煤矿综采工作面自动化智能化开采技术研究

赵士虎

淮北矿业股份有限公司杨柳煤矿 安徽 淮北 235000

引言

当下煤矿综合机械化开采工作逐步趋向于信息化、智能化方向转变。传统综采活动开展多数以人工为主，开采效率较低，开采期间的人力成本较高，难以保障开采环节综合效益。通过实施综采工作面智能化开采工作，能够切实提升综采水平，消除综采环节的安全隐患，以最小经济投入换取最大化开采效益，推动煤矿事业可持续发展进程。

1 自动化智能化开采概念及结构

1.1 自动化智能化开采技术概念

自动化智能化开采技术主要就是借助先进的开采系统，实现开采全过程管控目标，提升开采水平。

自动化开采期间的采煤机与配套工作多数依照预定轨迹运行，难以结合现场实际情况调整运行参数[1]。智能化开采期间的采煤机及配套设施可针对现场情况及时调整设备运行轨迹与运行位置，具备较强的学习能力，但引进成本较高，需工作人员具备专业操作水平。

自动化智能化开采技术的关键主要就是设备智能化，包括采煤机制的话、液压支架智能化、刮板输送机智能化等，使采煤机设备能够根据环境情况开展相应处理，保障煤矿采煤工作高效安全实施。

1.2 自动化智能化开采结构

自动化智能化煤矿机构可分为感知层、传输层、平台层与决策层。

感知层就是感知层网络，主要功能是感知与采集。开展自动化与智能化开采工作环节，可以通过运行传感器、监控设备实施设备检测工作，确保检测设备能够始终处于安全高效运行状态。

传输层配备了有线接口、无线接口设施，可以积极开展数据传输与反馈工作，使感知层采集到的信息能够由终端接收。传输层运行水平可直接影响到煤矿综采智能化自动化工作实施效果，通过传输传感器采集到的各类信息，实现识别风险源、事前管控安全隐患、制定专项可行安全管理机制[2]。借助传输层与各部门还能够开展交互管理活动，进一步扩大管理覆盖面，满足安全可靠管理要求。

决策层由人员定位系统、网络管理系统、专家决策系统等先进的智能化自动化设施组成，对管理活动进行系统决策，发现并解决存在于综采工作开展期间的各类问题，优化开采资源配置。

2 煤矿综采工作面自动化智能化开采技术应用优势

相较于普通煤矿综采技术手段而言，自动化智能化开采技术的优势具体体现在以下几个方面。

2.1 开采效率更高

智能化自动化开采工作可通过使用先进设施及技术手段，最大限度控制人工成本，降低因人为操作不当等因素造成的开采安全事故及质量问题发生概率，保障开采工作有序实施，提升煤矿开采效率[3]。在煤矿综采工作实施过程中借助计算机设施，也能够对机械产能展开合理配置，避免设备出现空转等情况，提升资源利用率。

2.2 保障煤矿开采安全实施

在煤矿综采环节进行自动化与智能化改造，可以控制下井人数，落实安全管理职责，提升开采全过程安全效益[4]。不仅如此，智能化设施还配备了自检系统，在设备故障或运行异常的情况下能够及时发出预警，降低安全事故发生概率。

煤矿综采环境可直接影响到开采工作的安全性，借助智能化设备实时监控并采集地理环境信息，能够在发现安全隐患的情况下立即通知井下工作人员撤离，降低安全事故发生概率。

2.3 提升煤矿开采数据利用率

自动化智能化开采技术手段也能够提升开采环节各数据利用率，结合数据分析结果，提升开采全过程管理水平。具体来说，通过采集并分析施工现场地理条件、采矿设施运行轨迹、机械高度等数据，制定出最佳开采技术方案，确保开采工作有序实施。

3 煤矿综采工作面自动化智能化开采技术种类

3.1 液压支架跟机自动化智能化开采

液压支架主要用于控制岩层，为综采工作提供一个安全可靠的环境。液压支架的智能化工作需要维持作业顶板稳定性，结合岩层阻力，实施调节工作阻力。液压支架工作阻力过大或过小都会影响到工作面开采效果，在工作阻力较大的情况下，顶板受到的压应力就越大，在稳固性不足的情况下极易出现破损问题，引发冒顶事故。在液压支架工作阻力较小的情况下，顶板的下沉量随之增大，致使采煤机难以始终处于正常运行状态[5]。

液压支架跟进自动化工作开展环节设置到的参数主要包括压力值、倾角、采煤机运行状态、液压支架位置等。通过开展自动化割煤工作，能够满足自动化决策目标，对液压支架中部根机动作进行调节，提升端头清浮煤及推进装载机水平。液压支架跟机自动化智能化开采工作也能够有效衔接工作面，确保工作面设备始终处于安全可靠的运行状态，降低液压支架设备故障问题发生概率。

建立液压支架远程控制平台，也能够全面收集工作面视频数据，判断顶板完整性，自动纠偏工作面支架位置，配合机器视觉技术，精准计算出支架的位移情况。

3.2 采煤机记忆截割

采煤机是综采工作面重要设施，采煤机运行水平可直接影响到综采工作开展全过程的经济效益。采煤机智能化方向需要依照煤层赋存情况自动切换切割高度值，精准判别煤层厚度范围，避免切割高度不足导致资源被浪费，切割高度过大，使采煤机更易磨损。

采煤机机切割技术就是结合采煤机液压支架跟机自动化与象限转换点，将采煤机记忆切割每项划分为多个区域，在切割环节灵活管控工作参数、姿态参数、滚筒高度轨道，构成切割机运行期间的记忆模块。调节参数过程中对结液压支架工作面积采煤机，对采煤全过程展开自动化调节，保障采煤工作高效开展。

采煤机的自动化管理工作还可自动侧斜并调整采煤位置，将综采工作面平行于液压支架，避免工作面偏离预定位置，导致开采期间的安全性受到不利影响。

3.3 工作面视频监控

在采煤工作开展过程中使用工作面视频监控技术手段，能够运用摄像机追踪采煤机运行状态，使跟机设备及推送有效对接，对采煤全过程进行可视化远程监控。

3.4 刮板输送机智能化

刮板输送机也是煤矿综采工作面的重要装煤设施之一，通过对刮板输送机进行智能化改造，能够进一步提高煤矿运输效率。在刮板输送机智能化改造环节，可判别刮板输送机及液压支架的平行线，自动校正设备位置，明确支架设备范围，对设备运行期间的管理情况进行灵活管控，避免设备在运行期间出现故障问题。

4 煤矿综采工作面自动化智能化放顶煤技术

4.1 振动法自动放煤技术

振动法自动放煤工艺就是借助振动传感器设施，识别不同硬度物体碰撞期间产生出的信号，对煤矸自动放落全过程展开严密监控，主要被应用在煤矸石硬度差异较大的开采工作中。

在振动法自动放煤过程中，需要采用前端平滑处理、电信号去噪技术以及功率谱分析处理技术，在智能化工作面中安装不同种类的传感器，借助信息融合算法将收集到的各项数据信号展开系统处理，使处理后的信息能够通过信号指令的方式控制液压支架等设备运行，满足放煤口开闭控制目标，有序开展机械房没工作。

4.2 记忆模式自动放煤

记忆模式自动化放煤技术的智能化水平更高，多设备应用在地质条件良好、采煤工艺稳定的矿井采环节。放顶煤技术的重复性强，通过使用记忆模式自动放煤方法，可以对采煤机的记忆切割煤象限进行合理分配，详细记录下他们工作开展期间的各项工作参数、姿态参数以及滚筒运行轨道高度数值，借助智能化运算方式开展及以切割模板以及自动放煤工作，实现放煤目标。

智能化开采工作开展环节还需要将放煤控制装置安装在液压支架上，存储采煤机械设备在实际生产环节的各工序、持续以及工作参数等信息，结合运行环境特征，灵活优化智能处理运算方法，满足智能化启动范围目标。

5 煤矿综采工作面自动化智能化开采技术发展现状

随着社会经济发展速度进一步加快，煤矿综采面的智能化已成为煤矿行业重要发展趋势。现阶段煤矿综采工作面自动化与智能化环节依然存在较多问题亟待解决：

当下煤矿综采工作面的自动化与智能化水平处于有待提升阶段，智能化手段难以满足开采要求。如在采矿期间使用的传感器种类虽然较多，但传感器运行期间的信号传输能力较弱、传输距离较短。在大型机械设备运行过程中，信息处理极易出现过载情况，在现场指挥期间的局域网信号较弱，需要在未来发展工作开展过程中加强自动化智能化技术研发管控力度；

煤矿运输环节存在的问题较多，难以保障选址效果。如煤矿层分布地质环节的选址错误，需要使用非视测量技术手段以及传统煤矿运输方法进行地址移动；

煤矿行业的高新技术人才较少。现阶段煤矿综采工作大部分依然由经验丰富的技术人员及矿工负责实施，此类工作人员对自动化与智能化知识的理解能力较为薄弱，难以推动煤矿综采面自动化与智能化发展进程，需要更多先进人才加入，为采煤行业发展提供重要的人才保障。

6 提升煤矿综采工作面自动化智能化开采技术应用水平的具体措施

首先，进一步完善煤矿开采技术手段。当下煤矿智能化与自动化改造工作已然成为煤矿企业重要发展方向，需要积极引进先进开采技术，为企业创造更多经济收益。运行智能化开采设备也可以排除设备运行期间的安全隐患，提高开采效率。

其次，企业需要具备创新精神及长远规划，通过使用自动化智能化技术手段，也可以完善综采工作面开采理论体系，借助煤矿智能开采方式开展现场管理工作。因煤矿开采工作场地较大，使用人工开采方式经常会出现失误问题，需要结合智能化开采方式，为生产全过程提供全面指导。

最后，有序开展煤矿综采工作一体化、自动化工作，节省人力及物力开采成本，实现事前管控采矿安全隐患目标。将机械生产及信息技术结合在一起，提升煤矿开采总量，使企业能够紧跟智能化、自动化发展进程。提高采煤工作开展精准度，配合使用雷达探测、红外线探测技术手段，对采煤全过程展开智能化控制，实施智能模拟模型推演，分析采煤动态数据，满足煤矿智能化生产目标。

7 结束语

总而言之，将自动化、智能化设施应用在煤矿综采环节，能够切实提升煤矿开采水平，保障开采工作高质高效开展。现阶段国内自动化智能化开采技术的发展速度逐渐加快，在煤矿综采工作开展过程中还需要着重关注采煤机、液压支架与刮板输送机等智能化改造工作，培养高素质工作人员，稳定有序推动我国煤矿生产事业智能化发展进程。