摘 要：近年來，煤炭行業(yè)加速推進(jìn)信息化、智能化建設(shè)，智能化開采成為大勢所趨，由采煤工作面各系統(tǒng)、施工工藝、勞動(dòng)組織、保障措施構(gòu)成了煤礦智能化開采的新體系。煤礦綜采工作面智能化開采的應(yīng)用不僅可以實(shí)現(xiàn)無人開采的目標(biāo)，可以大大促進(jìn)煤礦綜采工作的開展，是適應(yīng)時(shí)代發(fā)展的一項(xiàng)技術(shù)革新。本文將主要探討煤礦智能化綜采工作面開采技術(shù)及其控制。

關(guān)鍵詞：煤礦;智能化;綜采工作面;開采技術(shù)

隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，我國的煤炭開采技術(shù)不斷發(fā)展成熟，煤炭工業(yè)逐漸由勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)向資本密集和技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，煤炭的開采工藝在實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化的基礎(chǔ)上，逐漸向智能化和自動(dòng)化發(fā)展轉(zhuǎn)換，隨著可持續(xù)發(fā)展觀念的傳播，國內(nèi)的煤炭企業(yè)越來越關(guān)注生產(chǎn)上的技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)換代[1]。實(shí)現(xiàn)煤炭生產(chǎn)的智能化綜采能夠有效地提高煤炭生產(chǎn)的質(zhì)量，同時(shí)降低工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，這充分發(fā)揮先進(jìn)設(shè)備的效能，總體上提升了煤炭生產(chǎn)的效率。煤礦企業(yè)因?yàn)榄h(huán)境、安全等要素的制約作用，迫切需要先進(jìn)的智能化開采設(shè)備與配套技術(shù)等。鑒于此，對(duì)煤礦綜采工作面智能化的開采進(jìn)行探究有著重大的現(xiàn)實(shí)意義。

1 煤礦智能化綜采工作面系統(tǒng)面臨的技術(shù)問題

未來，礦區(qū)的智能化煤炭綜采工作面系統(tǒng)仍需克服許多關(guān)鍵技術(shù)問題：

首先是采煤機(jī)的位置檢測和工作面的自動(dòng)取直技術(shù)。在具體的煤炭開采工作中，由于智能化綜采工作面系統(tǒng)是在以往開采數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行自動(dòng)化、高效化開采。因此，在推進(jìn)工作進(jìn)程時(shí)，為了保證支架和刮板輸送機(jī)的受力處于最佳狀態(tài)，需要保證工作面成一條直線并與煤礦巷道處于正交，因此，工作人員需要結(jié)合地面的地理信息系統(tǒng)收集相關(guān)數(shù)據(jù)，獲取正確的采煤機(jī)位置及其運(yùn)動(dòng)參數(shù)，以幫助采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航，并通過截割模型傳輸采煤機(jī)的割取數(shù)據(jù)到液壓支架控制系統(tǒng)以實(shí)現(xiàn)三機(jī)聯(lián)動(dòng)[2]。

其二，智能化煤炭綜采工作面系統(tǒng)需要更穩(wěn)定高速、抗電磁干擾能力強(qiáng)的網(wǎng)絡(luò)通信傳輸平臺(tái)，建設(shè)好智能化的信息系統(tǒng)和自動(dòng)化軟件平臺(tái)。煤炭綜采系統(tǒng)把以太網(wǎng)作為主要的傳輸平臺(tái)，同時(shí)利用光纖、無線 WiFi 等多種傳播形式來保證通信持續(xù)。目前某煤炭集團(tuán)主要采用國家電信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，開發(fā)了基于井下小靈通技術(shù)的 K18 技術(shù)系統(tǒng)，此系統(tǒng)能夠大幅縮短對(duì)突發(fā)事件的反應(yīng)和處理時(shí)間，穩(wěn)定性強(qiáng)，但其仍需克服光纖安裝難度大、易折斷、修復(fù)難度大等問題，同時(shí)需要研制更高強(qiáng)度的、速度更快的、安全性更高的礦用光纖技術(shù)。在組建軟件平臺(tái)方面，應(yīng)當(dāng)針對(duì)礦區(qū)的具體情況研制多型號(hào)、多品種、多功能的組件式軟件。

其三，礦區(qū)需要加大對(duì)數(shù)據(jù)庫技術(shù)的開發(fā)和建設(shè)。智能化綜采工作面系統(tǒng)的井上和井下的傳輸數(shù)據(jù)量龐大，包括監(jiān)測數(shù)據(jù)、圖像、語音和視頻數(shù)據(jù)等，其需要更復(fù)雜更精準(zhǔn)的處理手段，以實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面信息的查詢分析和應(yīng)用，但數(shù)據(jù)庫的建設(shè)分析和維護(hù)工作難度巨大。

2 煤礦綜采工作面輔助開采的智能化技術(shù)與應(yīng)用

2.1 支架防碰撞技術(shù)

在采煤機(jī)上能夠安裝一種主動(dòng)安全系統(tǒng)——防碰撞系統(tǒng)，這屬于一種能夠事先將視聽報(bào)警信號(hào)發(fā)送給采煤機(jī)操作工作者的探測設(shè)備。而雷達(dá)探測防機(jī)械碰撞的主導(dǎo)功能是結(jié)合雷達(dá)探測技術(shù)對(duì)采煤機(jī)滾筒附近的阻礙物體進(jìn)行感知，倘若系統(tǒng)探明采煤機(jī)工作前存在阻礙物，那么采煤機(jī)的運(yùn)行會(huì)暫停以及等待相關(guān)工作者進(jìn)行解決[3]。其運(yùn)行理論是：基于順利運(yùn)行的采煤機(jī)情況下，這個(gè)系統(tǒng)的狀態(tài)不運(yùn)行，而在采煤機(jī)快要接近礦井裝置、液壓支架、操作者的情況下，這個(gè)系統(tǒng)會(huì)將警告發(fā)出。在警告發(fā)出之后，倘若操作者未曾實(shí)施一定的對(duì)策，像是加減速制動(dòng)，那么這個(gè)系統(tǒng)的緊急制動(dòng)設(shè)備能夠自動(dòng)地運(yùn)行，從而防止碰撞現(xiàn)象的發(fā)生。

2.2 視頻監(jiān)控技術(shù)

綜采工作面模擬采礦系統(tǒng)通過提高虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)建構(gòu)一種三維的實(shí)際采礦環(huán)境，對(duì)運(yùn)行的工藝裝置與采煤整個(gè)過程進(jìn)行模擬，該系統(tǒng)能夠跟操作者進(jìn)行交互，以及實(shí)時(shí)地穿越所有的空間到達(dá)系統(tǒng)模擬的全部范圍中。這種系統(tǒng)可以確定空間狀態(tài)、管理物體運(yùn)行、識(shí)別物體、輸入以及處理一系列的信息、模擬自然現(xiàn)象、識(shí)別物體等等，其顯著的特征是建構(gòu)一種非常接近實(shí)際采掘現(xiàn)狀的三維化環(huán)境，結(jié)合計(jì)算機(jī)對(duì)采礦的現(xiàn)狀進(jìn)行呈現(xiàn)，從而得到裝置工作的一系列參數(shù)、各種裝置的動(dòng)態(tài)呈現(xiàn)圖、生產(chǎn)系統(tǒng)的工作現(xiàn)狀平面圖等，這涵蓋工作裝置間距、產(chǎn)能、時(shí)間等，在動(dòng)態(tài)模擬各種采掘參數(shù)、各種型號(hào)裝置生產(chǎn)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)評(píng)價(jià)以及優(yōu)化生產(chǎn)系統(tǒng)的目標(biāo)[4]。

綜采工作面進(jìn)行煤炭開采時(shí)存在較多的粉塵，存在著視頻圖像晃動(dòng)問題，無法清晰地識(shí)別出遠(yuǎn)程視頻，需要深入探索煤炭綜采工作面圖像輪廓和掘進(jìn)機(jī)械運(yùn)行速度、運(yùn)行電流和端部溫度等參數(shù)相互間的關(guān)系。對(duì)熱成像技術(shù)在煤炭綜采工作面高清成像應(yīng)用方面加大研發(fā)力度，為視頻監(jiān)控智能化的研發(fā)方向，在高粉塵條件下有著很好的熱成像效果。

2.3 實(shí)時(shí)控制協(xié)議技術(shù)

為了使綜采工作面的遠(yuǎn)程遙控實(shí)現(xiàn)，盡量確保較小的傳輸視頻延時(shí)，結(jié)合支架與采煤機(jī)的控制標(biāo)準(zhǔn)，視頻端至端延時(shí)應(yīng)保持在 50ms以內(nèi)，這對(duì)綜采工作面的攝像、傳輸、解碼圖像、儲(chǔ)存的要求比較高。因?yàn)槭艿介L距離工作面的影響，采煤機(jī)附近、刮板運(yùn)輸機(jī)鏈條、膠帶運(yùn)輸機(jī)出煤口、工作面支架等需要采集與呈現(xiàn)視頻，兼顧到攝像儀的容量，立足于以太網(wǎng)的數(shù)字化視頻系統(tǒng)可以結(jié)合雙絞線進(jìn)行傳輸，這樣不再進(jìn)行布線，然而數(shù)字視頻系統(tǒng)中的信號(hào)呈現(xiàn)在顯示器之前需要傳輸、編碼、解碼、數(shù)字化等操作，這導(dǎo)致時(shí)間延遲在 300ms 以上，還應(yīng)優(yōu)化采集、傳輸、呈現(xiàn)的一系列方面。

3 煤礦智能化綜采工作面開采的保障措施

3.1 實(shí)施支護(hù)工藝革新，創(chuàng)造安全高效環(huán)境

推動(dòng)支護(hù)工藝技術(shù)不斷革新完善，使用注漿錨索加固采煤工作面超前段巷道，有效替代傳統(tǒng)支架、支柱支護(hù)，形成“注漿錨索式超前支護(hù)技術(shù)”，不僅保障了超前支護(hù)安全，而且大大減輕了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)減人提效。

3.2 實(shí)施倉儲(chǔ)擴(kuò)容工程，提高生產(chǎn)緩沖能力

通過對(duì)井下倉儲(chǔ)系統(tǒng)再摸排、再分析，以生產(chǎn)緩沖能力滿足周日集休為原則，使各礦井下倉儲(chǔ)能力超過全天的生產(chǎn)能力，井上下儲(chǔ)煤量能夠滿足至少 3 天的銷售量，為工作面集中生產(chǎn)、效能發(fā)揮和“減班不減產(chǎn)、停產(chǎn)不停運(yùn)、集休不停銷”創(chuàng)造了條件，為進(jìn)一步推進(jìn)智能化礦井高效生產(chǎn)奠定了系統(tǒng)基礎(chǔ)。

3.3 實(shí)施乳化液集中供液，保證液壓系統(tǒng)清潔度

因井下水質(zhì)差，人工配比出來的乳化液精度低，影響液壓設(shè)備性能，通過在地面建設(shè)乳化液集中供液站，通過遠(yuǎn)程輸液管道將配比好的乳化液輸送到井下，并經(jīng)過高精度多級(jí)過濾設(shè)備將乳化液輸送到工作面，保證了液壓系統(tǒng)的清潔度。

結(jié)語

智能化開采技術(shù)是一項(xiàng)綜合性技術(shù)，不僅包括煤礦本身的技術(shù)外，還涵蓋了外學(xué)科和跨專業(yè)方面的知識(shí)，是一項(xiàng)綜合性前沿技術(shù)，將是我國未來煤炭行業(yè)重點(diǎn)發(fā)展方向，也是一項(xiàng)推動(dòng)煤礦綜采技術(shù)的發(fā)展、轉(zhuǎn)型升級(jí)的一項(xiàng)重要舉措，隨著人們對(duì)安全性認(rèn)識(shí)的提高，也是解決煤礦面臨安全、效率和人員成本的一項(xiàng)重要途徑。

參考文獻(xiàn)：

[1]光辛亥.綜采工作面綜合防災(zāi)滅火技術(shù)的實(shí)踐應(yīng)用[J].能源與節(jié)能，2020（03）：163-164.

[2]郝立賓，楊永康.大采高綜采工作面高水材料沿空留巷試驗(yàn)[J].山西煤炭，2020，40（01）：30-32.

[3]張飛.煤礦智能化綜采工作面系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用探討[J].中國設(shè)備工程，2020（05）：28-30.

[4]趙利鋒.綜采面刮板輸送機(jī)自動(dòng)化控制技術(shù)研究[J].石化技術(shù)，2019，26（11）：99-100.

作者簡介：

陳春林，男，貴州六枝，1984年01月，六枝特區(qū)應(yīng)急管理局，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（機(jī)電）。