機(jī)型采用最多的技術(shù)為記憶智能程控技術(shù)，同時(shí)在實(shí)際應(yīng)用中最廣，雷達(dá)探測(cè)技術(shù)是目前最有開展前景的技術(shù)。

綜采工作面與巷道作為狹長(zhǎng)型的測(cè)量對(duì)象，大量的設(shè)備如液壓支架等錯(cuò)綜復(fù)雜的分布其中，其本身的測(cè)量技術(shù)就有一定難度。加之錯(cuò)綜復(fù)雜的煤層和地理環(huán)境，使得綜采工作面設(shè)備的非可視測(cè)量十分困難。通常都采用地面常規(guī)的激光定位技術(shù)，但是由于伴隨著采煤機(jī)切割工作面作業(yè)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量煤塵，從而影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性，因此不宜采用此技術(shù)。測(cè)量定位設(shè)備本身的定位精度，對(duì)測(cè)量定位技術(shù)的要求很高，根據(jù)綜采工作面需要，角度定位精度要到達(dá)0.01°。

5結(jié)論

隨著煤礦行業(yè)工業(yè)化和信息化相輔相成的開展，促進(jìn)了煤炭科技的創(chuàng)新開展和智能化建設(shè)，推動(dòng)了煤礦企業(yè)模式從勞動(dòng)密集型轉(zhuǎn)為技術(shù)密集型，智能化技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)如雨后春筍般蓬