综采工作面智能化技术应用研究

王祥剑 孙明磊 刘向鹏

摘要：近年来，随着信息技术的不断进步，煤矿领域加速发展。煤矿综采工作面中应用支架控制、机巷泵站远程控制、一键启停地面调度监控等系统，且实现了理想的效果，能够预见的是煤矿综采中会逐步应用围岩支架耦合控制、煤流系统智能化等更多智能化技术。为此，本文分析了煤矿綜采工作面智能化技术的应用及存在的问题、煤矿综采工作面智能化技术应用效果提升的有效对策，最后分析了智能化技术的发展展望。

关键词：综采工作面  智能化技术  应用  发展

目前，我国在进行煤矿综采工作的过程中，运用远程管控采煤技术及智能无人采煤技术是最为广泛的，这两种智能开采技术对于提高整个煤矿开采的效率都有着非常重要的作用。而在进行煤矿综采工作的过程中，由于现场施工环境复杂，一旦发生爆炸或者透水等事故，现场技术人员自身的安全就会受到威胁。另外，在煤矿综采工作过程中，所运用到的设备系统非常复杂，如果操作人员不够专业，非常容易操作不当，从而引发安全事故。每个设备系统都有着不同的操作方式，这对于人工的消耗量也是非常大的。当前时期，我国煤炭领域恰恰处在升级转型的重要时期，新网络技术在煤炭企业中的应用，尤其是智能化手段的应用，业已变成煤炭企业增效提质发展的关键方式。当今，综采工作面具备较大的生产压力，各个环节的设备更新也非常迅速，其担负着较高的生产任务。为此，综采工作面应用智能化技术非常有利于提升工作效率和质量。

1 煤矿综采工作面智能化技术的应用

1.1 煤矿综采工作面面自动取直以及采煤机位置监测技术

在不间断往前推进综采工作面时，为了保障液压支架和刮板运输机整体受力状态的良好，需要保障工作面呈现为直线状态，并且跟巷道方向呈现为正交状态，这就要求应用地理信息系统需获得准确的采煤机位置信息，并且及时把控采煤机的运行参数信息，确保采煤机的自动导航功能实现，以及应用截割模型向工作面液压支架电液控制系统中传送采煤机截割参数，确保液压支架、刮板输送机、采煤机的联动。纵观当今“三机”智能化联动的现状而言，较多地选用了惯性导航系统，这样的导航系统具备较高的整体精度，然而，在实际应用时由于存在长时累计误差，造成其难以实现采煤机导航的具体要求，因此在具体应用时应全面补偿测量系统误差。当前时期，结合航位推算、有效应用里程表实施补偿，这是实现理想误差补偿方法的主导方式，纵观实际应用现状而言，比较有效的手段是闭合路径算法，在应用该算法的情况下，其恒定条件是采煤机截深，在进行补偿的基础上能够实现理想的误差补偿效果。例如，在250m长度的工作面上，控制策略误差范围为20mm以内、取直误差为50mm以内。

1.2 煤矿综采工作面水平控制以及煤岩界面识别技术

为了实现综采工作面采出率的显著提高、尽可能地减少资源浪费现象，应保障综采工作面截割范围在顶底板边界当中，并且尽可能地保障底板状态的平整。有效统一自动导航技术和地理信息系统，可以三维化定位采煤工作面，然而，纵观具体应用现状而言，地理信息系统难以确定煤岩层界面和煤层动态倾角等有关信息，因此应需要精准识别煤岩层界面，实时测量煤层动态倾角，并且可以自动调高和精准控制滚筒，确保煤层赋存信息和截割范围信息的统一。当前时期，我国很多综采工作面都应用记忆割煤技术，此技术能够使采煤机的半自动调高功能实现，即采煤机师傅应先开展“示范刀”，系统会对具体的工作面采高数据进行记录，再结合编码器和倾角传感器等准确采集数据，运行过程中的采煤机结合“记忆截割”上的信息智能化调节滚筒，以使“记忆采煤”的目标实现。纵观此技术的应用现状而言，如果存在较大的煤层走向改变，应实时开展人工干预，这样才可以确保采煤效果的改善。纵观当今此技术的发展现状而言，在煤层特征追踪中应用热红外摄像仪的技术可以识别煤岩层界面，从而实现理想的成效，其重点是通过反射过程中的红外线存在的波长差异跟煤层和夹矸层倾角的统一性，进而综合捕抓煤层当中有的带式夹层特征，当综合强化处理图片后，以扫描像素的方式获得比较精准的煤岩界面和煤层动态倾角等信息，结合对信息的有效分析和应用，能够自动调高采煤机滚筒，确保有效控制工作面水平方向。纵观此技术的应用情况而言，在后续的应用中需要确定摄像头的位置和角度，且结合具体的工作面现状，增加摄像头的应用数量，以使设备的环境适应性综合提高，并且有效应用温度场，从而可以高效识别煤岩。

1.3 煤矿综采工作面溜坡控制技术

当顺着煤层走向开采综采工作面的情况下，倘若综采工作面跟煤层走向不是垂直的关系，那么两个巷道之间的液压支架会形成溜坡现象。为了减小如此现象的发生概率，能够应用激光扫描仪纠正法，即将激光扫描仪安装在采煤机端头部位中间槽，这样可以综合扫描和记录推进的每一刀的距离，且可以扫描巷道推进方向。在实际工作中可以选用特殊滤波算法精准确定扫描器的实际位置和状态，然后在地理信息系统中综合反馈相关信息，从而实时更新工作面和巷道信息，保障工作面跟煤层走向保持垂直关系。

1.4 煤矿综采工作面液压支架电液控制技术

综采工作面中的液压支架电液控制属于智能化控制的一个关键方面。电液控制系统的应用能够使液压支架的全自动、成组动作效果实现。纵观此技术的应用现状而言，整体业已比较成熟，能够实现综采工作面安全性和稳定性的标准，当前时期煤矿能够结合综采工作面的具体现状液压型号不同的控制器。

1.5 煤矿综采工作面生产不间断性保障技术

对于综采工作面的智能化控制而言，应实施有效的保障工作面不间断生产的对策，具体来讲，需要应用以下技术。第一，运输机平衡控制技术。综采工作面中应确保采运的平衡，在实际操作时应实时检测刮板运输机的煤流量，向控制中心传输运输系统的实时负荷情况，控制中心在综合比较理论与实际负荷的基础上能够自动调节割煤以及落煤的速度。在实际应用时能够选用运输机电流反馈技术和摄像仪图像采集识别技术等，并且还应综合监测刮板输送机的刮板链的张紧性。第二，防撞技术。该技术的应用旨在防范设备跟设备间、设备跟人间形成碰撞的情况，在实际应用中能够选用雷达探测技术、三维扫描技术、远程监控技术等，从而很好地规避碰撞现象，保证设备与人员的安全。

2 煤矿综采工作面智能化技术应用存在的问题

2.1 煤矿综采工作面自动找直难以实现

纵观综采工作面的具体应用现状而言，很多时候工作面的自动找直还难以实现，这主要是因为依旧应用相对位移和行程的测量技术，测量精度较低，难以实现自动化控制的标准，因此，亟需深入研究精准的找直技術，一些技术难题依旧未曾实现理想的攻克效果。为此，这还需要持续开展三维地质模型的模拟工作。并且，当今应用的自动化开采配套设施难以实现综采智能化技术的要求，因此相关设备从某种程度上阻碍了智能化技术的进步和发展。

2.2 煤矿综采工作面存在来回滑动的情况

纵观当今综采工作面智能化应用和发展现状而言，由于综采工作面生产受到外部地质条件等要素的制约，因此运行过程中的刮板运输机整体存在来回滑动的情况，这会使刮板运输机和转载机的互相搭接受到不利影响，造成输煤不顺利的现象，从而不利于煤矿安全生产。在将来应注重转载机和刮板运输机自动检测方面的探究，能够选用伪倾斜的手段有效地处理以上问题。并且，当前时期的综采发展面自动化综合技术能力还比较低，在应用智能化技术时难以有效、统一地监测与控制工作面巷道，而经常会出现“三机”不协调的现象。

3 煤矿综采工作面智能化技术应用效果提升的有效对策

3.1 注重财力、物力、人力等资源方面的投入

技术因素依旧是当前影响煤矿综采工作面智能化发展的关键所在，一些技术的发展依旧比较稚嫩，从而在具体应用时体现为很多缺陷。因此，务必注重技术研发的投入，从财力、物力、人力等资源方面做出综合性支持，这样才可以加速智能化技术的进步和发展。

3.2 注重培训人才和完善制度体系

注重培训人才，当综采工作面应用新装备、新技术、新工艺后，要求技术工作者实时消化和吸收，这样才可以体现理想的应用效果。并且，不断完善制度体系，由制度视角保障综采工作面智能化发展，这非常有利于综采工作面智能化水平和应用效果的提升。

4 煤矿综采工作面智能化技术的发展展望

4.1 煤流系统智能化技术

对于煤矿综采工作面而言，煤流系统智能化技术的应用有助于无人化工作模式的实现，该智能化技术系统能够划分为4种技术。第一，煤矿综采检测技术。该技术是在把握煤矿整体运行图像的基础上结合人工智能探究图像涵盖的信息，如此能够对瞬时煤量进行迅速计算，也属于煤流系统中主导的数据来源。第二，工作面智能预警技术。智能预警技术的应用可以使煤流运转效率显著提升，如此的工作方式重点是结合场地的具体工作需要持续调整和优化煤流系统控制工艺，从而可以综合应用整体设备，这样还能够实现设备整体应用年限的延长。第三，煤流系统的远程控制大数据平台。此平台重点是采集、上传、分析有关数据信息，然后能够以此为根据有效地排除煤流系统的故障问题，在排除故障后能够确保煤矿综采工作面尤为顺利地开展。第四，智能控制系统。智能控制系统的应用旨在使无人操作的模式在煤矿综采工作面整体实现。

4.2 全方位视频系统技术

全方位的视频系统在煤矿综采工作面的应用有利于采煤工作的顺利开展，为了可以尤为清晰地把握工作面整体的实际情况，能够将监控设备设计在有关节点，并且对于高清摄像头的安装而言，应遵循一台摄像机服务于两组支架的原则，将有关视频设备安装好之后结合视频传输技术对工作面整体的运行状态进行实时观察。作为智能化采煤工作面的“眼睛”，工作面视频控制系统担负着记录和监控工作面整体的任务。工作面视频监控系统结合工控平台分析、识别视频图像信息，可以明确工作面顶板赋存、巷道围岩、工作面煤壁等现状，并且可以实时追踪工作面液压支架底座前面部位、刮板运输机、液压支架内护帮板。根据视频分析结论，能够适度调整和优化三机的部位，保障设备平直度，实现巷道、工作面支护强度和质量的提升。总而言之，工作面视频控制系统重点主要实现监测工作面设备运行情况、视频跟机自动切换、追踪井下定位人员、通过红外补光生成高清晰度的矿井生产现场视频资料，并通过对视频数据的有效分析，生成对工作面智能化控制指令等功能。

4.3 三机控制系统技术

验证煤矿高效安全生产及智能化工作面建设指标的是工作面设备的“三直两平”。三机控制系统的基础是采煤机的精准定位，其结合工控平台处理和分析数据的功能、图像识别技术、行程传感器等生成刮板运输机的轨迹曲线，且以此为前提条件及时调整工作面液压支架的部位，确保采煤机、刮板运输机、液压支架的平直。三机控制系统可以结合工控平台对工作面端头的视频数据进行分析处理，以及很好地识别和处理大块煤体，防范损坏转载机。三机控制系统的组成部分是工控平台、数据交换机、就地控制箱。其中，三机就地控制箱可以结合工作面传输数据的平台连接工控平台，从而实时传输或交换数据。

5 结语

综上所述，基于煤矿领域的升级和转型发展形势下，综采工作面智能化技术的应用非常有利于提高煤矿生产效率和安全性。不少煤矿业已初步认知到智能化技术应用的价值和作用，然而，纵观当今的实际应用现状，依旧存在非常大的发展空间。为此，煤矿企业应根据自动综采工作面的实际情况和需求，注重财力、物力、人力等资源方面的投入，以及培训人才和完善制度体系，从而实现综采工作面智能化发展水平的提升。

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中图分类号：TD823DOI：10.16660/j.cnki.1674-098x.2201-5640-4548

作者简介：王祥剑（1981—），男，本科，助理工程师，研究方向为煤矿采掘安全生产。孙明磊（1985—），男，本科，助理工程师，研究方向为煤矿机械。刘向鹏（1973—），男，本科，助理工程师，研究方向为煤矿采掘安全生产。