煤矿综采工作面智能化技术及装备发展研究

谢亚涛 李宗帅

【摘 要】随着我国信息技术的快速发展，在煤矿综采工作面中应用智能化技术与设备可以显著提升煤矿开采效率，减少人力的投入，提高煤矿开采过程的安全性和可靠性。本文主要针对煤矿综采工作面智能化技术进行探讨，指出综采工作面智能化技术与装备的未来发展方向，希望能够进一步提升煤矿综采工作面和相应设备的自动化水平，为企业创造更高的经济效益。

【关键词】煤矿综采工作面;智能化技术;装备发展

引言

目前，互联网发展迅速，各行各业都面临着新的机遇和挑战，传统工业紧跟社会发展的潮流，争相与互联网技术相结合，向互联网行业转型。当前，中国正处于转型升级和结构调整的重要阶段，互联网技术与传统行业相互融合，从而实现企业转型的趋势已势不可挡。由于煤炭开采产业受安全、环境等因素的制约较大，因此研究综采工作面的智能化技术，实现煤矿的无人开采具有重要的现实意义。

1发展现状

采煤机的跟机自动装备、液压支架的电液控制装备、三机设备（采煤机、刮板输送机和液压支架）的“一键”启停装备等是目前国内综采工作面的主要技术装备，综采工作面连接着高速光纤网络，同时也逐步覆盖了视频监控系统，这些都为综采工作面实现智能化、自动化打下了坚实的基础。采煤机、液压支架和输送机这些综采设备彼此独立，为单独的控制形式。虽然目前三机设备已经具备了集中监测和监控综采工作面的功能，但采煤机、液压支架和输送机这些综采设备的功能还有待完善，其信息的收集要实现网络通信，不仅要设置工作面监控平台，还要搭建地面远程控制中心，通过远程遥控系统和工作面视频系统实现综采工作面的远程自动控制。

2综采工作面智能化技术与装备的进展

综采工作面智能化是目前的形势，在本文之中将会对其进行全面的剖析。

2.1智能采煤设备

智能采煤设备可以根据实际采煤需求合理切换工作模式，通过传感器收集采煤机及相应支架的位置关系和工作状况，从而预测采煤机的运行轨迹，更好地实现采煤设备与其他辅助机械的自动化作业。智能采煤设备中的监控系统能够及时有效的反馈采煤机的具体工作信息，包括采煤机的作业状态以及采煤机的位置。中心控制平台根据实际工作需要给予采煤机滚筒升降的命令，实现采煤机的远程控制，提高煤矿开采的安全性。

2.2智能液压支架

智能液压机架解决了综采液压支架电液控制系统的问题，使电液控制系统能够真正融入到液压支架结构中，将设备控制器、传感器以及支架机械结构有机地结合在一起，实现机电一体化，提高支架的自动化程度。将液压支架远程操控台设置到监控中心系统中，利用远程控制台对液压支架的行为进行控制，提高采煤机的自动化水平，使液压支架可以跟随采煤机实现自动操控，减少了人力的干预。而且，通过智能平台控制液压支架的升降，可以满足工作面三平两直的要求，实现工作面支架的自动找直，保证支架的工作效果。

2.3视频监控技术

利用视频监控技术，综采工作面可以创造出三维的采煤环境，有效模拟工艺设备和采矿作业过程，操作人员可以通过该项技术直观的获得设备作业信息，实现人机互动，解决了以往工作面施工过程中的时间和空间的限制，可以在任意时刻进入系统模拟的任何区域。视频监控系统能够识别物体运动状态、物体种类、相关设备信息，还可以模拟设备运行规律，确定空间状态，构建起一个与现实环境极为相似的虚拟空间，这样可以为后续采煤作业施工提供更加系统全面的数据，包括设备动态显示生产系统运行状况以及设备运行参数等，从而能够达到生产流程优化的目的。

2.4连续生产保障技术

为了保障智能机械设备能够在综采面上连续工作和生产，就必须确保采煤过程中的安全，随时应对突发问题。因此，还需应用输送平衡控制技术和防撞技术。采运平衡非常重要，智能化采煤就需要控制好割煤的速度，从而形成安全和效率之间的协调，一般采用摄像仪类的图像采集识别方法来对采煤进行监测，并对刮板进行监测。在智能采煤过程中，还需要防止采煤设备之间发生碰撞，避免影响到人工操作的安全性，需通过雷达技术、三维扫描技术等对其进行远程监控。一些关键的开关还需要由工作中的人员进行控制。

2.5煤岩界面识别技术

在综采工作面的采煤工作中，原有的人工采煤可以依靠知识和经验来识别煤岩界面，但是利用机械采煤，就必须用智能化技术来实现煤岩界面的自动识别。当前，效果最好的煤岩界面识别技术就是热红外摄像仪追踪识别技术，这种技术非常新，还未实现完全的技术难题解决。我国一方面在研究这一新技术;另一方面也在应用一些其他的技术来进行煤岩界面识别，如电磁探测、振动频谱探测、热敏探测技术等。

3综采面智能化技术未来发展方向

3.1煤岩自动识别技术

对于采用放煤工艺的综采工作面而言，要实现工作面开采的智能化，必须研发煤岩放落自动识别技术，建立煤岩放落的数学模型进行分析研究，同时再采用信息技术识别控制算法，为最终实现自动化放煤提供可能。目前，已经有20多种煤岩分界传感系统存在，包括记忆程序控制系统、振动频谱传感系统等，但是這些系统仅仅停留在理论阶段，在实际生产中未能成功应用。井下错综复杂的煤岩环境条件，增大了煤岩分界面的辨别难度，无法准确判断煤岩分界面，因此实现采煤机滚筒自动调高的关键是研制出精准并有一定分辨率的煤岩分界识别传感器。研究方向是深入研究组合式调高技术方法，国外机型采用最多的技术为记忆智能程控技术，同时在实际中应用最广。雷达探测技术是目前最具发展前景的技术。

3.2刮板输送机直线度检测与控制技术

综采工作面和巷道均为狭长型测量对象，大量设备如液压支架等错综复杂地分布于其中，其测量本身就有一定的难度，加之错综复杂的煤层和地理环境，综采工作面设备的非可视测量十分困难。在综采工作面，通常采用地面常规的激光定位技术，但伴随着采煤机切割作业的进行，工作面会产生大量煤尘，进而影响测量结果的准确性，因此不宜采用此技术。测量定位设备本身的定位精度对测量定位技术的要求很高，根据综采工作面需要，角度定位精度要达到0.01°。

3.3支持过程视频技术

以采煤机、刮板输送机和液压支架为对象，研究综采工作面的智能化远程监控技术及互联网信息技术，最终实现综采工作面的“遥测、遥控、遥调、遥视、遥信”功能，对综采工作面设备的运行状态进行远程动态监控，实现三机设备的远程控制，对设备故障进行预测，使综采工作面系统能够高效地工作，使操作人员对系统的调控能力增强。

结语

煤矿行业工业化与信息化的相辅相成促进了煤炭科技的创新发展和智能化建设，推动了煤矿企业从劳动密集型转为技术密集型，智能化技术及互联网技术如雨后春笋般蓬勃发展。因此，煤矿综采工作面智能化技术及装备也正朝着高智能化、高信息化的方向发展，煤矿开采工作应紧跟煤炭行业和互联网时代的发展与时俱进，最终实现智能化、无人化开采的目标。

参考文献：

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（作者单位：河南平宝煤业有限公司）