煤矿综采工作面自动化技术的发展趋势

王宇鹏

[摘    要]自从上世纪以来，我煤炭行业逐渐实现自动化生产，煤炭生产过程也实现了机电一体化生产，能够自动化管控所有环节。而随着自动化技术的应用，可以实时监测管理油井，利用互联网和计算机对煤炭开发进行规划，推动了煤炭行业的发展。因此，就煤矿综采供应链策划技术展开研究，首先阐述了自动化系统构成，其次对再结合具体的要点分析，最后探究了技术发展趋势，希望能够通过研究为煤矿企业持续发展提供参考。

[关键词]煤矿综采工作面;自动化技术;发展趋势

[中图分类号]TD823.97 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）01–0–02

Development trend of Automation Technology in Fully Mechanized Coal Mining Face

Wang Yu-peng

[Abstract]Since the last century， our coal industry has gradually realized automated production， and the coal production process has also realized electromechanical integrated production， which can automatically control all links. With the application of automation technology， oil wells can be monitored and managed in real time， and the Internet and computers can also be used to plan coal development， which has promoted the development of the coal industry. Therefore， the research on the planning technology of the coal mine's comprehensive mining supply chain is carried out. First， the composition of the automation system is explained， and then the specific key points are analyzed. Finally， the technology development trend is explored， hoping to provide a reference for the sustainable development of coal enterprises through this research.

[Keywords]fully mechanized coal mining face; automation technology; development trend

煤炭开采时生产工作面作为煤矿安全生产重要环节，其在整个采煤系统中占据重要地位。为了使开采质量得到提高，并缩短开采周期，有些矿井利用先进的自动化技术控制综采工作面生产，可以降低人力物力和财力的投入。而在自动化和数字化技术的基础上，提前设定记忆程序可以利用远程监控系统实现自动割煤、推溜、运输等工作，实现智能化管理。自动化技术通过辅助人员远程控制三机设备和工况，实时匹配三机运行参数，联动反应三机故障保护装置，确保高效安全生产。

1 煤矿综采工作面自动化系统构成

自动化机电设备中包括主采机组、转载运输系统、视频监控系统、综合控制系统以及通信调度系统。其中，主采机组支撑系统运行程序结构，可以发布设备运行指令，完成采煤。转载运输系统能够接收控制中心指令。视频监控系统能够有效监控整个开采过程，若是设备运行异常或是存在人为事故，终端人员能够及时作出响应。通讯调度系统通过无线网络信号释放可以让井下作业人员和地面管理人员之间顺畅沟通，可以及时解决井下作业突发事故。综合控制系统可以实时监测整个机电设备运行情况，并与调度中心保持联系，为井下作业奠定基础。如图1所示。

2 煤矿综采工作面自動化技术具体应用

2.1 移动变电站

移动变电站作为煤矿综采工作面重要的电力能源供应设备，其能够将6 kV或10 kV三相高压电转化成符合综采面生产作业的1.2 kV或3.3 kV所需电压，为自动化机电设备运行提供动力。综采工作面不同的机电设备在电压等级上的要求也不同，这就需要移动变电站具有较大容量。移动电站中，主电路断路器通常为真空断路器或是六氟化硫断路器，内部控制系统由保护器、PLC、微型计算机和单片机等部分构成;控制方式分为就地、远程、程序终端遥控这几种。保护系统可以保护短路问题，过载问题，低电压问题，超压问题，漏电问题，使变电站运行安全性提高。

2.2 电磁启动器

隔爆真空自动化电磁启动设备中，单片机具有操控保护作用。系统终端配置了液晶显示器，利用液晶显示器可以查询故障信息，为程序设定参数以及模拟实验提供便利。电磁启动器配置了瓦斯监测接口，若是外接则能够对井下瓦斯含量进行检测，也能够随时将低压电源切断。例如常见的软启动电磁器智能监测系统，对三组反并联单向晶闸管导通角进行控制，进而使电动机实现软启动。

2.3 电牵引采煤机

电牵引采煤机系统包括了单片机、微型计算机和PLC等结构，其中，通过PLC技术可以实时监测采煤机运行时的温度、进度、电流电压、负载量等，若是进行参数大于标准参数，预警系统会及时发出警报，终端人员可以重新设定错误参数。电牵引采煤机通过变频调速技术可以实现高速运行，能够实现恒功率、软启动、恒牵引力运行。若是出现紧急事故，系统可以及时制动，防止出现安全事故。

2.4 安全监控系统

煤矿安全监控系统包括了计算机、单片机、传感器、传输接口等部分，能够对井下瓦斯浓度、温湿度、风速、顶板压力等进行实时检测。若是某环境参数超过标准，系统执行器就会发出预警，若是这些因素对正常生产产生影响，监控系统也会自动断电，保障作业人员安全。

2.5 支架控制器

支架控制器功率不同，6个控制器由1个控制组和不同直流电源控制。隔离耦合器能够将阻断电气连接，利用光电耦合通信可以确保安全。另外。隔离耦合器能够为电压提供通道，利用電缆将支撑控制器连接构成网络。从端架控制器到支架控制器，各支架控制器都是按顺序排列。

支架电液控制系统能够手动控制单支架以及单动作，控制升降柱以及移动架、多支持组。在采煤机基础上自动控制所有支架，并在立柱下卸载状态中控制自动压力，能够实现锁定以及紧急停止。

在采煤机边缘液压支架接收机可以接受信号，同时输出红外信号，进而明确采煤机具体位置。液压制动控制计算相关运动，通过信号对气体杠杆位置进行确定。进行加精加工时，气缸移动传感器能够将气缸形成传输至支架控制，使控制与工作条件相符。液压支架压力传感器能够将液压压力信号收集起来，使初撑力与要求相符。各信号为液压支架自动化奠定了基础。

3 煤矿综采工作面自动化技术发展趋势

3.1 无人自动化方向

煤矿综采工作面自动化技术逐渐朝向无人自化方向发展，同时涉及领域也逐渐增多，这就表示自动化技术不断实现综合性。自动化综采工作面的技术含量较高，在庞大复杂工程体系中，应用先进遥感技术、互联网技术能够使综采工作面系统功能更完善。例如，采煤工作面具备了多个分系统，不同数据留下分析的功能划分也比较明确，如自动化控制系统、地质灾害预报系统等。一般三机系统涉及了液压支架，刮板输送机以及采煤机。其中液压支架和采煤机都是利用红外线传输的，采煤机本身安装红外线发射器，液压支架也安装红外线接收器，在确定了跟机移架架数之后，进行上行割煤时，采煤机的下滚筒在跟机架数割过循环后，液压支架能够自动进行移架以及推溜，进而实现整刀煤作业。高度集成下，传感器能够及时收集存储信息，同时将其传输至控制平台，与控制平台连接的就是物联网，其在综采工作面中的应用就是利用矿井工业管网以及无线网络实现的设备间终端连接，进而实现设备间信息交流和实时通信。以便于人员能够在网络中识别、跟踪沟通，明确现场情况。因此，在采煤工作面中利用自动化技术，操作人员无需操作具体设备就能够控制整个系统。随着煤矿综采工作面自动化技术的发展，大型机械技术集多个功能为一体，能够实现无人操作和自动化操作。

3.2 三机自动控制系统

三机系统中，采煤机具备了多个自动化功能。采煤机可以确保自主定位，导航实现个性化服务。通过液压支架电液控制能够有效控制支架设备和工作面，也能够实现实时全面和自动控制。由于综采工作面工况比较复杂，需要加大力度监测，并实现实时监测，进而及时发现问题。因此，需要通过三机故障诊断系统实现实时检测。

对于心型电牵引采煤机而言，其不仅具有自动控制作用，还具有智能逻辑控制思维，是基于微处理技术开发的智能设备。同时，该设备在交互和远程操作上也有新突破，能够有效存储数据。另外，井下作业安全和可靠需要由专业检测技术作为保证，并在智能监测技术以及故障保护联动技术共同作用下确保井下作业能够正常进行，灾害预测预报系统通过传感技术及时监测、监督井下，若是出现异常情况可以及时发出预警，迅速将问题传输到控制中心，控制中心在接收完数据信息后会迅速作出反馈，进行相应处理。

3.3 智能控制采煤机

按照不同地质条件所采取的处理措施与不同，根据实际情况采取措施可以使采煤机动态控制以及故障处理能力提升，也能够提高其工作效率。在未来才没机会实现无人工作面作业，利用矿井无人工作面仿真系统进行作业该系统是通过实际技术在虚拟环境中构件运行结构操作人员通过系统实现人机交互该系统，能够对物体识别，也能够对物体运动情况进行有效控制，利用不同模型与参数之间的动态信息交互仿真，实现优化生产。

3.4 自动识别技术

采煤机滚筒调高自动化是煤矿综采工作面自动化技术发展方向之一，其重点在于煤岩界面自动识别，利用该技术可以使采煤机运行时根据煤层弯曲度自动调整滚筒高度，防止出现滚筒割到顶板或是岩石，可以提高割煤率。煤岩界面自动识别技术是基于自动化无人开采开发的，其是煤矿综采工作面自动化开采实现的重点。截止到目前为止，我国进行了一些相关研究和实验，例如振动频谱传感系统、红外线雷达探测等研究实验，但是当前没有实际应用在我国煤矿综采工作面上。

3.5 三维定位和自动找真技术

这2种技术属于综采工作面自动化开采重要技术，通过该技术能够不断推进综采工作面，保证倾斜方向是直线状态，进而使支架、输送机能够保持整齐，防止出现大范围弯曲，导致设备被损坏。当前我国对这方面研究比较多。

4 结束语

综上所述，尽管我国煤矿综采工作面自动化技术发展正处于初级阶段，实际应用中也存在一些技术问题。但是科研人员仍然保持技术创新研究，并加大力度研究综采工作面自动化技术，建立了高效实用的应用体系，不仅能够为综采工作面的自动化发展提供方向，同时也能够提高煤矿生产效率，保证煤矿生产安全，为我国煤矿开采行业发展和能源利用率提高发挥了重要作用，

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