自動化智能開采關鍵控制技術的探索與研究

黃太光(龍煤鶴崗礦業公司生產技術部，黑龍江 鶴崗 154100)

0 引言

煤礦開采的升級轉型是煤礦企業實現長期發展的重要途徑。煤礦企業要積極采用自動化、智能化技術，以實現對煤礦開采的遠程控制，并通過無人化智能作業方式來提高煤礦開采的安全性和生產效率，因此必須加大對自動化智能開采關鍵控制技術的研究。在自動化智能開采關鍵控制技術的探索過程中，要注意及時掌握國內外先進科學技術的發展趨勢，并要充分了解目前制約自動化智能開采技術研發應用的影響因素，合理確定自動化智能開采技術方案，積極采用遠程控制、視頻監測以及視頻拼接等技術方法，不斷突破技術難點，推動我國煤炭開采的自動化智能發展。

1 煤礦開采自動化智能技術現狀分析

隨著我國網絡信息技術、自動化以及智能化控制技術的不斷發展成熟，在煤礦開采中逐步提高了自動化水平，同時自動化智能技術設備也在由單純依賴進口逐漸向實現國產化方向發展[1]。目前我國一些煤礦企業已經采用了具有機載視頻以及截割記憶功能的自動化智能采煤機、全作業面自動根機電液控制設備、智能化煤巖識別技術以及無線通信技術等，部分實現了自動化智能開采控制，但還需要進一步加大自動化智能開采關鍵控制技術的探索與研究。

2 自動化智能開采關鍵控制技術研究的影響因素

2.1 影響自動化智能開采關鍵控制技術研究的環境因素分析

在自動化智能開采關鍵控制技術的研究中，綜采作業面的瓦斯濃度、頂地板狀態、仰俯角度、礦壓以及采高等各種環境因素都是影響自動化智能開采控制的重要因素[2]。在當前的技術條件下實現復雜環境下的自動化智能開采控制具有較高的難度，因此應首先在具有較好安全條件和地質條件的作業面內進行自動化智能開采控制技術的研究，并不斷總結經驗，逐步提高自動化智能開采控制技術在不同環境條件下的適應性。

2.2 影響自動化智能開采關鍵控制技術研究的設備因素分析

要想實現自動化智能開采控制就必須確保各單機設備具有較高的自動化水平，例如液壓支架應具備全作業面的自動根機控制功能，而采煤機也需要具有作業面截割的自動記憶功能等，而目前在單機設備的自動化和智能化程度、控制的穩定性以及設備質量性能方面還存在一定的差距。

2.3 影響自動化智能開采關鍵控制技術研究的技術因素

由于我國煤礦開采目前仍屬于簡單自動化程度，同時工作人員的操作技術水平也相對較低，因此對自動化智能開采關鍵控制技術的掌握等方面還存在較大差距。

3 自動化智能開采關鍵控制技術探索與研究

3.1 自動化智能開采關鍵控制技術研究

3.1.1 自動化智能開采關鍵控制技術方案分析

在應用自動化智能開采關鍵控制技術來進行開采作業時，需要通過視頻圖像的自動處理、作業面直線自動化智能控制以及綜采設備的智能安全感知和姿態智能定位等技術綜合應用，來實現，因此需要根據綜采工藝要求以及工藝流程等合理確定自動化智能控制技術方案。

3.1.2 自動化智能開采的視頻控制技術研究

在自動化智能控制中首先需要獲取綜采作業面的實時動態視頻圖像信息，因此需要利用智能拼接技術來自動完成視頻監控圖像的自動化拼接，從而實現呈現全景動態畫面的目的。在對視頻圖像進行拼接時，由于不同的監控設備在成像時存在一定的差異，特別是在重疊區域特征匹配時會受到選擇、平移以及縮放等幾何變形因素的影響，因此在圖像匹配時首先需要解決匹配分值差異問題。同時在圖像配準時還會受到誤差累積等因素的影響，給全景圖像的拼接效果以及效率增加難度。此外，在架設相機時通常都是設置在煤機或者支架等移動式設備上，因此相機的視野場景也會受到目標物以及其自身運動的影響，這些都是需要在自動化智能圖像拼接處理中需要重點解決的關鍵控制技術。

3.1.3 自動化智能開采的遠程控制技術研究

為了了實現對采煤機等開采設備的遠程控制，需要應用視頻監測系統來獲取作業面的圖像信息，這樣操作者才能控制中心及時掌握采煤機的運行狀態，并實現遠程控制。因此需要應用數字視頻技術來進行視頻的存儲、處理、發布以及控制，同時還需要應用實時模擬視頻控制技術來對遠程操作命令的實際執行情況進行監測。此外，還需要結合三維虛擬技術的應用來為遠程操控人員營造一個虛擬現實環境，以增強其對操作環境的感知體驗。

3.1.4 其他自動化智能開采關鍵控制技術研究

在自動化智能開采關鍵控制技術中，還需要利用煤巖分界技術來對煤機滾筒的割巖或者割煤操作進行準確的識別，并要能夠根據其截割記憶來實現智能化的自我調整控制。同時，還要加強對煤巖識別技術的研究，以便通過對放煤過程的監測來判斷是否有巖石存在，并據此來對放煤時間進行智能化控制。此外，還需要應直線度的自動智能控制技術來對綜采作業面的整體彎曲狀態進行準確的描述，且要自動將相關數據向電液控制系統傳輸，從而實現對液壓支架前進量的自動控制，這也是準確控制作業面彎曲度以及保持開采作業連續進行的技術基礎。

3.2 自動化智能開采關鍵控制技術研究重點分析

在自動化智能開采關鍵控制技術研究中，動態監測技術、實時聯動控制技術、綜采面的推進預測以及計算機仿真技術的綜合應用是確保開采設備連續正常運行、且所有設備姿態控制均能夠達到目標性要求的難點技術，也是自動化智能開采關鍵控制技術研究的重點環節。因此在自動化智能開采關鍵控制技術研究中要加強對綜采面推進連續性影響因素、連續推進方法以及俯、仰采、直線度和調偽傾斜控制等多方面關鍵控制技術的研究。同時還需要加強刮板運輸機自動化姿態測量控制、移動式高精度傳感設備以及高精度支架電液控制設備的研發，并要加強對運輸機在拉架過程的拉回檢測機制以及連接機構間隙等問題進行重點的研究探索，逐步解決將實時視頻傳輸延時控制在50ms以內、避免煤塵以及低照度等因素對視頻清晰度影響等技術難點問題[3]。

3.2.1 自動化智能開采的實時控制技術研究

實現開采自動化智能控制的關鍵之一是要確保視頻傳輸的實時性，同時為了滿足遠程控制要求，必須要將綜采面視頻實時控制系統的延時控制在50ms以內，一旦超出這一延時標準，將無法有效保障遠程操控的安全性。目前采用CWDM技術通過粗波分復用結合以IP網絡為基礎了數字視頻傳輸技術來獲取高精度的作業面視頻畫面，該視頻系統具有較好的實時性能。這樣工作人員就可以在順槽控制中心的幫助下實現對綜采作業面設備運行狀態的動態觀察，并能夠根據其操作效果來對操作幅度進行適時的調整，以實現對設備的遠程控制。

3.2.2 自動化智能開采的高清視頻控制技術研究

視頻動態圖像的清晰度是實現自動化智能開采控制的關鍵技術難點之一。雖然可以采取增加攝像機臺數以及采用高清攝像設備等技術方法來改善動態圖像，不過由于采煤機在對每層進行截割開采時往往會有大量煤塵產生，其會將滾筒完全遮蔽，嚴重影響了對采煤機運行狀態的觀察控制。同時由于在綜采作業面缺乏自然光照條件，僅能依靠人工照明方式來保持較低的照度，而簡單采取增加照明設備數量或者提高照明功率的方式會造成開采成本以及能耗的增加，因此需要加強在低照度環境下提高成像清晰度技術的研究，從而為自動化智能開采的實現創造良好的條件。

3.3 自動化智能開采關鍵控制技術研究的主要發展方向

在自動化智能開采關鍵控制技術研究和探索中要及時把握網絡信息等先進科學技術的發炸動態，以確保自動化智能開采關鍵控制技術研究具有一定的前瞻性。在未來的研究中要加強對數字化遠程調度以及監控平臺技術的探索，要在對綜采作業面遠程監測的基礎上逐步實現對三機自動化同步的遠程控制、設備運行故障的智能預測以及自動報警等，從而全面提高開采作業的自動調度控制能力和綜采系統的柔性控制能力等。

3.3.1 加強與GIS等技術的融合

通過與GIS技術的融合可以在井下電子地圖中存儲監測數據，這樣在地面就可以通過計算機系統直觀的獲取監測數據，同時GIS技術的可視化功能還能夠直觀的顯示采煤機等設備所處位置以及運行狀態，從而為地面遠程控制提供便利。

3.3.2 加強與UWB定位技術的融合

由于在綜采作業過程中對信號傳輸頻譜以及數據傳輸速率的限制較少，因此可以結合UWB定位技術來進行監測數據的傳輸。UWB技術具有系統結構比較簡單以及低功耗等特點，而且其技術應用成本也相對較低，并能夠高速率的數據傳輸，能夠很好的適應巷道以及綜采作業的通信要求。同時，在采用了UMW無載波技術后，不僅進一步降低了其功耗以及技術成本，而且也更適合本安電路設計的要求。因此在未來自動化智能開采關鍵控制技術的研究中要加強與UWB技術的有機結合。

4 結語

在煤礦開采的自動化智能發展中要結合其開采工藝特點建立數字模型，并通過網絡信息技術、動態監測以及遠程控制等技術應用構建可視化平臺，從而實現對開采過程數據的動態管理，并能夠通過語言、圖像等來對開采作業面進行遠程遙視、遙測以及遙控，以達到自動化智能開采的目標，推動我國煤礦開采的無人化發展，降低工作人員的勞動強度，全面提升煤礦開采作業的安全性和生產效率，為我國的社會經濟發展提供更加充足的能源保障。