牛明敏

（蘭花集團(tuán)莒山煤礦有限公司，山西 晉城 048000）

自動(dòng)化智能化煤礦基本機(jī)構(gòu)可以分為如下四個(gè)階段：第一，感知層；第二，傳輸層；第三，平臺層；第四，決策層。

一般的，感知層主要是指感知層網(wǎng)絡(luò)，主要功能為感知以及采集。當(dāng)處于工作狀態(tài)時(shí)：借助RFD 讀寫器、傳感器、監(jiān)測監(jiān)控等實(shí)現(xiàn)對礦井設(shè)備的檢測，從而能夠時(shí)刻監(jiān)測設(shè)備的運(yùn)行情況，進(jìn)而能夠保證設(shè)備的安全有效的運(yùn)行。對于傳輸層而言，其由有線接口、無線接口組成，通常能夠進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸以及反饋，這樣能夠把感知層采集到的數(shù)據(jù)發(fā)送給終端。數(shù)據(jù)傳輸層在自動(dòng)化智能化礦井發(fā)展過程中具有非常大的作用。對于決策層而言，其能夠?yàn)樽詣?dòng)化智能化煤礦生產(chǎn)以及運(yùn)輸?shù)忍峁┙o開發(fā)系統(tǒng)，其可以實(shí)現(xiàn)如下幾個(gè)方面的功能：第一，識別危險(xiǎn)源；第二，預(yù)警災(zāi)難；第三，對事故進(jìn)行分析；第四，制定方案等。該層能夠?qū)崿F(xiàn)信息采集與礦井人員生產(chǎn)管理的交互，該層整理出數(shù)據(jù)后便于工作人員進(jìn)行查看。通常情況下決策應(yīng)用層系統(tǒng)包括如下幾個(gè)方面的系統(tǒng)：第一，人員定位系統(tǒng)；第二，網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)；第三，專家決策系統(tǒng)；第四，GIS 定位系統(tǒng)；第五，智能生產(chǎn)系統(tǒng)等等。

1 簡述自動(dòng)化智能化開采技術(shù)

1.1 液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化技術(shù)

通常情況下，液壓支架跟進(jìn)自動(dòng)化技術(shù)將采煤機(jī)所在位置當(dāng)做工作的基準(zhǔn)。與此同時(shí)充分結(jié)合如下工作面相關(guān)的幾個(gè)參數(shù)：第一，頂板壓力；第二，傾角；第三，采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)；第四，液壓支架姿態(tài)等。進(jìn)而可以把生產(chǎn)環(huán)節(jié)劃分為各個(gè)環(huán)節(jié)，進(jìn)而可以確定有效地割煤工藝流程，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)決策，與此同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)如下動(dòng)作比如：第一，能夠控制液壓支架中部跟機(jī)動(dòng)作；第二，實(shí)現(xiàn)端頭清浮煤工藝；第三，實(shí)現(xiàn)裝載機(jī)自動(dòng)推進(jìn)動(dòng)作等等。該工藝可以實(shí)現(xiàn)工作面的有效銜接，進(jìn)而能夠提高安全生產(chǎn)的作用。要想促使該工藝發(fā)揮作用必須滿足如下幾個(gè)方面的條件：其一，確定好采煤機(jī)的位置；其二，保證智能工作面設(shè)備處于正常的工作狀態(tài)；其三，控制采煤機(jī)的速度；其四，使得液壓支架電液控制系統(tǒng)參數(shù)處于有效的狀態(tài)。

1.2 采煤機(jī)記憶截割技術(shù)

該技術(shù)主要依據(jù)采煤機(jī)液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化以及象限轉(zhuǎn)換點(diǎn)，從而可以把采煤機(jī)記憶切割煤象限劃分為幾個(gè)區(qū)域，在進(jìn)行切割的過程中必須依據(jù)示范刀相關(guān)的參數(shù)比如：工作參數(shù)、姿態(tài)參數(shù)、滾筒高度軌跡。進(jìn)而實(shí)施自動(dòng)化智能化運(yùn)算，從而可以形成切割機(jī)的記憶模塊，并且對參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，這樣能夠優(yōu)化工作面液壓支架工作面與采煤機(jī)之間實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的對接，由此可以看出不僅可以有效地提高自動(dòng)化調(diào)整，而且能夠有效地提高工作效率。

1.3 工作面視頻監(jiān)控技術(shù)

一般工作面視頻監(jiān)控技術(shù)可以有效地幫助工作人員將視線延伸到工作面。通常運(yùn)用攝像儀對采煤機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)追蹤，這樣可以將跟機(jī)視頻與推送進(jìn)行對接，從而可以為人員提供可視化的遠(yuǎn)程監(jiān)控。

2 自動(dòng)化智能化放頂煤關(guān)鍵技術(shù)

2.1 振動(dòng)法自動(dòng)放煤

振動(dòng)法自動(dòng)放煤工藝是一種振動(dòng)傳感器起作用，識別不同物體碰撞時(shí)的信號差別，進(jìn)而可以識別煤矸石。該工藝流程包括如下幾個(gè)方面：第一，前端濾波平滑處理；第二，電信號去降噪處理；第三，功率譜分析處理。在該設(shè)備位置設(shè)置多種傳感器，通常借助信息融合算法處理感知層采集的數(shù)據(jù)，與此同時(shí)將處理后的結(jié)果傳輸給液壓支架傳感器，最終可以實(shí)現(xiàn)對液壓支架的智能化。

一般振動(dòng)傳感器放置在液壓支架尾梁位置。在進(jìn)行工作的過程中，可以將連接裝置和相應(yīng)的液壓支架傳感器進(jìn)行連接，這樣能夠完成信號的交互。當(dāng)處于放煤頂時(shí)，該傳感器通過檢測到煤矸石撞擊尾梁生成的信號，接著可以識別煤矸石的狀態(tài)，接著將煤矸石狀態(tài)信息反饋給液壓支架傳感板塊，從而可以有效地判斷煤矸石下落的情況，假如判斷發(fā)現(xiàn)煤矸石下落的參數(shù)滿足設(shè)定的放落閾值時(shí)，那么支架控制器執(zhí)行方煤口將會自動(dòng)關(guān)系程序，因此能夠進(jìn)行自動(dòng)化智能化的放煤[1]。

2.2 記憶模式自動(dòng)放煤

記憶模式自動(dòng)放煤主要能夠在如下工況條件下工作：第一，地質(zhì)必須保證穩(wěn)定；第二，采煤工藝必須簡化；第三，區(qū)域結(jié)構(gòu)保持良好等。通常放頂煤是一個(gè)反復(fù)性的工作，因此可以選用智能煤礦記憶模式。按照采煤機(jī)記憶切割煤的記憶功能，從而可以將煤按照象限進(jìn)行切割，并且可以依據(jù)示范刀相關(guān)的參數(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化智能化進(jìn)行運(yùn)算，實(shí)現(xiàn)記憶放煤。一般自動(dòng)放煤控制器放置在液壓支架位置處，這樣能夠更好地實(shí)現(xiàn)放煤控制采集信息。接著可以把獲得信息傳輸給智能化系統(tǒng)，從而可以完整地自動(dòng)化放煤程序，從而可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的放煤。

3 自動(dòng)化智能化開采技術(shù)存在的難題以及解決方法

3.1 智能化的采煤機(jī)調(diào)高

智能化的采煤機(jī)調(diào)高借助煤層賦存形式自動(dòng)調(diào)整搖臂高度，最終可以精準(zhǔn)截割煤層。其在工作的過程中借助固定模式的截割曲線進(jìn)行自動(dòng)截割，經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)該形式不能更好地滿足煤層賦存狀態(tài)，大大降低了礦井的生產(chǎn)效率。

基于控制邏輯層來看，要想精準(zhǔn)的優(yōu)化截割機(jī)的精度，必須對煤巖體進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，從而能夠有效地區(qū)分煤巖精確度。經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)煤巖體賦存以及物理特性、雷達(dá)與紅外線檢測精度的影響，因此采用單一的煤巖體分界面識別的采煤機(jī)智能調(diào)高技術(shù)已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿足當(dāng)前自動(dòng)化智能化煤礦生產(chǎn)。鑒于此要想實(shí)現(xiàn)對采煤機(jī)精確度自動(dòng)化智能化控制，必須兼顧如下幾個(gè)方面的技術(shù)工藝：第一，煤層地質(zhì)信息精準(zhǔn)預(yù)測；第二，截割參數(shù)動(dòng)態(tài)分析；第三，智能模擬模型推演等，最終就可以實(shí)現(xiàn)對礦井生產(chǎn)的精確化控制。

3.2 液壓支架群組與圍巖自適應(yīng)

在煤礦機(jī)械化開采的過程中，液壓支架群組是關(guān)鍵設(shè)備。在實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)雖然液壓支架組群能夠滿足該礦井工況，可是在精確度方面卻存在一定的問題。為此需要對液壓支架群組以及圍巖的智能化進(jìn)行調(diào)整。

只有實(shí)現(xiàn)液壓支架自主感知、智能支護(hù)參數(shù)以及隨工作面采動(dòng)情況實(shí)時(shí)改變支護(hù)等功能，進(jìn)而可以使得液壓支架組群滿足圍巖耦合性，圖1表示液壓支架群組協(xié)同控制邏輯。

圖1 液壓支架群組協(xié)同控制邏輯關(guān)系圖

為了能夠有效地使得液壓支架組群與圍巖智能化自適應(yīng)功能相匹配，必須從以下幾個(gè)方面入手：

液壓支架群組智能控制：在進(jìn)行探究的過程中主要以單個(gè)液壓支架為研究對象，而在液壓支架組群方面的研究卻比較少。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)工作面礦壓存在不穩(wěn)定性以及非均勻性。為此要想對整個(gè)工作面進(jìn)行支護(hù)，必須以液壓支架組群為研究對象進(jìn)行分析。主要研究方向包括如下幾個(gè)方向：第一，對液壓支架參數(shù)進(jìn)行分析，同時(shí)分析支架應(yīng)力場分布；第二，分析支架阻力變化情況等。

支架狀態(tài)自主感知功能控制：可以通過立柱壓力傳感器進(jìn)行監(jiān)測壓力，經(jīng)過探究發(fā)現(xiàn)該裝置可以在圍巖破壞方面存在一定的潛力。對支架自主感知控制功能進(jìn)行優(yōu)化，與此同時(shí)還可以檢測工作面仰角與俯角等。

支架結(jié)構(gòu)自主調(diào)控控制：只有將支架位置的初撐力、工作阻力、護(hù)幫力等進(jìn)行優(yōu)化，才可以實(shí)現(xiàn)支架自動(dòng)化智能化控制。因此設(shè)計(jì)人員不斷對支架結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而滿足液壓支架可調(diào)的效果[2]。

3.3 工作面直線推進(jìn)控制

在運(yùn)用液壓支架群組時(shí)，往往受到各種因素的影響諸如工作面地質(zhì)條件、浮煤對刮板輸送機(jī)推移行程等，因此在前進(jìn)的過程中存在一定的偏差，在刮板輸送機(jī)位置出現(xiàn)錯(cuò)落不齊的現(xiàn)象，出現(xiàn)啞鈴銷損壞的現(xiàn)象等。礦井通?？梢越柚€以及紅外光束來計(jì)算工作面推進(jìn)尺度。通常借助人工調(diào)制管板輸送機(jī)，因此效率相對低下，從而不能滿足工作面自動(dòng)化智能化的需要。

為此借助激光對位技術(shù)以及相應(yīng)的慣導(dǎo)定位技術(shù)實(shí)現(xiàn)對工作面直線度的調(diào)整。經(jīng)過實(shí)踐發(fā)現(xiàn)慣導(dǎo)定位技術(shù)表現(xiàn)相對較好，能夠滿足自動(dòng)化智能化調(diào)整工作面直線推進(jìn)的效果。具體實(shí)施為：在采煤機(jī)上設(shè)置陀螺儀，這樣可以有效地對采煤機(jī)進(jìn)行有效地定位。假如采煤機(jī)處于推進(jìn)狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)可以對采煤機(jī)截割參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。與此同時(shí)液壓支架依據(jù)截割圖修正推進(jìn)行程。

4 結(jié)語

當(dāng)前通信技術(shù)的不斷發(fā)展，并且由于自動(dòng)化智能化的不斷得到企業(yè)的認(rèn)可，因此為了有效解決煤礦開采工作面的實(shí)際，將自動(dòng)化智能化應(yīng)用到煤礦開采關(guān)鍵技術(shù)，本研究以液壓支架電液控制系統(tǒng)作為研究對象，從而開發(fā)出五種綜放工作面自動(dòng)化智能化開采技術(shù)，如下所示：第一，液壓支架跟機(jī)自動(dòng)化技術(shù)；第二，工作面視頻監(jiān)控技術(shù)；第三，采煤機(jī)記憶截割技術(shù)；第四，自動(dòng)放頂煤技術(shù)；第五，遠(yuǎn)程集中監(jiān)控技術(shù)。從而可以有效地解決工作面推進(jìn)控制技術(shù)，最終能夠?yàn)槊旱V工作面推進(jìn)的自動(dòng)化智能化建設(shè)提供參考。