基于煤炭智能化综采技术创新路径分析

唐利山

神华蒙西煤化股份有限公司 内蒙古 乌海016000

前言

近年我国高端综采装备及相关技术不断创新,推动煤炭综采向更高的机械化、智能化方向发展,大幅提高作业的安全性。在相关的技术研究及设备研发等方面,美国、德国、瑞典等国家从上世纪末就以开始智能综采技术的研究,逐步实现了开采装备程序自动远程控制与可视化监控等功能,德国艾柯夫等公司在新世纪伊始就推出了相关的自动化开采装备,在中厚煤层开采中实现了自动化的长工作面截割采煤,而我国煤矿开采智能化技术起步晚,2007年研发了国产电液控制系统,此后在863计划、973计划的支持和推动下,许多科技企业开始大力研发自动化、远程控制的采掘、放煤装备,在自动调高与直线度控制等技术上也有突破,如今基本实现了综采工作面采煤机、刮板输送机、液压支架的联动控制与可视化远程控制。但我国煤矿开采还需要进一步提升智能化程度,如在无人综采等技术上还需要创新发展,工作面采高、自适应控制、直线度导航、多信息系统协同作业等技术也需要创新攻关。

1 煤炭智能化综采概念、技术特征及关键技术创新路径

1.1 概念及技术特征 智能化煤炭开采是其自动化开采系统的再升级,主要通过赋予设备自主决策等功能,使其在实时感知开采各项环境变化的同时,自动调整作业参数,关键在于智能感知、决策与控制三要素。

智能化设备具有自动感应、自主决策与自主学习等功能,赋予了智能化设备自感知、自控制及自修正等作业特点,即设备自动获取必要作业信息,为自动控制提供运行分析所需的信息依据,自主决策设备控制方案,进行不断的自主修正。

智能化综采作业技术特征主要体现在智能控制液压支架与采煤机、运输设备软启动与状态检测等控制功能、设备间通信与远程控制等方面,如赋予液压支架监测控制、姿态检测与调节、超前压力预测、初撑和移架自决策控制等功能,采煤机实现位置监测、学习轨迹、自动识别与调整滚筒高度、自动记忆割煤及可视化控制等功能。

1.2 煤炭综采关键技术创新分析 采煤机高度的自动控制与调节,即采煤机根据自动感应的煤层厚度、倾角等信息智能调整摇臂的高度,以实现精准截割。但当前采煤机主要应用记忆截割的技术实现高度调节,即通过记录工作面位置和该位置摇臂高度等信息,绘制、记录截割曲线,但智能化程度有限,还需从控制逻辑等角度,创新实时感应方式。在这方面我国先后尝试了利于粉尘、热敏、振动、γ射线、雷达、红外线等方式,启动实现高智能化的煤岩分界线的自动探测与位置的自动感应,但尚存在探测精度差、范围小、信号衰减快等应用问题。因此,还应通过研究煤层地质信息的精准预测、工作面的精准测量与模型推演、截割应力场参数分析及截割面曲线拟合等问题,来提升采煤机精高度控制的智能化程度。

液压支架与围岩的适应性自动耦合控制。目前液压支架已基本实现自动化调整,但以实现装备高效协同为主要目的,支架本身的状态调节还依赖人工操作,调节的效率低、准确性低。因此,还需要研究支架群组与围岩的自适应控制及智能耦合技术,赋予其自主感知与自主调整状态等功能。

智能化的工作面直线度控制。液压支架存在推移误差,加之推移间隙等因素对刮板输推移轨迹的影响,可能累积误差使液压支架不齐整,难以保证刮板输送机的直线度。当前主要通过红外光束等方法测量工作面直线度,人工调整刮板输送机的位置,因此需加强激光对位、惯导定位等测量技术与自动矫直功能的研究。

2 煤炭智能化综采技术创新路径探索

2.1 薄煤层开采 我国当前大多使煤炭开采都属于薄煤层开采,因此实现这一层的智能化开采意义重大,采用自动化采矿设备,能大幅提升煤炭够挖掘效率。薄煤层开采中,一般应用自动化的液压机械,通过安设远红外感应装置等方式,使设备能够准确获取煤层作业面的相关数据,然后进行自动化判断和智能参数调整。

薄煤层开采使用采煤机作业,一般应用智能记忆实现应用智能化,在相关感应、数据处理技术的辅助下,可对采煤环节开展程序化的自动计算、分析与数据存储。存储的数据又进一步使技术人员能更好的实施远程控制。

2.2 超大面煤层开采 智能化开采应用于超大面煤炭开采,能最大的发挥自动化开采设备的优势,大幅提升开采效率,同时能实现完全替代人工,面对复杂开采环境于多样作业内容。超大面开采实现智能化,液压设备及其支撑的智能控制技术是核心,是保证安全、高效作业的前提,以液压支撑为例,其通过巩固围岩,以防范超大开采面出现断裂等安全问题,其智能化即实现千斤顶、支撑架等设备的自动化参数调整。

2.3 特厚煤层开采 特厚煤层的开采较薄煤层、超大面煤层开采的技术难度大,对设备各项性能要求更高,实现采矿智能化,也需要应用更完善的智能化设备即互联、远程控制体系,才能形成全面的自动化控制与作业干预。因此,需要使机械通过模拟采面流程形成记忆的同时,通过使机械获得与人类相同的思维模式,来学习采煤内容,通过整合记忆来不断自动优化自身的采煤程序,实现更为智能的开采作业。

结束语

综上所述,自动化技术的发展推动煤炭开进行技术革新、产业转型。近年来,智能化煤炭开采以成为该行业发展的主流技术方向,受到国家和社会大众的高度重视,我国颁布了多项发展计划、启动了多项研发计划,旨在为煤炭开采智能化提供更大的支持力度。而当前智能化开采技术在实际应用中尚存在一些问题,整体表现为概念宣传多、实质应用效果差,一些技术难题迟迟无法攻克。因此,相关企业应加大投入,相关研究人员应更全面的分析复杂开采环境,创新智能化感应、控制等技术,以提升相关设备的智能化作业的稳定性、适应性程度。