煤矿综采智能化工作面关键技术研究

2021-11-28赵佳磊赵晓举刘照辉

科技与创新 2021年10期

赵佳磊，赵晓举，刘照辉

（平顶山天安煤业股份有限公司，河南平顶山467000）

近年来，中国信息技术飞速发展深刻影响着煤矿业的发展，在煤矿业转型升级的关键阶段，合理引入智能化技术、设备和人才有助于促进生产效率的提升、保障生产安全、降低生产成本，实现煤矿行业转型升级。当前，以一键启停地面调度集控系统、机巷泵站远程控制系统、采面支架控制系统等为代表的智能化技术已经被应用到煤矿综采的实践当中，并获得了良好的反馈[1]，而在可预见的未来，煤流系统智能化、围岩支架耦合控制等智能化技术也将在煤矿的综采实践中得以应用[2]。鉴于此，从煤矿综采智能化工作面的技术优势入手，从现有技术和未来趋势两大方面研究煤矿综采智能化工作面关键技术。

1 煤矿综采智能化工作面的技术优势

智能化是社会各行业发展的新趋势，与煤矿业中采煤等具体工作的融合更是技术进步与产业升级的必然需求，智能化相关技术在煤矿综采工作面的应用具有诸多优势[3]，具体包括以下几点。

1.1 自动化控制提升准确性

煤矿综采工作中，采面支架自动化控制、降尘自动化系统、耦合控制系统、综采时序控制等等都是将自动化控制技术落实到综采工作面，将以往需要人工控制的、机械化的工作内容纳入到智能化系统中，由计算机系统进行智能控制，有助于减小人工操作而导致的误差，提升煤矿综采运行准确性[4]。

1.2 智能分析提升科学性

在旧的煤矿综采体系中，虽然引入大量的采煤机械，但是其操作流程优化、运转轨迹规划、负载能力分析等工作操作仍多凭借从业者的经验，而引入智能化采煤机能够收集精准定位数据、规划智能规划综采轨迹、调整滚筒高度、分析故障自动预警与原因，根据综采工作面的实际参数、实时地理情况、工作负荷状态等数据进行实时智能分析，不断优化综采流程，提升煤矿整体运转的科学性。

1.3 参数监控保障实时性

在煤矿综采工作中，智能化设备及其技术体系能够实现数据智能化监控，例如地面调度室的智能集成系统，不仅能够一键启停，而且能够对工作设备的启动、运行、负荷和暂停进行实时监控，能够保障综采工作平稳运行，也能够更加及时地发现综采工作面潜在问题，提升煤矿综采工作的时效性。

2 煤矿综采智能化工作面关键技术要点

在煤矿综采中应用智能化技术应当坚持以综采设备为核心，在智能化技术支持下捋顺采煤工艺流程，积极引入地面调度集控系统、采面支架控制技术等，同时结合综采需求升级采煤机可视数据系统、智能记忆割煤系统，这些系统主要以层次管理和感知控制为核心，包含多级层次构架，主要连通地面调度室、机巷泵站以及工作面内部控制平台，形成对转载机、破碎机、运输机等机械的监督和控制，进而实现对综采各个阶段的智能化管控，在综采实践中，工作面关键技术要点如下。

2.1 地面调度集控系统

地面调度集控系统顾名思义，是指在煤矿地面调度室中布局集控系统，最主要也是最基础的功能是一键启停，这一功能从空间角度上能够突破传统技术启停的空间局限性，在时间上能够最大程度节约时间成本、提升启停效率，无论是在日常煤矿综采工作中，还是在煤矿综采突发事件中都有积极意义。

2.2 泵站远程控制系统

泵站远程控制系统究其本质而言也是一种集控系统，主要是控制转载机、破碎机、运输机一键启停，将网络信息传输、系统搭建、平台构筑三种技术理念相融合，实现供液的智能化控制，并且根据综采工作面的需求升级到一体联动控制系统，进一步实现电磁卸荷、智能变频等目标。泵站远程控制系统更能够针对煤层较薄的环境提供恒压变流供液，根据不同煤层构筑复合式智能过滤体系，保障煤矿综采工作面安全、清洁、高质量供液。

2.3 远程调控采煤系统

远程调控采煤系统是一种应用宽泛的智能化技术，除了泵站远程控制系统以外，还体现在采煤工作人员在巷道不同位置远程干预采煤机工作中。这一技术首先要求及时精准地记录滚筒运行轨迹、状态参数、高度变化，并以此为基础利用远程智能化运算系统进行分析；其次根据数据及运算结果搭建自动化截隔模板，并在后续运行中不断修正模板提升准确率；最后，在井下工作人员的控制下实现采煤机自动化运行，让工作人员能够在巷道的多个位置远程调控采煤机。

2.4 智能记忆割煤系统

智能记忆割煤系统也是综采智能化发展方向之一，割煤是煤矿综采的核心环节，而现有的割煤技术难以实现长期、准确、自动化割煤工作，从技术层面制约了煤矿综采的长远发展。这一问题在智能化的背景下得到有效解决，智能记忆割煤系统以三维坐标原理为理论基础，构建采煤机数据与截隔高度之间的函数，分别在静止与运动坐标系理论框架下分析采煤机的运动轨迹，并将结果从双示范刀和单示范刀两方面分别进行讨论，最终形成完善的智能记忆割煤系统。

2.5 工作面智能化集成配套

对于煤矿综采工作而言，整个工作面协同智能化集成配套也是智能化发展的必然趋势，集成配套借助煤矿工业专属的以太网，将综采工作面现有的转载机、破碎机、运输机、支架等机械单机连通成为智能化系统，将单机的实时信息上传到智能化平台，在地面调度室、机巷泵站等区域开展配套工作，这一系统将上文提及的地面调度集控系统、泵站远程控制系统、远程调控采煤系统协同运作成为一个有机整体，对于整个工作面的工作效率提升具有正向作用，同时也充分降低了工作面人工操作的实际工作量，推动工作面实现智能化连续化的生产。

3 煤矿综采智能化工作面关键技术展望

以上对已经投入实践应用的地面调度集控系统、泵站远程控制系统、智能记忆割煤系统以及综合性较强的工作面智能化集成配套进行了技术分析，以下将从综采智能化工作面未来发展趋势入手，对智能化发展的关键技术进行展望。

3.1 煤流系统智能化技术

煤流系统智能化是未来实现无人化工作面管理的重要一环，这一技术目前主要涉及到四个技术维度，分别是煤矿综采检测技术、工作面智能预警技术、大数据远程监控平台以及智能控制系统，上述提及到智能控制系统已经基本成型并应用到综采实践中，其他三项技术要点如下：①煤矿综采检测技术。这一技术通过人工智能图像分析对煤矿中的煤料进行快速分析，计算出瞬时煤量，构成煤流系统的数据源。②工作面智能预警技术。通过改善煤流系统控制工艺，设计煤流自适应启动与多级设备协同装置，切实提升煤流的运转效率，同时也兼顾煤矿能源节约、不断延长煤矿内大型设备的使用寿命。③煤流系统的大数据远程监控平台，通过云存储等技术手段采集、上传、分析煤流运行数据，以这种方式提升煤流系统生产故障排查效率，升级完善远程监控系统，让煤矿综采工作面日趋无人化。

3.2 围岩与支架耦合控制

在综采工作面当中，支护方式是亟待升级变革的环节，围岩与支架耦合控制是传统支护方式发展的新趋势，尤其在复杂环境开采实践中，要将智能化理念落到实处，就需要进一步分析支架耦合控制问题。围岩与支架耦合控制将深部巷道耦合理论作为理论基础，通过对煤壁参数分析设定的方式构建液压支架结构，分析感知系统捕获到信息的耦合关系，构筑起初撑力智能补偿、防倾斜预警、千斤顶调节等为代表的多级联动机制，以期实现围岩耦合控制与智能序列化控制。在煤矿综采的过程中，尤其是复杂地质条件下的开采过程中，围岩与支架耦合控制能够扩展智能化系统对地质环境的包容度，提升围岩与液压支架的稳定性，进而保障整体智能化系统趋于稳定。

3.3 打造全方位视频系统

当前随着视频数据传输与虚拟现实等技术的深入发展，全方位视频系统已经开始走入到煤矿综采工作面当中，建议在采煤机、转载机、运输机、配液点等关键位置布局视频设备，积极引入煤矿专用高清摄像头，遵循两组支架一台摄像机的原则，在支架顶部安装好视频设备对综采机械进行智能化跟踪，并通过视频传输、跟机推送等技术将视频实时传输到技术人员工作台当中，让技术人员能够通过视频了解到工作面的实时状态并作出准确判断。