综采工作面智能化技术与装备的发展浅析

谢国正

(陕西黄陵二号煤矿有限公司，陕西 延安 727307)

0 引言

现阶段，我国各个行业均面临着全面化的升级改革，将互联网技术与各个行业进行不同程度的融合，扩大智能化技术的应用范围，从而提高各个行业的运营速度。煤矿行业作为我国的传统行业，该行业的改革方向之一是融入智能化技术，将智能化技术与煤井矿业深度结合[1-4]，这样不仅有利于煤矿开采，而且能有效避免矿井环境对作业人员的危害，为矿业开采商和作业人员都提供了极大的便利。综采工作面技术与装备的发展历程主要包括机械化、自动化、智能化、无人化四个阶段[5-7]。

1 发展现状

1.1 智能化技术

导航累计误差：煤矿开采技术系统且繁琐，综采工作面智能化技术主要围绕井下控制功能来开展“三机”自动控制应用。现阶段，综采工作面智能化技术中最核心的技术是综采工作面的取直技术[8-11]。工作面的取直技术不仅能使工作面在动态中保持直线，而且使其与巷道方向保持正交关系。动态中的工作面，首先导航时利用地理信息系统得到采煤机所在的位置和运动参数，应用截隔模型进行数据传输，从而通过支架电液控制系统开展“三机”联动控制，而物体的实时定位和自动导航应用的是加速度计和陀螺仪。但是这种定位和导航技术的缺点在于较长时间使用容易出现累计误差，因此必须进行误差的弥补与标注。

工作面水平高度调整不够准确：现阶段煤矿作业中煤层动态倾角实时测量开始采用煤岩界面识别技术。设备滚筒高度的调整则依靠此测量数据，从而得到综采工作面的水平高度。综采工作面水平高度的调整方式在国内外是不同的，国内装备高度的调整使用的是记忆割煤技术，但是当煤层走向发生大的变化时该技术就不再准确。国外装备高度的调整使用的是热红外摄像仪，根据扫描的结果进行工作面高度的调整，然而现今热红外摄像仪的使用尚未普及。

雷达监测等智能化技术：综采工作面生产流程连续性的确保，需要借助智能化设备进行不断监督。在采煤运输的过程中，为避免运输过程中碰撞现象的发生，工作中常常使用雷达监测等智能化技术。

1.2 智能化装备

在综采工作面的智能化技术的基础上，研发拥有的智能化设备以抵御设备控制效率低的问题，通过将智能化设备中的各种系统联系在一起，可以增大综采工作面的智能化程度[12-14]。

智能采煤机：综采工作面智能化设备的不断发展使得智能化设备在煤矿业中得到了广泛的应用，智能采煤机就是其中一个广泛受用的智能化设备。智能采煤机具有多种工作模式，并会根据不同的任务需求使用不同的模式。通过传感器得到与采煤有关各个设备的位置对设备的运动路线进行估计以完成联动控制，对采煤机进行远程的无人操作控制则需要结合跟进作业和斜切进刀工艺等。

智能刮板输送机：煤在采集完成后便需要进行煤的运输，这时应用的智能化运煤设备主要是智能刮板输送机，该设备的使用不仅能主动对输送机的直线进行检测而且设备的平整度也保持在一定的范围内。装备工作时，各个支架所在方位的测定结合智能刮板输送机对于自身位置的确定能控制支架，防止设备向上或向下晃动。

信息的传输与连接：在大数据时代的背景下，信息传送的频率和速度都在不断加快。煤矿行业在开采、运输等一系列的作业过程中，离不开信息的输入与输出。综采工作面建立的信息系统通过结合软件平台能对各个环节的煤矿采集工作进行很好的掌握，软件传输平台会借助电力载波和光纤等进行传播。同时在井下作业时，信息的传输与连接主要借助于无线网。现阶段，将信息传送技术形式与采煤系统作业更好的结合以保障采煤过程高效有序进行。

2 发展前景及趋势

2.1 预计前景

自动化：对比以前传统的煤矿业，现在的煤矿业在智能化技术的融入下，逐渐向自动化的方向发展。自动化即在较少人参与下，根据人们的需求，机器设备、系统等经过一系列过程达到预期目标。自动化的发展被广泛应用于采煤工业，其中采用红外线、无线电波等制备辨别度较高的传感器，分辨煤岩表面；采用算法数据得到模型从而实现自动化的放煤技术。在设备自动化的不断发展中，现阶段设备调高的自动化技术将进入研究人员的视野，设备调高技术的研发将把探测技术包含其中，研发成功后工作面高度的检测和调整将会全部应用自动化技术。

精确化：在采矿行业的测量过程中，综采工作面的测量一直使用的是液压支架。但使用液压支架进行实际测量时，空中飘的煤粉会给测量带来一定程度的干扰，激光定位也不能使用，阻碍工作面的作业。国际标准中，综采工作面的角度往往精确到百分之一。在这一标准的规范下，需通过精确度更高的传感器，对在动态中工作面的位置进行更精确的定位进而将工作面调直。

视觉化：随着煤矿行业工作过程信息系统的使用范围逐渐增大，几乎每个过程中都要用到信息的传输。为了将信息更好的反馈给工作人员，同时为了方便工作人员根据反馈的信息及时做出调整，相应软件的研发首先应对设备和工作过程中的信息进行处理然后再以图像的画面表示出来。

2.2 发现的问题

系统间的信息共享问题：综采工作面信息传输的工作量是非常庞大的。现阶段，在煤矿业互联网的发展过程中，伴随着综采工作面智能化技术与装备的视觉化发展，信息传输量和其准确度显得至关重要。就目前的情况分析，现有信息传输技术仅能对视频信息数量较大的数据进行来回传送。因为现在没有达成统一规定，所以综采工作面各个设备之间并未相互链接。

自动找直问题：综采工作面智能化技术与装备将向着自动化、精确化、视觉化的方向发展，这意味着人们能坐在监控室内便可以对煤矿中的工作情况进行实时指挥、监督。在推进过程中，为了使综采工作面始终自动保持直线状态，国外的科研团队已经研制了相应的技术并取得了初步的成效。但针对综采工作面的测量精确度问题，目前的研究还没有达到人们的期望值。

综采工作面的晃动问题：综采工作面的运输所采用的智能刮板输送机，该设备虽然能对输送机的直线进行检测及校准，但是刮板输送机会由于地底煤层的变化而出现晃动。当出现这种情况时，综采工作面也会由于不固定而出现上下晃动的现象。综采工作面的不固定问题会对该煤矿顺利生产造成阻碍，另外还会危及人们的安全。

各个设备间的协调配合问题：现如今，每一个工艺或程序都是由多个步骤组成，并且各步骤之间只有相互联系、协调配合才能保障工艺或程序的顺利完成。煤矿中的综采需要各个设备之间的紧密联系，同时也需要对综采的各环节进行监督与协调。

2.3 发展趋势

在未来，综采工作面智能化技术将对采矿的全过程进行全方位、多层面的监控。但就现在的形势分析，关于综采工作面的智能化技术方面仍然需要科研人员进行不断地研究。

智能化刮板输送机技术改进：现在的智能化刮板输送机技术仍有不足之处，主要在于刮板输送机的直线问题。综采工作面由于其自身形状和煤层的不规则性以及煤层底部环境的多变性，给综采工作面的测量造成一定的阻碍，改进智能化刮板输送机技术主要难点在于改进测量定位技术。在解决这一问题时，科研人员不应该拘泥于仅检测工作面的直线，而应该使用多种传感器测量与工作面相邻的支架与输送机的相对位置，不断调整相对位置从而使工作面在动态中调直。

远程监督技术的改进：对综采工作面实行远程监督实际上就是对采煤机、刮板输送机、液压支架等装备进行监控，同时通过信息化技术对工作面进行长距离信息传输与远程监控。

3 结语

在科技飞速发展的今天，科技信息化智能化在煤矿行业已经进行了更深层次的融合，综采工作面智能化技术与装备的发展速度在逐渐加快。在国家实行产业全面升级和不断变革的时代背景下，顺应时代的发展，煤炭行业持续将工作人员从劳动密集型转到人才技术型。通过相关人员的不断努力，综采工作面智能化技术与装备将以稳健的步伐迈向全自动化以及全信息化。