張彥雄

摘 ?要：目前，我國(guó)正在積極推進(jìn)煤礦開(kāi)采的智能化，以便提升煤礦開(kāi)采的效率和保證煤礦開(kāi)采的安全?，F(xiàn)階段，我國(guó)的智能化煤礦開(kāi)采還處于起步階段，許多關(guān)鍵性問(wèn)題還未解決。分析目前煤礦智能化開(kāi)采的應(yīng)用現(xiàn)狀，指出由于煤礦綜采工作面開(kāi)采條件的多樣性和復(fù)雜性，煤礦的智能化開(kāi)采發(fā)展必然是需要經(jīng)歷分階段發(fā)展的過(guò)程，同時(shí)需要開(kāi)采設(shè)備和控制技術(shù)的提升和井下作業(yè)人員素質(zhì)和能力的提高，智能化的開(kāi)采必然是一個(gè)長(zhǎng)期的過(guò)程。目前煤礦的智能化開(kāi)采仍然需要在管理觀念、投入力度、研發(fā)團(tuán)隊(duì)建設(shè)等方面發(fā)力。

關(guān)鍵詞：煤礦;綜采工作面;智能化開(kāi)采

引言

在當(dāng)今的煤礦綜采工作面中，智能化技術(shù)已經(jīng)得到了越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。通過(guò)該技術(shù)的應(yīng)用，不僅顯著提升了綜采工作效率、質(zhì)量與安全，同時(shí)也進(jìn)一步降低了作業(yè)人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，并為企業(yè)節(jié)約了大量的人力資源成本，這對(duì)于煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的提升有著關(guān)鍵性的意義。因此，在煤礦企業(yè)的綜采作業(yè)中，一定要加強(qiáng)智能化技術(shù)的應(yīng)用研究，并對(duì)其裝備進(jìn)行科學(xué)管理，這樣才可以進(jìn)一步提升生產(chǎn)效益，促進(jìn)企業(yè)發(fā)展。

1煤礦智能化開(kāi)采的定義及優(yōu)勢(shì)

①定義。所謂的智能化，就是通過(guò)對(duì)某控制對(duì)象做出的合理感知、精準(zhǔn)判斷，加上最快速的執(zhí)行能力，判斷感知需要的信息，具備非常強(qiáng)的學(xué)習(xí)以及優(yōu)化能力。智能化具備以下三個(gè)方面的特征。第一，能夠?qū)ν饨绲母鞣N信息準(zhǔn)確感知并進(jìn)行采集;第二，可以對(duì)采集到的信息做出分析判斷，自主學(xué)習(xí)，并且主動(dòng)決策;第三，可以自主進(jìn)行判斷并實(shí)際執(zhí)行。煤礦的智能化開(kāi)采系統(tǒng)能夠使煤機(jī)裝備實(shí)時(shí)感知井下環(huán)境的變化，對(duì)整個(gè)控制參數(shù)做出調(diào)整，在煤礦的智能化開(kāi)采當(dāng)中，最主要的三個(gè)步驟就是智能感知、智能決策和智能控制。智能化設(shè)備能夠主動(dòng)學(xué)習(xí)，并且具有決策能力，它能夠很好地感知分析問(wèn)題，并進(jìn)行修正，從而在不同的條件下選擇合適的開(kāi)采方案。根據(jù)環(huán)境的變化，智能化開(kāi)采設(shè)備會(huì)發(fā)揮自我開(kāi)采能力，實(shí)現(xiàn)最大意義的智能化開(kāi)采，在極端條件下能夠進(jìn)行無(wú)人化開(kāi)采。②智能化開(kāi)采的技術(shù)優(yōu)勢(shì)。與傳統(tǒng)的綜采技術(shù)相比，智能化開(kāi)采的優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)在兩方面。首先，煤礦開(kāi)采效率提高。智能化開(kāi)采要實(shí)現(xiàn)煤礦開(kāi)采的無(wú)人化，所有流程都要實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化。這有助于減少人對(duì)煤礦生產(chǎn)的干預(yù)，極大地提高了煤礦開(kāi)采效率。傳統(tǒng)綜采技術(shù)的一些工藝流程都還是由人來(lái)操作，而人是有生理極限的，很難持續(xù)進(jìn)行高強(qiáng)度開(kāi)采作業(yè)，這使得煤礦開(kāi)采效率難以得到進(jìn)一步提升。其次，煤礦開(kāi)采更加安全。由于在開(kāi)采過(guò)程實(shí)現(xiàn)了無(wú)人化和自動(dòng)化，使得井下所需工人數(shù)量更少，這極大地保障了工人的生命安全。智能化開(kāi)采時(shí)，設(shè)備多采用自動(dòng)化控制或遠(yuǎn)程控制，對(duì)煤礦事故的識(shí)別更加靈敏。

2煤礦智能化開(kāi)采相關(guān)技術(shù)

2.1姿態(tài)數(shù)據(jù)的采煤機(jī)記憶截割

采煤機(jī)是綜采工作面的落煤設(shè)備，目前采煤機(jī)的記憶截割功能主要分為：記憶學(xué)習(xí)、記憶截割、記憶中斷、記憶修改四個(gè)階段。采煤機(jī)在割煤過(guò)程中可以通過(guò)分析、記憶自身運(yùn)行參數(shù)，并按照工藝段將這些數(shù)據(jù)進(jìn)行保存，根據(jù)記憶數(shù)據(jù)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)割煤，當(dāng)遇到異常情況可以切換至手動(dòng)割煤。當(dāng)工作面發(fā)生變化時(shí)，將調(diào)整后的采煤機(jī)滾筒高度或者牽引數(shù)據(jù)記錄下來(lái)可以覆蓋原先的記憶數(shù)據(jù)繼續(xù)截割。未來(lái)智能化開(kāi)采，采煤機(jī)則會(huì)基于工作面的地質(zhì)數(shù)據(jù)、慣性導(dǎo)航和三維掃描等應(yīng)用進(jìn)行工作面態(tài)勢(shì)感知，然后根據(jù)工作面透明化模型進(jìn)行數(shù)字化采煤。

2.2動(dòng)化高效協(xié)同技術(shù)

在實(shí)際的應(yīng)用過(guò)程中，行走編碼器和行程傳感器的有效配合，為采煤機(jī)智能控制系統(tǒng)的正常運(yùn)行提供了基礎(chǔ)性的支持，是記憶割煤、遠(yuǎn)程干預(yù)等功能順利實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。根據(jù)存儲(chǔ)系統(tǒng)中的記憶曲線，結(jié)合調(diào)高系統(tǒng)的反饋信息，調(diào)整滾筒的位置參數(shù)，然后借助編碼器的記憶運(yùn)算能力，對(duì)采煤機(jī)的整體運(yùn)行距離進(jìn)行計(jì)算，最終完成煤炭的自動(dòng)切割、開(kāi)采。按照工作視頻以及主機(jī)系統(tǒng)所提供的信息，操作人員可對(duì)其進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。同時(shí)，增加了多個(gè)傳感器，例如護(hù)幫板傳感器、傾角傳感器和測(cè)高傳感器等。其中，護(hù)幫板傳感器主要用于判斷護(hù)幫收起的位置是否符合要求，避免液壓支架影響煤炭采割。在單個(gè)支架移動(dòng)時(shí)間為15s的情況下，可支持采煤機(jī)以0.1m/s的速度前進(jìn)。采煤機(jī)按照記憶曲線的“象限”分割，精確整合支架全工作面和采煤機(jī)階段點(diǎn)，為煤炭開(kāi)采自動(dòng)化水平的有效提升提供了極大的支持。

2.3位置監(jiān)測(cè)技術(shù)

在通過(guò)智能化綜采工作面進(jìn)行煤礦綜采的過(guò)程中，需要對(duì)采煤機(jī)具體的位置實(shí)時(shí)進(jìn)行確定與調(diào)整。目前，慣性導(dǎo)航技術(shù)是位置監(jiān)測(cè)中的一項(xiàng)最常用的技術(shù)形式，通過(guò)該技術(shù)的應(yīng)用，可以借助于加速度計(jì)算來(lái)實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)位置監(jiān)測(cè)，并為其提供導(dǎo)航。但是如果僅僅應(yīng)用這一種技術(shù)，隨著應(yīng)用時(shí)間的延長(zhǎng)，監(jiān)測(cè)誤差也會(huì)增大?；诖?，在該技術(shù)的具體應(yīng)用中，也需要結(jié)合一些其他的位置監(jiān)測(cè)技術(shù)來(lái)使用，比如閉合路徑算法的應(yīng)用便可有效降低其誤差，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)位置的準(zhǔn)確監(jiān)測(cè)。特別是在工作面比較大的情況下，這兩種技術(shù)的結(jié)合使用不僅可進(jìn)一步提升位置監(jiān)測(cè)精度，同時(shí)也可以有效降低人工開(kāi)采程度，讓智能化技術(shù)在煤礦綜采中得以充分利用。

2.4遠(yuǎn)程遙控型無(wú)人化開(kāi)采技術(shù)

遠(yuǎn)程遙控?zé)o人化開(kāi)采主要利用擬人手段，通過(guò)對(duì)人類的視覺(jué)和聽(tīng)覺(jué)進(jìn)行模仿，做出指導(dǎo)。這樣工作人員能夠全部到井上監(jiān)控中心工作，完全離開(kāi)井下復(fù)雜的環(huán)境，達(dá)到無(wú)人化開(kāi)采的實(shí)際目標(biāo)。通過(guò)利用遙控型無(wú)人化開(kāi)采，可以提升設(shè)備的智能化以及自動(dòng)化水平，如果關(guān)鍵設(shè)備不能正常工作，還可以利用人工做出調(diào)整。智能化無(wú)人開(kāi)采一般應(yīng)用在較為惡劣的環(huán)境下，主要應(yīng)用在煤巖識(shí)別、信息傳輸以及工作面直線控制等較為關(guān)鍵的技術(shù)上，它是非常關(guān)鍵的綜合性技術(shù)，能夠確保整個(gè)綜采設(shè)備的實(shí)際工作狀態(tài)，使設(shè)備科學(xué)合理的高效運(yùn)行。當(dāng)前的lasc慣性導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)可以對(duì)整個(gè)工作面的設(shè)備監(jiān)控進(jìn)行掌握，控制工作面的全部設(shè)備。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)主要是利用液壓支架和采煤機(jī)，做出準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)檢測(cè)，傳輸整理出的工作數(shù)據(jù)，實(shí)施工作面的直線控制檢測(cè)方案。采煤機(jī)將刮板運(yùn)輸機(jī)當(dāng)中收集到的數(shù)據(jù)全部傳輸給控制平臺(tái)，由控制平臺(tái)進(jìn)行統(tǒng)一調(diào)度，將數(shù)據(jù)傳給不同的系統(tǒng)，實(shí)時(shí)安排工作面。結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)工作面視頻的監(jiān)控技術(shù)和設(shè)備的主動(dòng)反饋信息技術(shù)，最大程度的降低工人的作業(yè)強(qiáng)度，規(guī)避盲區(qū)，避免無(wú)法預(yù)知的危險(xiǎn)，更好地保證工作人員的安全。

結(jié)語(yǔ)

智能化技術(shù)是我國(guó)煤炭生產(chǎn)無(wú)人化趨勢(shì)的必然要求。隨著煤炭自動(dòng)化開(kāi)采水平的不斷提升，現(xiàn)階段對(duì)采掘工作面智能化控制系統(tǒng)的性能提出了更高的要求。巷道監(jiān)控中心引入網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)傳輸視頻信號(hào)，極大地提高了實(shí)時(shí)監(jiān)控的效率;而采掘裝備自動(dòng)化水平的全面提升，也提高了采掘效率，降低了人工成本，進(jìn)一步推動(dòng)了煤炭開(kāi)采技術(shù)的安全、智能化發(fā)展。煤礦推進(jìn)智能化開(kāi)采是保證安全生產(chǎn)，降低作業(yè)人員勞動(dòng)輕度，提升煤炭產(chǎn)業(yè)工人幸福指數(shù)的重大變革和歷史性轉(zhuǎn)變，是國(guó)家的要求，也是企業(yè)的需求，更是廣大煤炭產(chǎn)業(yè)工人的需求，一定要大力推動(dòng)5G、智能裝備和精密監(jiān)測(cè)監(jiān)控等設(shè)施的升級(jí)，早日全面實(shí)現(xiàn)智能化開(kāi)采。

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