綜采工作面智能化開采技術(shù)研究

綜采工作面智能化開采技術(shù)研究摘要：近年來，我國(guó)在煤礦的智能化開采上在不斷進(jìn)行突破和創(chuàng)新，所用設(shè)備也越來越先進(jìn)。到2019年為止，我國(guó)所設(shè)置的智能化采煤工作面已經(jīng)突破了200的界限，對(duì)人力的需求量在不斷減少。為實(shí)現(xiàn)礦井厚煤層綜放工作面自動(dòng)化開采，在自動(dòng)化工作面建設(shè)中，提出了智能化工作面開采的控制系統(tǒng)和配套裝備以及自動(dòng)化工作面開采的采煤技術(shù)。本文通過探究國(guó)內(nèi)外煤礦智能化發(fā)展的情況、剖析我國(guó)煤礦智能化發(fā)展存在的問題，并針對(duì)煤礦智能化開采技術(shù)做深入思考，希望能夠?yàn)槲覈?guó)煤礦開采智能化發(fā)展和產(chǎn)業(yè)的升級(jí)提供有力幫助。關(guān)鍵詞：綜采工作面；智能化開采；技術(shù)要點(diǎn)中圖分類號(hào)：TD47

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A引言近年來，隨著我國(guó)煤礦裝備水平和開采技術(shù)的不斷提升和發(fā)展，綜采智能化無（少）人開采成套裝備技術(shù)已在我國(guó)黃陵、神東、棗莊等礦區(qū)得到成功應(yīng)用。但由于我國(guó)煤礦井下煤層賦存條件變化大、地質(zhì)條件較復(fù)雜，目前綜采智能化開采技術(shù)還處于起步發(fā)展階段，從而給智能化開采技術(shù)的推廣應(yīng)用造成一定限制。如工作面支架及刮板輸送機(jī)的直線性調(diào)整控制、采煤機(jī)搖臂高度智能調(diào)節(jié)控制、煤流負(fù)荷智能均衡控制、工作面人員精準(zhǔn)定位等，這些智能控制技術(shù)還需進(jìn)一步深入探索研究。1綜采工作面智能化開采發(fā)展規(guī)劃隨著我國(guó)將煤炭綠色智能采掘裝備列入能源裝備發(fā)展任務(wù)之一，明確指出要加快研發(fā)煤炭智能化開采技術(shù)，力爭(zhēng)做到機(jī)械化與自動(dòng)化相結(jié)合并成功替代人工操作，避免將人置于危險(xiǎn)工作環(huán)境中，鼓勵(lì)煤炭工業(yè)也不斷深入探索“互聯(lián)網(wǎng)+人工智能+自動(dòng)開采”的綠色開采新模式。如今我國(guó)很多煤炭企業(yè)已陸續(xù)開始采用煤炭綜采工作面智能開采技術(shù)，有效提高了煤炭開采量和開采效率。按照我國(guó)煤炭綜采工作面智能化開采的規(guī)劃，未來大致會(huì)經(jīng)過四個(gè)階段，第一階段主要以設(shè)備單機(jī)自動(dòng)化為主，包括液壓支架自動(dòng)跟機(jī)、采煤機(jī)記憶割煤；第二階段主要以設(shè)備工作自動(dòng)化為主要特征，其中包含了工作面設(shè)備的協(xié)同控制、視頻輔助；第三階段以工作面數(shù)字化技術(shù)引入為主要特征，包含透明工作面＋自動(dòng)規(guī)劃采煤，最終達(dá)到第四階段以綜采設(shè)備自適應(yīng)開采＋深度智能學(xué)習(xí)替代人工干預(yù)的智能化開采階段。我國(guó)目前已取得了以“支架電液控制+記憶割煤+可視化遠(yuǎn)程干預(yù)控制”的綜合自動(dòng)化控制為代表的一系列創(chuàng)新成果。2智能化開采技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀智能化開采發(fā)展規(guī)劃主要分為3步：（1）計(jì)劃在2021年結(jié)束以前構(gòu)建出較多類型、并且模式不等的智能化開采煤礦，充分縮減開采面中對(duì)人力的需求量，爭(zhēng)取在開采面中達(dá)到少人、甚至沒人的效果，使采煤工作面實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的開采目標(biāo)。（2）計(jì)劃在2025年結(jié)束以前，將我國(guó)所有危險(xiǎn)系數(shù)較高的煤礦與規(guī)模較大的煤礦全部轉(zhuǎn)化成智能化開采的煤礦，和智能化開采的準(zhǔn)則相適應(yīng)，嚴(yán)格遵守智能化開采的制度規(guī)范，達(dá)到礦下全機(jī)械生產(chǎn)的效果。（3）計(jì)劃在2035年結(jié)束以前，使我國(guó)煤礦全部達(dá)到智能化的開采效果，建設(shè)出優(yōu)質(zhì)、完善、集中、高性能的礦下開采系統(tǒng)，完成我國(guó)煤礦智能化開采的轉(zhuǎn)型任務(wù)，達(dá)到礦下無人開采的目標(biāo)。現(xiàn)階段我國(guó)已經(jīng)完成了兩百多座煤礦的智能化建設(shè)，這些煤礦大都處在山西、陜西、山東和河南等地。在使用了智能開采工藝以后，充分提高了煤炭資源開采的速度、質(zhì)量與安全度，甚至在很多煤礦中都出現(xiàn)了億噸無傷亡的好現(xiàn)象，還有很多煤礦已經(jīng)停止了夜間作業(yè)。自此，我國(guó)對(duì)煤礦智能化生產(chǎn)的重視程度越來越高，并聯(lián)合多部門發(fā)布了《關(guān)于加快煤礦智能化發(fā)展的指導(dǎo)意見》，表示會(huì)給予煤礦智能化建設(shè)以大力支持。3煤礦開采智能化開采技術(shù)要點(diǎn)3.1視頻監(jiān)控技術(shù)綜采工作面的模擬采礦系統(tǒng)，參照現(xiàn)實(shí)環(huán)境，借助虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建構(gòu)采礦場(chǎng)景。在這個(gè)三維的立體空間中，工藝裝置被極大地仿真，在“相同”的場(chǎng)景中，技術(shù)人員可“感受”煤炭開采的整個(gè)過程，同時(shí)，與系統(tǒng)交互的過程中，操作者實(shí)時(shí)地“穿越”在各個(gè)空間，空間廣度涉及模擬的整個(gè)范圍。該系統(tǒng)除了可以模擬現(xiàn)象、對(duì)物體進(jìn)行識(shí)別等，還能確認(rèn)空間的狀態(tài)，并調(diào)整其運(yùn)行狀況，輸入、處理所需要的信息。高度還原實(shí)際采礦環(huán)境的三維化場(chǎng)景，是它的顯著構(gòu)建特征，而通過模擬所獲取的一系列工作參數(shù)、裝置動(dòng)態(tài)圖以及其他平面圖等有用信息，對(duì)于評(píng)價(jià)生產(chǎn)目標(biāo)，優(yōu)化生產(chǎn)設(shè)備、系統(tǒng)等意義重大。3.2回采探測(cè)技術(shù)開采過程中，必須對(duì)采煤工作面的推進(jìn)方向進(jìn)行不間斷的檢測(cè)，重點(diǎn)是進(jìn)行煤矸檢測(cè)，而這一檢測(cè)環(huán)節(jié)則主要是對(duì)矸石與煤進(jìn)行區(qū)分，降低回采期間煤矸石的產(chǎn)量?，F(xiàn)階段，已經(jīng)將光譜分析技術(shù)運(yùn)用到了矸石與煤的區(qū)分工作中，比如：拉曼光譜技術(shù)、激光誘導(dǎo)擊穿光譜技術(shù)和太赫茲技術(shù)等。但是如何更加精準(zhǔn)的區(qū)分各種礦石與煤仍然屬于一個(gè)難度較高的問題，必須在技術(shù)上有所突破。在煤礦開采期間，煤巖的分界面會(huì)直接影響到采煤機(jī)的采動(dòng)高度。因此，必須精準(zhǔn)判定巖層與煤層之間的界限。在界限的斷定上通常會(huì)用到電磁波探測(cè)技術(shù)。經(jīng)過分析電磁波訊號(hào)在煤層中的傳播時(shí)長(zhǎng)與電磁波的推進(jìn)速度便能夠計(jì)算出煤層的大致厚度。現(xiàn)階段，對(duì)超電磁波探測(cè)技術(shù)的運(yùn)用比較普遍，最深可以探測(cè)到地下30m，最低也可以探測(cè)到地下4m的深度。但該技術(shù)僅能運(yùn)用到煤層較為規(guī)整、完好的環(huán)境中，如果在破碎的煤層中進(jìn)行運(yùn)用就會(huì)出現(xiàn)較大誤差。所以，研發(fā)出能夠在惡劣環(huán)境下對(duì)煤層厚度進(jìn)行精準(zhǔn)探測(cè)的技術(shù)是非常關(guān)鍵也是十分困難的。3.35G技術(shù)①高精細(xì)度的實(shí)時(shí)定位與應(yīng)用服務(wù)。通過網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，將煤礦智能化應(yīng)用物理空間網(wǎng)格進(jìn)行切割和劃形分成多個(gè)虛擬空間，根據(jù)對(duì)于不同虛擬空間的不同需求，來增強(qiáng)其不同功能，靈活應(yīng)對(duì)煤礦智能化開采應(yīng)用過程中的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景。基于5G技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高精度的實(shí)時(shí)定位和服務(wù)應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的定位系統(tǒng)和傳統(tǒng)傳輸技術(shù)，更能夠確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性。②虛擬交互應(yīng)用。主要體現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用中，顛覆了傳統(tǒng)的人機(jī)互動(dòng)方式，讓煤礦智能化開采經(jīng)過三個(gè)階段的技術(shù)變革過程：三維建模和虛擬展示、互動(dòng)模式和可視化設(shè)計(jì)、混合現(xiàn)實(shí)與云端實(shí)時(shí)渲染。比如，在混合現(xiàn)實(shí)和云端實(shí)時(shí)渲染階段，能夠?qū)碌拿旱V資源采取虛擬開采和協(xié)同運(yùn)營(yíng)的操作。③遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制。傳統(tǒng)的方式需要用傳感器、路由器、多類型互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，將數(shù)據(jù)通過傳感器匯集到集中控制中心再到遠(yuǎn)程控制中心，數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性不高，對(duì)于井下空間有安全風(fēng)險(xiǎn)的情況不能采用遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。而5G技術(shù)打破了這個(gè)難題，可以在井下全程遠(yuǎn)程控制，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳送，大大提升了煤礦開采的安全性。4結(jié)束語結(jié)合實(shí)際需求，順應(yīng)時(shí)勢(shì)，并以智能化為發(fā)展方向，才能完成相關(guān)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型、升級(jí)的目的。只有不斷加快煤礦開采智能化發(fā)展的腳步，煤礦綜采工作面智能化才能推進(jìn)真正意義上的“改革”，進(jìn)而助力國(guó)內(nèi)煤礦企業(yè)進(jìn)入新的可持續(xù)發(fā)展階段。參考文獻(xiàn)：[1]高明.智能化綜采技術(shù)發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀分析[J].能源與環(huán)保,2020,42(11):111-116.[2]王海濤.煤礦綜采工作面智能化開采探究[J].內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì),2020(20):19-20.[3]