煤礦采煤中智能控制技術的應用分析

雷建華

摘要：煤礦是我國經濟的重要資源，為我國經濟的發展做出重要的貢獻。做好煤礦的開發利用，應用智能控制技術對于提高煤礦產量促進經濟發展非常重要。

關鍵詞：煤礦；采煤；智能技術；應用

一、前言

計算機技術的應用和發展，使煤礦采集朝向智能化的趨勢發展，在煤礦的生產作業過程中，智能控制技術的應用能夠大大提高煤礦生產的自動化程度，還能夠節約能耗，實現安全作業，具有重大意義。

二、煤礦采煤技術的遵守原則

煤礦采煤技術應以安全生產原則為基礎，以經濟適用原則與高煤炭采出率為目的的原則下進行。其具體應遵守的各項原則的表現如下。

1、安全生產原則

煤礦開采中安全生產原則是煤礦開采中最為基礎的，其不僅可以確保煤礦開采的技術落實，也可以對開采者的生命財產安全起到保護。煤礦開采企業應對開采過程中的各個細節及開采流程不斷進行反復核查，極力確保設備和人員的安全標準。例如：為確保地下安全作業的需求及工人安全問題的需要，在進行巷道布置時應謹慎，一定要布置通風、防止瓦斯、防火的通道。

2、經濟適用原則

經濟適用主要是針對煤礦開采中的采煤技術與環境的投入方面應保持合理、適度。經濟適用原則可在很大程度上提高勞動力、提高產品的產量、促進組織管理、節約成本及降低開采成本等。在選擇合理的采煤技術的同時，又要對煤礦開采的產量與效率以及煤礦開采的掘進量進行考慮。

3、煤炭采出率的高低直接關系到煤炭的損失。提高煤炭的采出率可在很大程度上杜絕煤炭的自燃現象，其不僅可以避免火災的發生，也可以在很大程度上減少煤炭的損失。

三、現代煤礦高效掘進技術發展現狀

上個世紀八十年代，我國進行了大范圍的礦井設計改革，取消了巖石集中地區的巷道布置方式，在煤層中布置采準巷道和開拓巷道，煤巷比例不斷增加，占總掘進巷道的 70%。因此煤巷掘進技術水平的高低將直接影響煤炭開采的質量和效益。目前我國煤巷掘進技術的發展主要有以下特點。

1、掘進方式

（1）煤巷綜合機械化掘進

該方式也可稱之為懸臂式掘進機和單機錨桿鉆機的配套作業線，在我國煤礦開采中廣泛應用，以懸臂式掘進機為主要的掘進機械。目前，我國研制的煤巷掘進機的生產能力較大，工作的穩定性較好。以液壓馬達來驅動轉載機構，減少了設備的維護量。同時，在電氣系統方面，采用了 PLC 控制的方法，具有故障診斷功能和工況檢測功能，可靠性較高。

（2）錨桿鉆車與連續采煤機配套作業線

該方式需要進行多巷掘進，在換位交叉施工中，進行掘進作業，以連續采煤機作為最主要的掘進機械。該機械是一種具有大截割寬度的，并集合采煤、裝運、行走一體的綜合化的掘采設備。在國外，主要運用于多巷或者雙巷快速掘進，還適用于短壁的開采，逐漸成為了現代高效礦井的主要設備。

（3）掘錨機組一體化掘進

該方式目前還處于工程試驗階段，只在某些特殊的地區使用。掘錨機組是當今世界代表高效掘進設備的最高技術水平，掘錨機組是一種掘錨一體化的設備，也是一種新的掘進機型，我國目前還處于實驗和研究階段。

2、掘進設備

自上個世紀 60 年代以來，我國借鑒國外的技術經驗，開始研制煤礦掘進技術，開始了國產化掘進技術和掘進機械的研發，取得了一定的成果，但主要以小功率的掘進機為主，規模比較小。到 70 年代末，我國大量引進國外掘進設備，懸臂式掘進機得到推廣，推動了我國掘進技術的發展。經過幾十年的發展，已成功研制了 20 多種型號的煤礦掘進機，掘進功率及掘進機的加工制造能力都有了很大提升，系列化產品也逐步形成。但與國外相比，我國的掘進設備在適應性、可靠性、破巖能力方面還存在著很大差距。在掘進設備方面，連續采煤機、大功率重型掘進機、四臂錨桿鉆車幾乎被國外的廠商占領，國產的重型掘進設備在加工工藝、關鍵技術指標、設計制造、自動化技術方面還存在著一些問題，因此，應加大煤礦掘進技術的改進，以提高煤礦開采作業工效，促進煤礦開采業的發展。

四、常見的煤炭開采技術

1、常規機械化開采

常規采煤設備主要包括可彎曲刮板運輸機、刨煤機或滾筒采煤機以及單體液壓支柱或摩擦金屬支柱等。這些機械設備的特征是實現了裝、落、運等的機械化處理。在采煤的過程中，一個循環的操作流程主要包括采煤機割煤、跟機掛梁、清除浮煤、移溜打柱、開上下缺口等。

2、綜合機械化采煤

如果遇到傾角較小、賦存比較穩定的煤層則需要采用綜合機械采煤形式，常見的是使用綜采面雙滾筒采煤機進行割煤。而對于煤層傾角較大、頂板穩定性較差或者受其他因素影響的工作面則比較適合采用往返一次一刀的割煤方式。綜合機械化采煤過程中，對于進刀方式的要求比較嚴格，常見的操作為：工作端面適合斜切進刀，綜采面適合中部進刀，其他的多采用直接推入進刀或滾筒鉆入進刀。

3、放頂煤技術

放頂煤開采技術主要是提高放頂煤的開采資源采出率技術。本項技術主要特點是運用頂煤冒放控制理論，以提高工作面頂煤放出率為主，解決相應的頂煤損失問題，這一理論包括頂煤冒放性分類，放頂煤可行性論證，拱式放煤理論，頂煤冒塊預測以及頂煤放出率預測。

五、智能控制技術在采煤機中的應用

1、測試技術概況

測試需要進行實驗和測量，它是通過客觀事物中的相關信息，對其認識的一個過程。在測試的過程中，需要采集數據并對其進行處理，還需要完成對仿真系統的操作，也就是控制，還有被測對象的負載和運行環境的模擬。測試技術的發展需要經歷三個階段：

（1）手動階段，也就是需要人工進行對數據采集、處理和仿真系統的控制；

（2）自動測試，通過數據采集所構成的測量裝置，能夠采用自動進行，但是在分析和處理測量數據的過程中，仿真系統的控制還需要人工進行；

（3）通過計算機及其外圍的設備，計算機的輔助測試可以替代人工操作，需要計算機進行相關的處理，但是，這可以在很大程度上提高測試的速度和精度，擴大測試的范圍。

2、測試系統工作原理

（1）液壓泵試驗。如果驅動轉矩速傳感器和變速箱，電機就能夠加載調節后的溢流閥例，通過檢測元件，就能夠將壓泵的各項性能參數直接檢測出。下圖1為液壓泵試驗原理。

（2）液壓馬達試驗。電機驅動液壓泵，當液壓泵排出的高壓油進入到被試液壓馬達后，檢測元件就能夠檢測出馬達性能參數。下圖2為液壓馬達試驗原理。

（3）牽引部試驗。采煤機的主電機能夠驅動牽引部，但是需要連接牽引部鏈輪輸出軸和加載裝置，在溢流閥加載的幫助下，其原理能夠達到液壓馬達的效果，可以采用同一加載系統。下圖3為牽引部試驗原理。

六、現代煤礦高效掘進技術的發展趨勢

從煤礦掘進技術的發展情況來看，硬巖掘進機有了很大的改進，因此現代煤礦高效掘進技術將呈現以下發展趨勢：

1、掘進機智能化、自動化。隨著計算機技術的快速發展，計算機斷面控制系統和遙控系統廣泛應用于煤礦掘進，主要表現為：推進方向監控、全功能遙控、智能監測、預報型故障診斷、記憶截割、數據遠程傳輸等，特別是在巷道截斷面尺寸及掘進方向監控方面，取得了很好的效果。通過遠程機組實現遠程控制，提高生產效率及其安全生產能力。

2、多功能一體化。即掘進機主機集成機載錨鉆系統、機載臨時支護系統、機載除塵系統等，通過多功能集成達到提高單機成巷速度和安全生產的目標。因此要解決掘進機前載錨鉆系統和掘進機后配套橋式帶式轉載機加可伸縮帶式轉載機問題，這樣就能解決掘進機后配礦車的轉載運輸問題，并有利于掘進機向不具備連續運輸設備的生產礦井應用。同時實現掘進機附件化，保留掘進機原有主要功能外，還將降塵、輔助支護等裝置以附件形式出現，在掘進機上搭載，用戶可根據需要選擇裝配。

3、適用范圍擴大。由于掘進機截割硬度與截割斷面不斷加大，因此在不同巖石掘進中的巷道斷面、底板比壓、研磨強度等方面的適應能力和適應范圍將不斷提高。

4、以自動化管理方法，保證掘進機在運行過程中按照電機的負荷情況及時調整截割深度，優化牽引速度、運行軌跡、截割速度和深度等。

5、加強支護設備的研制，保證掘進機在掘進工作中的平穩性，也減少巷道支護的工作量，減少掘進隊的人數，這樣也能大大減少人工成本。

七、結束語

綜上所述，煤礦生產作業中，智能化控制技術的應用能夠大大降低井下作業的危險，是煤炭安全生產的保障。隨著智能化控制技術的發展和進步，該項技術也將具有更加廣闊的發展空間。

參考文獻：

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