智能化采煤设备的关键技术

于斌全

（山煤集团左权鑫顺煤业， 山西 左权 032600）

引言

智能化采煤技术的发展和壮大离不开科学先进的技术支持。然而目前我国采煤设备存在着自动化程度低、设备分工零散、可靠度不高等弊端。合理开发和采挖煤矿资源是发展社会经济的重要保障，也是实现环境可持续发展的必然要求。如何通过创新和发展智能化采煤设备的关键技术，是煤炭企业一直关注的焦点，也是为未来综合智能化采煤设备发展和研讨提供指导的关键理论依据。

1 液压支撑自适应调控技术

液压支架自动识别和控制着每一支单体支架保护结构，而整体液压支架的工作协助性和安全性是由关联支架进行调度和协调的。由此可见，整体液压支架支撑和保护运行动作的自动协调性、稳定性和组织性是液压支撑自动适应调控技术系统智能化运作的关键技术。现阶段，国内外在液压支撑智能化控制技术方面主要着重于液压支架四连杆结构升级和液压支撑参数化的创新，液压支撑自动适应调控系统已经实现了液压支撑智能化的自动调控。而自动程序化的无人综合采煤工作面要求液压支架对复杂的岩体结构进行全面的、深入的、适应性强的工作协调，就目前情况而言，怎样实现顶层岩体、液压支架保护和液压阻尼三者的协同工作，组建稳定工作的液压支撑架构组织，是智能化无人工作面采煤技术支护的关键技术[1-2]。

2 智能化煤岩自适应载割调控技术

智能化煤岩自适应载割调控技术是通过人工在采煤过程中就地操作智能化采煤设备进行采挖、记忆的一种调控方式，实现在下一个环节中自动采煤的操作。要实现智能化煤岩自适应载割调控系统的自动采煤功能，就得组建设备-岩体冲击采挖技术模型和岩体冲击适应性识别方法，从而建立符合岩体采煤硬度变化的智能化挖掘设备，并且优化和升级其工作原理和工作方法。虽然，最近几年的采煤挖掘机具设备技术有了一定的创新和发展，但是其主要涉及理念还是借鉴了20世纪50年代Beion Evans和70年代Nishimatsu提出的直线分割力学模型。但是由于缺少对岩体裂缝、岩体生长趋势的差异性分析[3]，没有把分割齿轮的冲击性和带来的破裂效应进行充分考虑，导致目前的智能化采煤挖掘技术设备具有强大负荷的冲击力，采挖齿轮破裂、磨损严重，机具设备的使用寿命不长，对岩体的破坏性大，整个采煤系统技术还需要进一步提升。

3 智能化动力传送自适应控制技术

故障出现频率高、开机运行效率低、操作复杂繁琐等问题已经成为采煤设备机电液压系统的重要弊端，同时液压系统也无法适应智能化采煤设备升级协同运作的发展需求。所以，研究分析不同环境状态下采煤设备如何高效运作，成为智能化动力传送自动适应控制技术的关键问题[4]。因此，从关键动力传送部件的动态和逐步可靠稳定性设计原理入手，着力研究载重量突然变化下保持高效运行的动力传送设计方法并组建大电动功率下智能化动力传送自动适应控制技术是发展智能化采煤设备的关键技术之一。

4 采煤设备智能化自动诊断技术

设备处于一个安全可靠的工作状态是确保采煤工作稳定高效开展的关键条件。因此，提高采煤设备智能化自动诊断技术是发展采煤项目可持续发展的重要途径之一。四维空间信息实时采集回馈技术和多信息源综合汇集模型可实现智能化采煤无人工作面信息收集、分析和总结以及虚拟场景再现，是当前采煤设备智能化自动诊断系统的关键技术。不同环境下，岩洞采煤状况是截然不同的，在恶劣环境下实现采煤设备智能化自动诊断技术的实时监测和预判，能有效地降低由于恶劣天气带来的不良损失。光纤传感设备耐腐蚀、耐高压，即使在易燃易爆的环境中也能正常运作，受电磁波干扰较少，具备高分辨率和灵敏度等明显优势，非常适合井下采煤设备进行测量、加速、变形、扭转、破裂等力学状态下的工作[5]。把光纤传感设备技术应用到采煤设备智能化自动诊断系统中，在诊断设备中加入光纤传感网络，并且均匀分布，可有效实现智能化采煤设备对采煤设备故障的检测和诊断。

5 煤岩界面智能化自动识别技术

目前的煤岩界面智能化自动识别技术主要包括了：振动检测法、红外线检测法、声音检测法、功率频率检测法、图像识别法等，但是这些识别方法对岩洞地质状态依赖性强，运用其进行煤岩界面识别会带来无法全面检测、检测不精确等问题。所以，想要提升煤岩界面智能化自动识别技术关键是实现煤岩界面实时识别方法。近期国外研究发明的红外线感应技术能对远距离煤岩垂直外壁进行温度检测，从而能识别岩洞煤层的组织结构，这种实时监控分辨方法大大降低了外部环境对检测结果造成的影响，其可信度和依靠性更强。另外，一些电动机臂识别技术也得到了很好的应用，如摇臂支架油缸压力、摇臂传送负载重力、分割电动极电流等可通过参数识别煤岩结构。

6 采煤设备智能化自动巡航技术

采煤设备智能化自动巡航技术包括了自动纠偏和自主定位两大技术，而这又是实现智能化采煤设备关键技术升级的基础。在复杂的煤岩环境中进行采煤，需要有科学的智能化采煤巡航技术作为指导，确保采煤作业过程的安全高效。20世纪80年代，美国、澳洲、加拿大、德国等国家已经开始了金属矿体地下智能化无人采矿设备的调控导航技术研究并广泛应用于一些非煤矿山体的采集，带来了不错的工作效应[6]。国内研发了地下铲运机智能化无人驾驶定位和导航系统，该系统集合了煤矿采挖加速度技术、实时线性加速度和角速度检测等三维立体巡航定位技术。

7 结语

采煤是一个完整、复杂和多变的工作系统，采煤设备技术水平直接影响采煤项目能否顺利高效安全地开展。需要在坚持系统设计原理的基础上，通过创新和升级液压支撑自适应调控技术、智能化煤岩自适应载割调控技术、智能化动力传送自适应控制技术、采煤设备智能化自动诊断技术、煤岩界面智能化自动识别技术和采煤设备智能化自动巡航技术等协调性强、自动化水平高、智能化技术先进的智能化采煤设备的关键技术，实现采煤技术的不断发展。

[1] 吴佳梁，尹力，李勇，等.智能化联合采煤系统及其关键技术[J].辽宁工程技术大学学报（自然科学版），2014，33（2）：226-231.

[2] 葛世荣.智能化采煤装备的关键技术[J].煤炭科学技术，2014（9）：16-17.

[3] 王国法.综采自动化智能化无人化成套技术与装备发展方向[J].煤炭科学技术，2014，42（9）：30-31.

[4] 袁建平.煤矿智能化开采技术的创新与管理[J].煤矿机，2016（3）：69-70.

[5] 田成金.煤炭智能化开采模式和关键技术研究[J].工矿自动，2016（10）：98-100.

[6] 张军.综采工作面智能化采煤技术分析[J].南方农机，2017，48（10）：97.