智能化煤炭綜采成套裝備的研發(fā)綜述

馬寧寧

（晉煤集團趙莊二號井生產(chǎn)技術(shù)部， 山西 晉城 048000）

引言

進入20世紀(jì)以來，煤礦礦井現(xiàn)代化、數(shù)字化、智能化建設(shè)對于建設(shè)實現(xiàn)少人、無人的安全高效開采具有重要的作用。目前，我國在煤炭綜合開采智能化裝備方面的研究已經(jīng)開始慢慢起步，大多數(shù)煤礦礦井逐步實現(xiàn)了全機械化開采。目前，國內(nèi)已經(jīng)實現(xiàn)一次采全高年產(chǎn)600～1 000 t的成套技術(shù)裝備，但是相對國外的技術(shù)裝備來說還是相對落后。2000年，中國與DBT有限公司共同建設(shè)了小青煤礦小煤層自動無人操作面。2004年，小青煤礦推出了螺旋鉆采新工藝，并通過機外控制臺實現(xiàn)了對無人駕駛飛機的控制。2007年，中國煤機械制造企業(yè)成功研制出第一臺智能電力牽引采煤機。為了實現(xiàn)安全高效的煤礦開采，促進智能煤礦的快速發(fā)展，已經(jīng)有很多學(xué)者進行了研究，并取得了一定的成果[1-2]。

1 煤炭開采裝備的發(fā)展現(xiàn)狀

在國家的政策支持之下，煤炭開采裝備的開采技術(shù)得到很大的發(fā)展，我國的煤礦大多數(shù)都有了較大的改進，擺脫了傳統(tǒng)的開采工藝，向智能化、信息化和網(wǎng)絡(luò)化邁進。

1.1 采煤機

采煤機作為工作面破煤與裝煤的重要設(shè)備，其先進程度已經(jīng)成為影響煤炭開采效率和質(zhì)量的重要因素。截止2010年，我國已經(jīng)有將近24家大型的采煤機械生產(chǎn)企業(yè)，大部分煤炭企業(yè)的采煤機都實現(xiàn)了國產(chǎn)化，而且采煤機逐漸向多種類、多型號、多形式的方向發(fā)展，滿足了不同環(huán)境的需求[3]。

1.2 液壓支架

采用液壓支架使得煤礦范圍不斷擴大，大大提高了工作面的生產(chǎn)能力。同時，液壓支架的使用大大提高了整個工作面的生產(chǎn)效率，縮短了采煤周期，為設(shè)備和人員的安全提供了極大的保障。

1.3 刮板運輸機

在綜合機械化采煤系統(tǒng)中，刮板輸送機主要用于輸送煤炭資源。刮板輸送機、采煤機和液壓支撐設(shè)備都支持采煤系統(tǒng)。與其他兩種機械裝置相比，刮板輸送機不易設(shè)計和生產(chǎn)。經(jīng)過長期的發(fā)展和研究，中國生產(chǎn)的刮刀基本滿足了國內(nèi)的市場需求。

1.4 提升運輸系統(tǒng)

隨著地表煤炭資源的開采，煤炭開采逐漸向更深的地下進行，同時開采水平極大提高，促使煤炭運輸技術(shù)向著更深、更大運力的方向發(fā)展。目前，國內(nèi)礦山吊裝系統(tǒng)的設(shè)計和生產(chǎn)能力已經(jīng)與國際接軌。

1.5 輔助系統(tǒng)與設(shè)施

在采煤過程中，不僅需要專業(yè)的采煤設(shè)備，還需要采礦和輔助設(shè)備等大量安全設(shè)備。例如，氣體監(jiān)測設(shè)備、設(shè)備安全生產(chǎn)監(jiān)測、安全救援和防爆設(shè)施等安全監(jiān)測系統(tǒng)都是必不可少的。

2 煤炭開采裝備的發(fā)展方向

2.1 綜合開采互聯(lián)網(wǎng)和智能化

目前，煤礦行業(yè)的熱點之一是實現(xiàn)人員越來越少的自動化采礦。美國和澳大利亞的煤炭企業(yè)在20世紀(jì)80年代以來就開始進行研究，實現(xiàn)了工作面三機的自動化及井下環(huán)境安全信息的實時監(jiān)測[4]。

2.2 綜采掘進的智能化

開采設(shè)備是煤炭開采中極為重要的，開采設(shè)備的好壞直接影響到煤炭開采的效率和整個開采系統(tǒng)的安全性。在未來的綜采設(shè)備發(fā)展上，將智能控制技術(shù)和可視化遠(yuǎn)程控制技術(shù)應(yīng)用到煤炭工作面開采，實現(xiàn)更加智能化、自動化的控制作業(yè)，極大地減少工作面工作人員的數(shù)量，向著無人作業(yè)方向發(fā)展。通過采用遠(yuǎn)控智能平臺智能化進行綜合開采，同時采用掘支運三位一體的配套設(shè)備進行煤炭開采。

2.3 運輸自動化

目前煤炭在礦井下的運輸主要通過帶式輸送機進行運輸。隨著運輸機向智能化的方向發(fā)展，無需像以前一樣進行人工糾偏、人工駕駛等操作，只需通過遠(yuǎn)程操控系統(tǒng)進行遠(yuǎn)程智能化控制。通過這些技術(shù)的應(yīng)用，提高了煤炭開采的和運輸?shù)男剩⑶覙O大地減少了施工人員的傷亡數(shù)量，對于煤礦安全生產(chǎn)具有重要的意義。

2.4 綜合可視化與智能控制

目前，在煤礦自動化設(shè)備和系統(tǒng)的研制方面，國內(nèi)外煤礦企業(yè)取得了較大的成績。比如目前常用的防巖爆型在線監(jiān)測系統(tǒng)。隨著在線監(jiān)測技術(shù)的快速發(fā)展，煤炭開采逐漸擺脫了傳統(tǒng)的開采模式，向著更加人性化的方向發(fā)展，極大地減少了人員的傷亡事故，更是大大減少了財產(chǎn)的損失。將煤炭開采的各個系統(tǒng)進行集成，通過網(wǎng)絡(luò)進行聯(lián)通，形成一個自動化的平臺，可以進行全局的控制[5]。

3 綜采自動化最新技術(shù)研發(fā)

自動化采煤是目前煤礦企業(yè)進行煤炭開采的主要方式之一。但是它也面臨著較大的問題，比如支架頂板支撐壓力不足的問題，因此經(jīng)常會導(dǎo)致輸送機出現(xiàn)超載現(xiàn)象，通過研制智能反饋系統(tǒng)，將采煤機割煤和智能調(diào)高控制，支架與圍巖結(jié)合等方面進行智能化控制，頂板支撐力能夠在智能化的網(wǎng)絡(luò)下進行自動補償，為煤礦開采企業(yè)的開采施工作業(yè)保障安全。并且開發(fā)了開采工作面視頻監(jiān)控系統(tǒng)，通過在測距方面應(yīng)用傳感器，研制了一種可以無限測距的感知系統(tǒng)，見圖1。

4 結(jié)語

目前，我國的煤炭開采成套設(shè)備有了較快的發(fā)展，但是與發(fā)達(dá)國家相比還存在一定的差距。在未來的發(fā)展中，只有不斷深入研究理論，采用先進的技術(shù)對煤炭綜采成套設(shè)備創(chuàng)新，才能逐漸實現(xiàn)國產(chǎn)高端煤機產(chǎn)品完全替代進口，實現(xiàn)重大煤礦設(shè)備和智能化技術(shù)的完全國產(chǎn)化，從而使得綜采掘進更好地向著智能化、自動化、綜合可視化與智能控制的方向發(fā)展。

圖1 圍巖狀態(tài)及支架動作量感知系統(tǒng)