基于煤炭智能化綜采技術創新路徑分析

唐利山

神華蒙西煤化股份有限公司 內蒙古 烏海016000

前言

近年我國高端綜采裝備及相關技術不斷創新,推動煤炭綜采向更高的機械化、智能化方向發展,大幅提高作業的安全性。在相關的技術研究及設備研發等方面,美國、德國、瑞典等國家從上世紀末就以開始智能綜采技術的研究,逐步實現了開采裝備程序自動遠程控制與可視化監控等功能,德國艾柯夫等公司在新世紀伊始就推出了相關的自動化開采裝備,在中厚煤層開采中實現了自動化的長工作面截割采煤,而我國煤礦開采智能化技術起步晚,2007年研發了國產電液控制系統,此后在863計劃、973計劃的支持和推動下,許多科技企業開始大力研發自動化、遠程控制的采掘、放煤裝備,在自動調高與直線度控制等技術上也有突破,如今基本實現了綜采工作面采煤機、刮板輸送機、液壓支架的聯動控制與可視化遠程控制。但我國煤礦開采還需要進一步提升智能化程度,如在無人綜采等技術上還需要創新發展,工作面采高、自適應控制、直線度導航、多信息系統協同作業等技術也需要創新攻關。

1 煤炭智能化綜采概念、技術特征及關鍵技術創新路徑

1.1 概念及技術特征 智能化煤炭開采是其自動化開采系統的再升級,主要通過賦予設備自主決策等功能,使其在實時感知開采各項環境變化的同時,自動調整作業參數,關鍵在于智能感知、決策與控制三要素。

智能化設備具有自動感應、自主決策與自主學習等功能,賦予了智能化設備自感知、自控制及自修正等作業特點,即設備自動獲取必要作業信息,為自動控制提供運行分析所需的信息依據,自主決策設備控制方案,進行不斷的自主修正。

智能化綜采作業技術特征主要體現在智能控制液壓支架與采煤機、運輸設備軟啟動與狀態檢測等控制功能、設備間通信與遠程控制等方面,如賦予液壓支架監測控制、姿態檢測與調節、超前壓力預測、初撐和移架自決策控制等功能,采煤機實現位置監測、學習軌跡、自動識別與調整滾筒高度、自動記憶割煤及可視化控制等功能。

1.2 煤炭綜采關鍵技術創新分析 采煤機高度的自動控制與調節,即采煤機根據自動感應的煤層厚度、傾角等信息智能調整搖臂的高度,以實現精準截割。但當前采煤機主要應用記憶截割的技術實現高度調節,即通過記錄工作面位置和該位置搖臂高度等信息,繪制、記錄截割曲線,但智能化程度有限,還需從控制邏輯等角度,創新實時感應方式。在這方面我國先后嘗試了利于粉塵、熱敏、振動、γ射線、雷達、紅外線等方式,啟動實現高智能化的煤巖分界線的自動探測與位置的自動感應,但尚存在探測精度差、范圍小、信號衰減快等應用問題。因此,還應通過研究煤層地質信息的精準預測、工作面的精準測量與模型推演、截割應力場參數分析及截割面曲線擬合等問題,來提升采煤機精高度控制的智能化程度。

液壓支架與圍巖的適應性自動耦合控制。目前液壓支架已基本實現自動化調整,但以實現裝備高效協同為主要目的,支架本身的狀態調節還依賴人工操作,調節的效率低、準確性低。因此,還需要研究支架群組與圍巖的自適應控制及智能耦合技術,賦予其自主感知與自主調整狀態等功能。

智能化的工作面直線度控制。液壓支架存在推移誤差,加之推移間隙等因素對刮板輸推移軌跡的影響,可能累積誤差使液壓支架不齊整,難以保證刮板輸送機的直線度。當前主要通過紅外光束等方法測量工作面直線度,人工調整刮板輸送機的位置,因此需加強激光對位、慣導定位等測量技術與自動矯直功能的研究。

2 煤炭智能化綜采技術創新路徑探索

2.1 薄煤層開采 我國當前大多使煤炭開采都屬于薄煤層開采,因此實現這一層的智能化開采意義重大,采用自動化采礦設備,能大幅提升煤炭夠挖掘效率。薄煤層開采中,一般應用自動化的液壓機械,通過安設遠紅外感應裝置等方式,使設備能夠準確獲取煤層作業面的相關數據,然后進行自動化判斷和智能參數調整。

薄煤層開采使用采煤機作業,一般應用智能記憶實現應用智能化,在相關感應、數據處理技術的輔助下,可對采煤環節開展程序化的自動計算、分析與數據存儲。存儲的數據又進一步使技術人員能更好的實施遠程控制。

2.2 超大面煤層開采 智能化開采應用于超大面煤炭開采,能最大的發揮自動化開采設備的優勢,大幅提升開采效率,同時能實現完全替代人工,面對復雜開采環境于多樣作業內容。超大面開采實現智能化,液壓設備及其支撐的智能控制技術是核心,是保證安全、高效作業的前提,以液壓支撐為例,其通過鞏固圍巖,以防范超大開采面出現斷裂等安全問題,其智能化即實現千斤頂、支撐架等設備的自動化參數調整。

2.3 特厚煤層開采 特厚煤層的開采較薄煤層、超大面煤層開采的技術難度大,對設備各項性能要求更高,實現采礦智能化,也需要應用更完善的智能化設備即互聯、遠程控制體系,才能形成全面的自動化控制與作業干預。因此,需要使機械通過模擬采面流程形成記憶的同時,通過使機械獲得與人類相同的思維模式,來學習采煤內容,通過整合記憶來不斷自動優化自身的采煤程序,實現更為智能的開采作業。

結束語

綜上所述,自動化技術的發展推動煤炭開進行技術革新、產業轉型。近年來,智能化煤炭開采以成為該行業發展的主流技術方向,受到國家和社會大眾的高度重視,我國頒布了多項發展計劃、啟動了多項研發計劃,旨在為煤炭開采智能化提供更大的支持力度。而當前智能化開采技術在實際應用中尚存在一些問題,整體表現為概念宣傳多、實質應用效果差,一些技術難題遲遲無法攻克。因此,相關企業應加大投入,相關研究人員應更全面的分析復雜開采環境,創新智能化感應、控制等技術,以提升相關設備的智能化作業的穩定性、適應性程度。