煤矿采煤机智能化关键技术探讨

杨仁鹏，刘生江

（1.鄂尔多斯市能源局；2.国能神东寸草塔二矿，内蒙古 鄂尔多斯 017200）

采煤机智能化是保证煤矿开采技术完善、进步的重中之重，无人采煤机的使用是采煤技术的进步和改革。在此过程中，对于自适应牵引控制、采煤机截割环境和采煤机装置速度调节工作，要给予重点关注。利用相关的研究工作帮助煤矿采煤机智能化夯实技术基础，将先进的理论应用到实际的采煤工作中，以促进采煤机智能化转变取得重大进展。

1 煤矿采煤机生产故障

1.1 机械故障

采煤机的机械故障非常普遍，可能有多种原因造成。比如，操作不当会导致零部件出现问题，或者长时间的维护也会造成问题。例如，轴承的问题通常是由于采煤机的各个部位承受的负载不平衡，有些地方的负载超出了它的能力。如果在维修过程中，轴承和支撑轴未能正确保养，未能及时补充润滑油，将会导致磨损无法得到有效控制，从而增加设备发生故障的风险。除了轴承安装的不当，还包括连接和驱动的故障。这些问题的产生主要是由于采煤机在运行中的振动太强，导致一些零部件松动或脱落，而由于缺乏及时的维修，这些部件很快就无法正常工作，从而导致了故障的发生。如果采煤机的某些部位负载过高，超出了它的承载能力，导致零部件的严重磨损，就可能导致故障。

1.2 液压系统故障

液压系统是采煤机的关键组成部分，但它也容易受到外界环境的影响而产生故障。有些情况下，由于油污的存在，很难及时发现并解决，从而导致故障的频繁发生。油污可分为内部油污和外部油污2 种。外部油污的形成受到采煤机所处的恶劣环境的影响，因为它们通常被安装在地下，而且空气中含有大量的灰尘、碎屑等污染物，如果不能及时清除，就会积累到液压系统上，从而形成油污。

由于采煤机的荷载过大，导致液压系统的一些组件出现了挤压和磨损，如果这种情况持续存在，就会导致液压系统内部出现大量的纤维物、颗粒物，当设备处于高温时，这些纤维物和颗粒物就会变成胶状污染物，从而导致故障。

2 煤矿采煤机智能化现状

2.1 自适应牵引控制方案设计不合理

尽管自适应牵引控制技术可以帮助合理地使用采煤机，但由于它们的计划设计没有充分考虑煤矿的实际情况，特别是在开采过程中，可能存在切割阻力判断不够准确的问题，从而使得采煤机在运行时无法获得预期的牵引速度，也就无法实施自动化的牵引控制。尽管在制定自动化调节牵引控制计划时，一方面，我们没有充分考虑采煤机的具体情况，导致其在高度方面的调节变得困难，从而影响了采煤机的正常运转，并且没有充分发挥其独特的环境优势。另一方面，由于缺乏对输送机的关注，没有充分考虑牵引电流的影响，从而无法将其与切割电流相匹配，从而影响了整个自动化调节计划的优化。由于技术限制，我们无法充分改进采煤机的性能。

2.2 无线网传输技术缺少合理性

当前的煤矿开采管理工作存在一定的问题，其中一个原因是，部分无线网传输技术人员没有足够的经验和能力去了解整个开采区域的实际情况，导致他们没有能力根据当地的资源和需求进行无人交换机的布置，从而降低了无线网传输的效率。尽管有相当一部分无线网传输技术人员在设计无线网络交换器装置时，对网络渠道的建设工作给予了足够的重视，但是由于缺乏对采煤机安装所需参数信息的合理分类，使得数据传输的稳定性和可靠性受到了严重的影响。由于现场煤炭开采技术人员缺乏对无线数据传输网络布设设计的知识，以及缺乏对采煤机参数信息的具体分析，使得采煤机智能化研发受到了严重的限制，无法有效地上传数据和视频资料，从而无法为采煤机的控制优化工作提供有效的依据。

3 煤矿采煤机智能化关键技术

3.1 采煤机记忆割煤技术

采用记忆割煤技术，可以根据人工示范操作，自动调用控制器程序，记忆刀顶滚筒和底滚筒在工作面行走过的高度轨迹，从而实现自动割煤，节省时间和精力。为了更准确地测量滚筒高度，采煤机可以在摇臂上安装摆角传感器，它可以根据摇臂摆角、摇臂长度和滚筒直径之间的数学关系来计算滚筒的高度；此外，还可以在摇臂调高油缸上安装油缸行程传感器，它可以根据油缸行程、摇臂长度和滚筒直径之间的数学关系来计算滚筒的高度；最后，还可以在摇臂连接销轴上安装旋转编码器，它可以测量摇臂的摆角，并根据摇臂长度和滚筒直径来计算滚筒的高度。采煤机的机身可以通过倾角传感器来测量其走向和倾斜的变化，控制器则可以根据这些信息来调整采煤机底部滚筒的挖掘量，以保持机身的平衡。记忆割煤的关键在于准确定位采煤机在工作面上的位置，这种方法主要是通过在牵引部安装传感器，以及在减速齿轮上安装磁体，来测量低速齿轮的旋转次数和方向，从而计算出采煤机的行走位移值。采用编码器来测量牵引电机转矩轴的旋转圈数和方向，可以计算出采煤机的行走位移值。此外，为了实现记忆割煤，还需要精确设置采煤机的机身高度、长度、摇臂长度、截深、位置以及工作面参数，以确保采煤机的准确定位。

3.2 采煤机状态感知技术

采用定位感应技术，可以精准地控制采煤机的行走轨迹，从而使其符合刮板输送机的导轨走向。这种技术可以帮助我们更好地掌握采煤机的工作状态，从而更加准确地完成任务。采用合理的行走轨迹，能够显著改善作业面煤壁的截割程度，使其更加精准、稳定。此外，这种行走轨迹的安排也能够显著提升液压支架的精准性，从而达到良好的自动调直效果。利用采煤机定位技术，不仅有助于推动煤矿综合开采的无人化，而且还可以充当三维定位的重要角色，从而实现更高效的生产管理。现阶段，采煤机定位技术的应用已经涵盖了多种多样的方法，如超声波、地理信息系统、红外线和无线传感网，它们的结合，有助于提高生产效率，提升安全性。为了更好地控制采煤机的运输，需要在安装轴编码器和其他基础设备的同时，考虑到它们的运输距离，从而保证测量工作的高效进行。

3.3 采煤机的物联网技术

通过对采煤机物联网技术的分析，可以发现，它以智能化功能为基础，将工作区域、现场总网以及无线网等多项基础元素完美结合，实现了全覆盖，将煤矿综采的所有区域都纳入其中，从而提高了采煤效率和安全性。在安装无线交换机时，应将其置于采煤机的上方，并从工作面的范围出发，进行合理的位置调整，以确保两者之间能够有效地互相促进、互相影响，为数据传输提供便利，使其能够稳定、高效地运行。使用采煤机物联网技术可以大大改善煤矿开采作业环境，提升智能化发展水平，充分展示出物联网技术在煤矿开采中的重要作用。然而，由于物联网技术的应用周期较短，部分技术仍然停留在理论层面，从而导致其使用效果受到影响，出现了形式化的弊端。由于缺乏实践操作，物联网技术的功能和价值得不到充分发挥。因此，有必要对采煤机物联网技术进行深入研究，并采取有效措施来提高其实际效用。

3.4 有线通信技术

为了提高煤矿井下工作面采煤机的远程监控能力，我们在巷道集控中心安装了一个远程监控箱。这个监控箱通过使用矿用阻燃金属屏蔽线缆，并且采用双绞技术，以提高抗干扰能力，进而实现对工作面采煤机的远程信息采集和控制。通过采用动力电缆芯线技术，可以大大缩短采煤机远程控制的响应时间，最低可达200ms，而且传输总带宽也可以达到20kbit/s 以上。此外，随着光纤传输技术的不断发展，它也越来越普及。采用先进的技术，可以在采煤机电控箱内部使用高精度的光电模块来实现信号的快速转换。这种技术可以将信号从一端传送到另一端，并且在这个过程中不会受到任何电磁干扰，同时还能保证系统的稳定性和可靠性。

3.5 顶煤弱化技术

在我国大多数煤矿的开采活动中，顶煤弱化技术的运用非常普遍，尤其是在处理厚煤层煤炭资源时，它的应用效果更加显著，可以有效地减少能量消耗，同时，还可以大大提高煤层的采掘率。在开采煤矿时，应该综合考虑预煤阶段的弱化规律，并且要尽可能地利用爆破技术，从而有效地减少顶煤层的压力，从而改变它的力学特征和结构，从而降低它的总体强度。然而，在开采过程中，由于顶煤支架本身的性质和爆炸效应的存在，它们的支撑力会大大降低，因此，必须加强对这些因素的管控，科学安排，确保煤矿顶部活动的安全可靠。

4 采煤机智能化技术的发展具体措施

4.1 实现远程智能监控

智能化技术的发展离不开远程智能监控系统的应用，通过该系统的应用，能够实现对煤矿开采区域的有效监控，避免了工作人员出现安全问题。采煤工作人员可以根据智能监控系统中显示的采煤机运行状态等相关信息来及时判断设备运行中存在的问题，从而进一步保障安全生产。另外，在采煤工作开展过程中，为了避免出现较大误差，远程智能监控系统还能够在第一时间发出警报。这项功能的应用，能够为工作人员提供一个安全可靠、高效率的作业环境。因此，我国煤矿企业应该针对该系统进行全面研究应用，从而为煤矿企业提供更高的经济效益。

4.2 开展精细化管理活动

为了更好地管理煤矿企业的运营，工作管理人员需要根据施工现场的特点，使用适当的管理系统，并建立科学合理的现场管理制度。这样，他们就能够更好地识别和评估风险，并能够更加有效地监督和控制机电设备的运行状态。为确保煤矿企业的安全运行，工作人员应当深入学习“NOSA 安全辨别管控”，并结合实际情况，准确判断作业风险，以便有效地提高自身的安全防范能力。

4.3 优化设计智能采煤机

优化设计是提高智能采煤机运行质量、稳定性和安全性的基础，因此，必须对其进行优化设计，从而满足煤矿企业生产需求。根据智能采煤机工作流程，通过合理设计智能采煤机可以有效实现智能化开采的目标，不仅能够有效提高煤炭资源开采效率，而且还可以提升采煤机运行的稳定性。从我国目前实际情况来看，我国煤矿企业生产系统中智能化设计主要应用于综采工作面以及掘进工作面中，其主要目的就是为了提升综采工作面的自动化水平以及掘进工作面的自动化水平，从而促进煤矿企业实现自动化、信息化、智能化的发展目标。在此过程中，需要针对智能采煤机进行优化设计，满足各方面要求。

4.4 完善煤矿智能采煤系统

煤矿企业在开展智能采煤系统设计工作时，需要建立完整的智能化采煤系统，从而进一步完善煤矿企业智能采煤系统。首先，需要明确各个系统之间的关系，并明确智能采煤系统的工作流程。其次，在整个煤矿开采过程中，需要将所有采煤设备进行合理布置，并配备相应的传感器和控制器，通过建立完善的采煤自动化控制系统，来实现对不同开采设备的集中管理、实时监测以及远程控制。最后，在实际工作过程中，必须对数据信息进行实时采集和监控，通过建立完善的智能系统对各个传感器数据进行全面监测和记录。这样能够实现煤矿开采过程中采煤设备运行情况以及各类故障情况等数据信息的实时获取与处理。

5 结语

综上所述，煤炭作为我国能源供应的主要来源，对我国社会经济的发展起到了至关重要的作用。随着新时代发展背景下对煤炭资源需求量的不断增加，采煤机械作为煤炭开采行业的核心机械设备，在煤炭开采工作中起到了决定性作用。由于传统煤矿开采方式无法满足现代化技术发展需求，需要借助智能化采煤机械来实现高效开采，从而提高煤炭资源开采效率，促进我国采煤机械行业的可持续发展。针对传统煤矿开采技术存在的不足以及现代化生产需求，需要针对采煤机械进行全面升级。因此，必须对智能化采煤机械进行深入研究，将智能化采煤机械应用到煤矿开采工作中，实现高效采煤。