智能化采煤設備的關鍵技術

于斌全

（山煤集團左權鑫順煤業， 山西 左權 032600）

引言

智能化采煤技術的發展和壯大離不開科學先進的技術支持。然而目前我國采煤設備存在著自動化程度低、設備分工零散、可靠度不高等弊端。合理開發和采挖煤礦資源是發展社會經濟的重要保障，也是實現環境可持續發展的必然要求。如何通過創新和發展智能化采煤設備的關鍵技術，是煤炭企業一直關注的焦點，也是為未來綜合智能化采煤設備發展和研討提供指導的關鍵理論依據。

1 液壓支撐自適應調控技術

液壓支架自動識別和控制著每一支單體支架保護結構，而整體液壓支架的工作協助性和安全性是由關聯支架進行調度和協調的。由此可見，整體液壓支架支撐和保護運行動作的自動協調性、穩定性和組織性是液壓支撐自動適應調控技術系統智能化運作的關鍵技術。現階段，國內外在液壓支撐智能化控制技術方面主要著重于液壓支架四連桿結構升級和液壓支撐參數化的創新，液壓支撐自動適應調控系統已經實現了液壓支撐智能化的自動調控。而自動程序化的無人綜合采煤工作面要求液壓支架對復雜的巖體結構進行全面的、深入的、適應性強的工作協調，就目前情況而言，怎樣實現頂層巖體、液壓支架保護和液壓阻尼三者的協同工作，組建穩定工作的液壓支撐架構組織，是智能化無人工作面采煤技術支護的關鍵技術[1-2]。

2 智能化煤巖自適應載割調控技術

智能化煤巖自適應載割調控技術是通過人工在采煤過程中就地操作智能化采煤設備進行采挖、記憶的一種調控方式，實現在下一個環節中自動采煤的操作。要實現智能化煤巖自適應載割調控系統的自動采煤功能，就得組建設備-巖體沖擊采挖技術模型和巖體沖擊適應性識別方法，從而建立符合巖體采煤硬度變化的智能化挖掘設備，并且優化和升級其工作原理和工作方法。雖然，最近幾年的采煤挖掘機具設備技術有了一定的創新和發展，但是其主要涉及理念還是借鑒了20世紀50年代Beion Evans和70年代Nishimatsu提出的直線分割力學模型。但是由于缺少對巖體裂縫、巖體生長趨勢的差異性分析[3]，沒有把分割齒輪的沖擊性和帶來的破裂效應進行充分考慮，導致目前的智能化采煤挖掘技術設備具有強大負荷的沖擊力，采挖齒輪破裂、磨損嚴重，機具設備的使用壽命不長，對巖體的破壞性大，整個采煤系統技術還需要進一步提升。

3 智能化動力傳送自適應控制技術

故障出現頻率高、開機運行效率低、操作復雜繁瑣等問題已經成為采煤設備機電液壓系統的重要弊端，同時液壓系統也無法適應智能化采煤設備升級協同運作的發展需求。所以，研究分析不同環境狀態下采煤設備如何高效運作，成為智能化動力傳送自動適應控制技術的關鍵問題[4]。因此，從關鍵動力傳送部件的動態和逐步可靠穩定性設計原理入手，著力研究載重量突然變化下保持高效運行的動力傳送設計方法并組建大電動功率下智能化動力傳送自動適應控制技術是發展智能化采煤設備的關鍵技術之一。

4 采煤設備智能化自動診斷技術

設備處于一個安全可靠的工作狀態是確保采煤工作穩定高效開展的關鍵條件。因此，提高采煤設備智能化自動診斷技術是發展采煤項目可持續發展的重要途徑之一。四維空間信息實時采集回饋技術和多信息源綜合匯集模型可實現智能化采煤無人工作面信息收集、分析和總結以及虛擬場景再現，是當前采煤設備智能化自動診斷系統的關鍵技術。不同環境下，巖洞采煤狀況是截然不同的，在惡劣環境下實現采煤設備智能化自動診斷技術的實時監測和預判，能有效地降低由于惡劣天氣帶來的不良損失。光纖傳感設備耐腐蝕、耐高壓，即使在易燃易爆的環境中也能正常運作，受電磁波干擾較少，具備高分辨率和靈敏度等明顯優勢，非常適合井下采煤設備進行測量、加速、變形、扭轉、破裂等力學狀態下的工作[5]。把光纖傳感設備技術應用到采煤設備智能化自動診斷系統中，在診斷設備中加入光纖傳感網絡，并且均勻分布，可有效實現智能化采煤設備對采煤設備故障的檢測和診斷。

5 煤巖界面智能化自動識別技術

目前的煤巖界面智能化自動識別技術主要包括了：振動檢測法、紅外線檢測法、聲音檢測法、功率頻率檢測法、圖像識別法等，但是這些識別方法對巖洞地質狀態依賴性強，運用其進行煤巖界面識別會帶來無法全面檢測、檢測不精確等問題。所以，想要提升煤巖界面智能化自動識別技術關鍵是實現煤巖界面實時識別方法。近期國外研究發明的紅外線感應技術能對遠距離煤巖垂直外壁進行溫度檢測，從而能識別巖洞煤層的組織結構，這種實時監控分辨方法大大降低了外部環境對檢測結果造成的影響，其可信度和依靠性更強。另外，一些電動機臂識別技術也得到了很好的應用，如搖臂支架油缸壓力、搖臂傳送負載重力、分割電動極電流等可通過參數識別煤巖結構。

6 采煤設備智能化自動巡航技術

采煤設備智能化自動巡航技術包括了自動糾偏和自主定位兩大技術，而這又是實現智能化采煤設備關鍵技術升級的基礎。在復雜的煤巖環境中進行采煤，需要有科學的智能化采煤巡航技術作為指導，確保采煤作業過程的安全高效。20世紀80年代，美國、澳洲、加拿大、德國等國家已經開始了金屬礦體地下智能化無人采礦設備的調控導航技術研究并廣泛應用于一些非煤礦山體的采集，帶來了不錯的工作效應[6]。國內研發了地下鏟運機智能化無人駕駛定位和導航系統，該系統集合了煤礦采挖加速度技術、實時線性加速度和角速度檢測等三維立體巡航定位技術。

7 結語

采煤是一個完整、復雜和多變的工作系統，采煤設備技術水平直接影響采煤項目能否順利高效安全地開展。需要在堅持系統設計原理的基礎上，通過創新和升級液壓支撐自適應調控技術、智能化煤巖自適應載割調控技術、智能化動力傳送自適應控制技術、采煤設備智能化自動診斷技術、煤巖界面智能化自動識別技術和采煤設備智能化自動巡航技術等協調性強、自動化水平高、智能化技術先進的智能化采煤設備的關鍵技術，實現采煤技術的不斷發展。

[1] 吳佳梁，尹力，李勇，等.智能化聯合采煤系統及其關鍵技術[J].遼寧工程技術大學學報（自然科學版），2014，33（2）：226-231.

[2] 葛世榮.智能化采煤裝備的關鍵技術[J].煤炭科學技術，2014（9）：16-17.

[3] 王國法.綜采自動化智能化無人化成套技術與裝備發展方向[J].煤炭科學技術，2014，42（9）：30-31.

[4] 袁建平.煤礦智能化開采技術的創新與管理[J].煤礦機，2016（3）：69-70.

[5] 田成金.煤炭智能化開采模式和關鍵技術研究[J].工礦自動，2016（10）：98-100.

[6] 張軍.綜采工作面智能化采煤技術分析[J].南方農機，2017，48（10）：97.