馬寧寧

（晉煤集團(tuán)趙莊二號(hào)井生產(chǎn)技術(shù)部， 山西 晉城 048000）

引言

進(jìn)入20世紀(jì)以來(lái)，煤礦礦井現(xiàn)代化、數(shù)字化、智能化建設(shè)對(duì)于建設(shè)實(shí)現(xiàn)少人、無(wú)人的安全高效開(kāi)采具有重要的作用。目前，我國(guó)在煤炭綜合開(kāi)采智能化裝備方面的研究已經(jīng)開(kāi)始慢慢起步，大多數(shù)煤礦礦井逐步實(shí)現(xiàn)了全機(jī)械化開(kāi)采。目前，國(guó)內(nèi)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)一次采全高年產(chǎn)600～1 000 t的成套技術(shù)裝備，但是相對(duì)國(guó)外的技術(shù)裝備來(lái)說(shuō)還是相對(duì)落后。2000年，中國(guó)與DBT有限公司共同建設(shè)了小青煤礦小煤層自動(dòng)無(wú)人操作面。2004年，小青煤礦推出了螺旋鉆采新工藝，并通過(guò)機(jī)外控制臺(tái)實(shí)現(xiàn)了對(duì)無(wú)人駕駛飛機(jī)的控制。2007年，中國(guó)煤機(jī)械制造企業(yè)成功研制出第一臺(tái)智能電力牽引采煤機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)安全高效的煤礦開(kāi)采，促進(jìn)智能煤礦的快速發(fā)展，已經(jīng)有很多學(xué)者進(jìn)行了研究，并取得了一定的成果[1-2]。

1 煤炭開(kāi)采裝備的發(fā)展現(xiàn)狀

在國(guó)家的政策支持之下，煤炭開(kāi)采裝備的開(kāi)采技術(shù)得到很大的發(fā)展，我國(guó)的煤礦大多數(shù)都有了較大的改進(jìn)，擺脫了傳統(tǒng)的開(kāi)采工藝，向智能化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化邁進(jìn)。

1.1 采煤機(jī)

采煤機(jī)作為工作面破煤與裝煤的重要設(shè)備，其先進(jìn)程度已經(jīng)成為影響煤炭開(kāi)采效率和質(zhì)量的重要因素。截止2010年，我國(guó)已經(jīng)有將近24家大型的采煤機(jī)械生產(chǎn)企業(yè)，大部分煤炭企業(yè)的采煤機(jī)都實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)化，而且采煤機(jī)逐漸向多種類、多型號(hào)、多形式的方向發(fā)展，滿足了不同環(huán)境的需求[3]。

1.2 液壓支架

采用液壓支架使得煤礦范圍不斷擴(kuò)大，大大提高了工作面的生產(chǎn)能力。同時(shí)，液壓支架的使用大大提高了整個(gè)工作面的生產(chǎn)效率，縮短了采煤周期，為設(shè)備和人員的安全提供了極大的保障。

1.3 刮板運(yùn)輸機(jī)

在綜合機(jī)械化采煤系統(tǒng)中，刮板輸送機(jī)主要用于輸送煤炭資源。刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)和液壓支撐設(shè)備都支持采煤系統(tǒng)。與其他兩種機(jī)械裝置相比，刮板輸送機(jī)不易設(shè)計(jì)和生產(chǎn)。經(jīng)過(guò)長(zhǎng)期的發(fā)展和研究，中國(guó)生產(chǎn)的刮刀基本滿足了國(guó)內(nèi)的市場(chǎng)需求。

1.4 提升運(yùn)輸系統(tǒng)

隨著地表煤炭資源的開(kāi)采，煤炭開(kāi)采逐漸向更深的地下進(jìn)行，同時(shí)開(kāi)采水平極大提高，促使煤炭運(yùn)輸技術(shù)向著更深、更大運(yùn)力的方向發(fā)展。目前，國(guó)內(nèi)礦山吊裝系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和生產(chǎn)能力已經(jīng)與國(guó)際接軌。

1.5 輔助系統(tǒng)與設(shè)施

在采煤過(guò)程中，不僅需要專業(yè)的采煤設(shè)備，還需要采礦和輔助設(shè)備等大量安全設(shè)備。例如，氣體監(jiān)測(cè)設(shè)備、設(shè)備安全生產(chǎn)監(jiān)測(cè)、安全救援和防爆設(shè)施等安全監(jiān)測(cè)系統(tǒng)都是必不可少的。

2 煤炭開(kāi)采裝備的發(fā)展方向

2.1 綜合開(kāi)采互聯(lián)網(wǎng)和智能化

目前，煤礦行業(yè)的熱點(diǎn)之一是實(shí)現(xiàn)人員越來(lái)越少的自動(dòng)化采礦。美國(guó)和澳大利亞的煤炭企業(yè)在20世紀(jì)80年代以來(lái)就開(kāi)始進(jìn)行研究，實(shí)現(xiàn)了工作面三機(jī)的自動(dòng)化及井下環(huán)境安全信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)[4]。

2.2 綜采掘進(jìn)的智能化

開(kāi)采設(shè)備是煤炭開(kāi)采中極為重要的，開(kāi)采設(shè)備的好壞直接影響到煤炭開(kāi)采的效率和整個(gè)開(kāi)采系統(tǒng)的安全性。在未來(lái)的綜采設(shè)備發(fā)展上，將智能控制技術(shù)和可視化遠(yuǎn)程控制技術(shù)應(yīng)用到煤炭工作面開(kāi)采，實(shí)現(xiàn)更加智能化、自動(dòng)化的控制作業(yè)，極大地減少工作面工作人員的數(shù)量，向著無(wú)人作業(yè)方向發(fā)展。通過(guò)采用遠(yuǎn)控智能平臺(tái)智能化進(jìn)行綜合開(kāi)采，同時(shí)采用掘支運(yùn)三位一體的配套設(shè)備進(jìn)行煤炭開(kāi)采。

2.3 運(yùn)輸自動(dòng)化

目前煤炭在礦井下的運(yùn)輸主要通過(guò)帶式輸送機(jī)進(jìn)行運(yùn)輸。隨著運(yùn)輸機(jī)向智能化的方向發(fā)展，無(wú)需像以前一樣進(jìn)行人工糾偏、人工駕駛等操作，只需通過(guò)遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)進(jìn)行遠(yuǎn)程智能化控制。通過(guò)這些技術(shù)的應(yīng)用，提高了煤炭開(kāi)采的和運(yùn)輸?shù)男?，并且極大地減少了施工人員的傷亡數(shù)量，對(duì)于煤礦安全生產(chǎn)具有重要的意義。

2.4 綜合可視化與智能控制

目前，在煤礦自動(dòng)化設(shè)備和系統(tǒng)的研制方面，國(guó)內(nèi)外煤礦企業(yè)取得了較大的成績(jī)。比如目前常用的防巖爆型在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。隨著在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的快速發(fā)展，煤炭開(kāi)采逐漸擺脫了傳統(tǒng)的開(kāi)采模式，向著更加人性化的方向發(fā)展，極大地減少了人員的傷亡事故，更是大大減少了財(cái)產(chǎn)的損失。將煤炭開(kāi)采的各個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行集成，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行聯(lián)通，形成一個(gè)自動(dòng)化的平臺(tái)，可以進(jìn)行全局的控制[5]。

3 綜采自動(dòng)化最新技術(shù)研發(fā)

自動(dòng)化采煤是目前煤礦企業(yè)進(jìn)行煤炭開(kāi)采的主要方式之一。但是它也面臨著較大的問(wèn)題，比如支架頂板支撐壓力不足的問(wèn)題，因此經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致輸送機(jī)出現(xiàn)超載現(xiàn)象，通過(guò)研制智能反饋系統(tǒng)，將采煤機(jī)割煤和智能調(diào)高控制，支架與圍巖結(jié)合等方面進(jìn)行智能化控制，頂板支撐力能夠在智能化的網(wǎng)絡(luò)下進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，為煤礦開(kāi)采企業(yè)的開(kāi)采施工作業(yè)保障安全。并且開(kāi)發(fā)了開(kāi)采工作面視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過(guò)在測(cè)距方面應(yīng)用傳感器，研制了一種可以無(wú)限測(cè)距的感知系統(tǒng)，見(jiàn)圖1。

4 結(jié)語(yǔ)

目前，我國(guó)的煤炭開(kāi)采成套設(shè)備有了較快的發(fā)展，但是與發(fā)達(dá)國(guó)家相比還存在一定的差距。在未來(lái)的發(fā)展中，只有不斷深入研究理論，采用先進(jìn)的技術(shù)對(duì)煤炭綜采成套設(shè)備創(chuàng)新，才能逐漸實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)高端煤機(jī)產(chǎn)品完全替代進(jìn)口，實(shí)現(xiàn)重大煤礦設(shè)備和智能化技術(shù)的完全國(guó)產(chǎn)化，從而使得綜采掘進(jìn)更好地向著智能化、自動(dòng)化、綜合可視化與智能控制的方向發(fā)展。

圖1 圍巖狀態(tài)及支架動(dòng)作量感知系統(tǒng)