張凱倫 劉賓 鮑憲海

摘要：現(xiàn)目前，智能化煤礦綜采工作面系統(tǒng)是適合條件的煤層高效開采技術的發(fā)展方向，智能、自動、安全、高效的煤炭開采理念是時代發(fā)展的需要。致力于構建更加成熟更全面的數(shù)據(jù)信息，建立專業(yè)的信息支持系統(tǒng)，不斷開發(fā)煤礦核心技術，將煤礦工人從人工生產(chǎn)中解放出來，逐漸走向智能化生產(chǎn)。本文主要分析煤礦智能化綜采工作面設計初探

關鍵詞：煤礦開采;智能化;綜采工作面;關鍵技術

引言

煤炭是中國的主要能源，保證安全高效的開采具有十分重要的意義。經(jīng)過多年的發(fā)展，煤礦開采技術實現(xiàn)了由炮擊向綜合開采的轉變，開采效率和安全性大幅提高，如工人效率大幅提高，百萬噸死亡人數(shù)大幅下降。為了響應國家節(jié)能減排的號召，進一步提高煤礦生產(chǎn)的效率和安全性，煤礦企業(yè)開始研究智能化開采技術。所謂“智能開采技術”，就是在綜合運用技術的基礎上，實現(xiàn)無人化和自動開采。但是，我國目前處于智能化開采的初期階段，許多技術尚未突破。因此，了解智能化開采的發(fā)展現(xiàn)狀和智能化綜采工作面設計的關鍵技術是十分必要的。

1、加強煤礦智能化綜采工作面系統(tǒng)設計的必要性

煤炭智能化綜合開采的主要目的是實現(xiàn)機械設備的智能化投入，降低人工成本，最大限度地減少員工數(shù)量，綜合開采的重點主要是在三架的協(xié)助下推進工程進度。對3機而言，主要包括液壓支架、采煤機和刮板輸送機3個部分，3個設備共同發(fā)展不僅促進整體工作面的進步，而且這種工作方式的使用促進了我國煤炭行業(yè)綜合開采工作面的完善和進步，提高了我國煤炭整體行業(yè)技術在世界上的地位，

2、智能化開采發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的問題分析

2.1智能化開采發(fā)展現(xiàn)狀分析

隨著人工智能技術的飛速發(fā)展，現(xiàn)在已經(jīng)進入了人工智能時代。為了跟上時代的潮流，煤礦行業(yè)也必須實現(xiàn)智能化開采。所謂“智能化開采”，是指將開采自動化的高級階段，通過機器的自我學習實現(xiàn)開采的自動化和智能化。智能化開采減少了煤礦開采過程中的人的參與，煤炭資源開采效率更高、更安全，體現(xiàn)了科學技術對生產(chǎn)力提高的作用。經(jīng)過多年的發(fā)展，中國的煤礦開采從最初的手工（炮采）、半機械化（普采）以及現(xiàn)在的完全機械化（綜采）轉變?yōu)樽詣踊_采。目前，只有薄煤層實現(xiàn)了自動開采，而厚煤層沒有實現(xiàn)開采自動化。目前越來越多的煤礦應用傳感器，中國煤礦已經(jīng)具備了實現(xiàn)自動開采的能力。需要區(qū)分的是自動化開采和智能化開采兩個概念，自動化開采強調機電設備按預定軌跡運行，智能化開采要求設備按實際情況按最佳軌跡運行，顯然智能化開采更高級。從自動開采過渡到智能開采至少需要10～20a，因此中國的智能開采還處于初期階段，很多技術還在探索中。

2.2礦區(qū)智能化集成工作面系統(tǒng)面臨的技術問題

未來，礦區(qū)智能化石煤綜采工作面系統(tǒng)仍需克服許多關鍵技術問題：首先是采煤機的位置檢測和工作面的自動采集技術。在具體煤炭開采工作中，智能采礦工作面系統(tǒng)基于傳統(tǒng)的開采數(shù)據(jù)進行自動化、高效的開采。因此，在推進工作流程時，為了保證支架和刮板輸送機的力處于最佳狀態(tài)，需要保證工作面成一直線，與煤礦巷道正交，因此，工作人員要結合地面地理信息系統(tǒng)收集相關數(shù)據(jù)，需要獲取準確的采煤機位置及其運動參數(shù)，實現(xiàn)采煤機的自動導航，通過切割模型將采煤機的切割數(shù)據(jù)傳輸?shù)揭簤褐Ъ芸刂葡到y(tǒng)，以實現(xiàn)三機的聯(lián)動。其二，智能煤炭綜采工作面系統(tǒng)需要更穩(wěn)定、高速、抗電磁干擾的網(wǎng)絡通信傳輸平臺，建設智能信息系統(tǒng)和自動化軟件平臺。煤炭綜合采礦系統(tǒng)以以太網(wǎng)為主要傳輸平臺，利用光纖、無線WiFi等各種傳輸形式保證通信的繼續(xù)。目前，某煤炭集團主要采用國家電信網(wǎng)絡技術，開發(fā)基于井下小靈通技術的K18技術系統(tǒng)，該系統(tǒng)大大縮短了對突發(fā)事件的反應和處理時間，穩(wěn)定性較強，但仍存在光纖安裝困難、折斷和同時，有必要開發(fā)更高強度、更快、安全性更高的礦用光纖技術。在構建軟件平臺的基礎上，必須根據(jù)礦區(qū)的具體情況開發(fā)多型號、多品種、多功能的組件軟件。其三，礦區(qū)需要擴大數(shù)據(jù)庫技術的開發(fā)和建設。智能綜合工作面系統(tǒng)井上和井下傳輸數(shù)據(jù)量巨大，包括監(jiān)控數(shù)據(jù)、圖像、語音、視頻數(shù)據(jù)等，要實現(xiàn)工作面信息的查詢分析和應用，需要更復雜準確的處理手段，但數(shù)據(jù)庫建設分析和維護工作較為困難

3、煤礦智能化綜采工作面系統(tǒng)設計與應用探討

3.1系統(tǒng)架構

工作面信息系統(tǒng)作為現(xiàn)代化高效的系統(tǒng)，主要服務于相關煤炭工作者，包括三個主要部分，分別是采煤機、支架電液控制系統(tǒng)和工作面三機通信控制系統(tǒng)。綜合工作面系統(tǒng)由多個部分組合而成，單個部分不僅包括單個工作面，還包括多個工作面系統(tǒng)。多個工作面主要構成了我國目前的礦區(qū)人工智能系統(tǒng)，該系統(tǒng)結構復雜精細，主要由多個部分組成。工作面檢測集成系統(tǒng)主要位于第一階段，是根據(jù)煤炭工作現(xiàn)場的實際情況進行數(shù)據(jù)采集的系統(tǒng)，包括數(shù)據(jù)檢測、系統(tǒng)檢測等多個主體部分。在數(shù)據(jù)檢測中，主要針對綜合工作面。關于系統(tǒng)檢測，主要發(fā)生在煤炭的主要運輸系統(tǒng)中。

3.2礦調度指揮中心系統(tǒng)的工作原理

礦山綜合工作面收集信息后，將所有信息傳輸?shù)降V山調度中心的服務器，該中心系統(tǒng)將所有數(shù)據(jù)匯總分析，將分析結果投影到大屏幕上，通過投影儀的使用，中心工作人員將了解更多地下數(shù)據(jù)信息地面管理員不僅可以通過直接觀察信息發(fā)布任務，實現(xiàn)礦區(qū)整體的系統(tǒng)化管理，服務器在整個礦山調度指揮中心系統(tǒng)中發(fā)揮很大的作用，可以準確分析和遠程操作整體的受力情況。

3.3整合方案

煤礦智能化綜采工作面集成方案主要包括三個設計：第一是液壓支架的電液控制設計。該設計同樣包括4個裝置，分別為液壓支架電液控制裝置、位移傳感器、支柱壓力傳感器、耐壓防爆兼本安開關電源。對于液壓支架電液控制裝置來說，它是整個采礦工作面體系的中心環(huán)節(jié)，在整個工作環(huán)節(jié)中起支配作用，可以收集所有支架的具體情況，發(fā)布實際的命令和指導，使各分支機構發(fā)揮最基本的功能。液壓支架位移傳感器主要用于采集支架的沖壓過程，而壓力傳感器主要輔助液壓主機整體判斷故障的具體情況。耐壓防爆兼本安開關電源主要起到安全防護的作用，在電源充足的情況下確保安全。二是視頻系統(tǒng)可以對整個采煤機系統(tǒng)進行智能化跟蹤管理，還可以對其進行遠程操作，通過詳細的數(shù)據(jù)確定整個采煤機的運行速度和時間，從而實現(xiàn)所有工作流程的自動化。不僅如此，工作人員具體操作機械設備時，還必須具體分析具體問題，人手不能過多介入，從而更好地實現(xiàn)整個設備裝置的智能化發(fā)展。三是刮板監(jiān)控設計。該設計是連續(xù)的傳輸設備，可以監(jiān)測主機和刮板之間的聯(lián)系和交流，收集和整理刮板內部的各種數(shù)據(jù)，最后利用傳輸設備將所有機械裝置相關的數(shù)據(jù)發(fā)送到控制中心，加強整體設備的管理和實時監(jiān)管刮板運輸機是自動采煤系統(tǒng)中極為重要的設備，在采煤工作的輸送和信息采集方面發(fā)揮很好的管理功能。

結束語

智能開采不僅注重一些智能算法的開發(fā)，更注重硬件設備。同時，煤礦智能化開采需要大量的信息化專業(yè)人才，但目前很多煤礦不具備這一條件。與以往的整合工作不同，智能整合工作更為復雜，需要控制的信息和設備也更多。智能化集成工作面主要由工作面定位系統(tǒng)、周邊巖石控制系統(tǒng)及運輸控制系統(tǒng)組成，包括井下定位、井下視頻、裝備操作和機器人控制4個基礎平臺。

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