煤礦智能化無人綜采工作面關(guān)鍵技術(shù)探析

朱昊

摘 要：在社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，信息技術(shù)應(yīng)用在各個領(lǐng)域中，并且隨著信息技術(shù)具有智能化、數(shù)字化等優(yōu)勢，促進(jìn)各領(lǐng)域快速發(fā)展。在煤礦開采過程中，應(yīng)用智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)煤礦開采工作面無人化操作，既能減輕工作人員的勞動強(qiáng)度，還能降低安全事故的發(fā)生概率。本文圍繞煤礦智能化無人綜采工作面關(guān)鍵技術(shù)展開討論，為煤礦開采技術(shù)應(yīng)用提供參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：煤礦;智能化;無人綜采;工作面;關(guān)鍵技術(shù)

中圖分類號：TD67 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2020）02-0182-02

0 引言

煤礦企業(yè)在生產(chǎn)過程中，生產(chǎn)人員需要進(jìn)入到復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境中開采煤炭，但是在生產(chǎn)過程中，極易發(fā)生安全事故，不僅嚴(yán)重威脅工作人員的生命健康，還會造成不良的社會影響。煤礦企業(yè)正在積極的應(yīng)用智能技術(shù)，通過智能系統(tǒng)遠(yuǎn)程操作生產(chǎn)設(shè)備，從而完成煤炭的開采、運(yùn)輸?shù)裙ぷ鳎⑶疫€能降低生產(chǎn)成本，有利于企業(yè)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。

1 綜采工作面無人化開采

現(xiàn)階段綜采工作面無人化開采研究過程中，主要圍繞兩個方面展開討論，一是實(shí)現(xiàn)無人化生產(chǎn)，技術(shù)人員只需遠(yuǎn)程操作機(jī)械設(shè)備，即可開展各項工作，二是設(shè)備正常運(yùn)行，工作人員負(fù)責(zé)機(jī)械的維護(hù)和檢查。

煤炭生產(chǎn)過程中，由于地質(zhì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在狹小的空間內(nèi)需要進(jìn)行開采、運(yùn)行以及支護(hù)等工作，利用綜采工作面技術(shù)，需要配置綜合性能較高的機(jī)械設(shè)備，在礦井中進(jìn)行機(jī)械化操作。在綜采工作面無人化開采技術(shù)發(fā)展過程中，從兩個角度定義綜采工作面無人化開采，包括廣義和狹義，在廣義角度，工作面需要完成運(yùn)輸巷、回風(fēng)巷等開采工作，在上述工作中配置14余種機(jī)械設(shè)備，在狹義角度，綜采工作面需要完成刮板運(yùn)輸、端頭支架以及液壓支架等工作。

2 煤礦綜采工作面無人開采國內(nèi)外研究分析

煤炭是各領(lǐng)域發(fā)展重要的能源，也是每個國家的戰(zhàn)略資源。國內(nèi)外正在積極的應(yīng)用智能技術(shù)，使煤炭生產(chǎn)過程更加安全，并且深入研究煤礦綜采工作面技術(shù)。目前許多煤礦企業(yè)正在建立智能系統(tǒng)，將智能系統(tǒng)應(yīng)用在煤礦綜采工作面中，既能控制生產(chǎn)設(shè)備開展相應(yīng)的工作，還能提高生產(chǎn)效率，同時降低發(fā)生安全事故的概率。在綜采工作面無人開采技術(shù)應(yīng)用過程中，需要煤礦企業(yè)建立穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，保證通訊網(wǎng)絡(luò)覆蓋整個工作區(qū)域。我國綜采工作面無人技術(shù)與國外存在一定的差距，國外使用該技術(shù)在進(jìn)行煤炭生產(chǎn)的同時，還能進(jìn)行設(shè)備檢測、礦機(jī)位置檢測等。此外利用檢測結(jié)果，工作人員根據(jù)存在的問題，實(shí)施針對性的解決措施，快速解決出現(xiàn)的故障，從而保證煤礦生產(chǎn)順利的進(jìn)行。我國綜采工作面無人技術(shù)發(fā)展過程中，盡管已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)無人化操作，但是未能將機(jī)械設(shè)備有效的連接起來，仍處于獨(dú)立操作的狀態(tài)。

3 主要影響因素分析

3.1 環(huán)境因素

應(yīng)用無人化技術(shù)進(jìn)行煤礦開采時，由于受到地質(zhì)環(huán)境的影響，包括工作面頂板、底板條件以及瓦斯?jié)舛鹊龋紩拗萍夹g(shù)的應(yīng)用。

3.2 設(shè)備因素

機(jī)械設(shè)備在開采煤炭過程中，應(yīng)用無人化技術(shù)，需要機(jī)械設(shè)備具備較高的安全性和穩(wěn)定性等功能，并且在開采期間，利用自動化技術(shù)完成復(fù)雜的開采工作。此外機(jī)械設(shè)備還應(yīng)具備其它功能，包括在線檢測、記憶割煤等。

3.3 技術(shù)因素

現(xiàn)階段我國煤炭生產(chǎn)過程中，智能化、自動化技術(shù)應(yīng)用范圍較小，主要是受到技術(shù)因素的限制。在綜采工作面無人技術(shù)應(yīng)用過程中，需要完成煤巖識別、分界以及直線度控制等工作，但是上述工作需要機(jī)械設(shè)備具有較高的檢測能力，受到智能化自動化技術(shù)的限制，無法有效的開展相關(guān)工作。

3.4 人為因素

在無人技術(shù)發(fā)展過程中，盡管煤炭開采技術(shù)發(fā)展速度不斷加快，但是仍有許多設(shè)想需要進(jìn)一步研究，包括智能操作、安全隱患預(yù)防等，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)深入研究，使綜采工作面智能無人技術(shù)更加完善。

3.5 管理因素

應(yīng)用無人技術(shù)開采煤炭資源，會從根本上轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的管理模式。煤炭企業(yè)應(yīng)轉(zhuǎn)變傳統(tǒng)的管理理念，根據(jù)開采工作需要，在不同的崗位配置管理人員，如原有的現(xiàn)場操作人員，可以成為遠(yuǎn)程操作人員，現(xiàn)場管理人員，可以轉(zhuǎn)變?yōu)檫h(yuǎn)程監(jiān)控人員。

4 實(shí)現(xiàn)煤礦綜采工作智能無人化開采分析

4.1 從簡單工序著手

煤礦企業(yè)應(yīng)用綜采工作面智能無人化技術(shù)過程中，工作人員應(yīng)從基礎(chǔ)性工作做起，通過簡單工序的操作，逐漸掌握無人化技術(shù)，有助于無人化技術(shù)擴(kuò)大應(yīng)用范圍過程中，工作人員可以應(yīng)對復(fù)雜的工作。工作人員應(yīng)結(jié)合煤礦復(fù)雜的開采環(huán)境，全面了解實(shí)際情況后，結(jié)合無人化技術(shù)的特點(diǎn)，優(yōu)化和完善無人化技術(shù)，以便在技術(shù)應(yīng)用過程中，可以獲得良好的工作效果。

4.2 利用遠(yuǎn)程遙控的方式

煤礦綜采工作面無人技術(shù)應(yīng)用過程中，需要煤礦企業(yè)建立穩(wěn)定的通訊網(wǎng)絡(luò)，通過遠(yuǎn)程遙控的方式，操作機(jī)械設(shè)備開展相應(yīng)的工作。工作人員在監(jiān)控中心，利用遠(yuǎn)程遙控方式操作機(jī)械設(shè)備，同時還能遠(yuǎn)程監(jiān)控煤炭開采過程。但是我國無人開采技術(shù)正處于發(fā)展階段，許多機(jī)械設(shè)備在生產(chǎn)過程中，未能完全實(shí)現(xiàn)無人化操作，并且無法通過遠(yuǎn)程遙控的方式操作機(jī)械設(shè)備。所以加快智能化無人技術(shù)的研究，利用遠(yuǎn)程遙控方式操控生產(chǎn)過程，有助于推動煤礦企業(yè)快速發(fā)展。

4.3 煤巖自動識別技術(shù)

在綜采工作面無人技術(shù)應(yīng)用過程中，煤巖自動識別技術(shù)是重要的組成部分，并且發(fā)揮至關(guān)重要的作用，一方面工作人員操控機(jī)械設(shè)備，利用煤巖自動識別技術(shù)獲取煤炭信息，根據(jù)煤炭開采情況設(shè)定生產(chǎn)方案，另一方面借助煤巖自動識別技術(shù)，可以提高煤炭的生產(chǎn)效率。在上世紀(jì)90年代開始，煤巖自動化識別技術(shù)應(yīng)用在煤炭開采中，在發(fā)展過程中，該技術(shù)日趨完善，并且通過不同的方式進(jìn)行煤巖識別工作，如使用紅外線、紫外線，或者使用超聲波和雷達(dá)探測的方式，可以深入到煤層中，全面詳細(xì)的掌握煤炭情況，并將探測的信息輸入至計算機(jī)中，計算機(jī)會自動分析煤炭數(shù)據(jù)，包括煤層分布、煤炭種類等。但是在復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境中，煤巖自動識別技術(shù)還無法獲得應(yīng)有的效果，技術(shù)人員應(yīng)深入研究復(fù)雜地質(zhì)環(huán)境中該技術(shù)的使用情況，不僅要提高設(shè)備自動識別的分辨率，還要保證識別的數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確，即便在復(fù)雜的環(huán)境中仍能穩(wěn)定的運(yùn)行。

4.4 多傳感器技術(shù)

在煤炭開采過程中，使用機(jī)械設(shè)備進(jìn)行無人化操作，需要提高機(jī)械設(shè)備的工作效率，避免長時間在井下工作，一旦出現(xiàn)問題，會影響到煤炭后續(xù)的開采工作。為提高機(jī)械設(shè)備的開采效率，應(yīng)用多傳感器技術(shù)，多傳感技術(shù)可以在井下獲取更多的信息，獲得的信息及時傳入到計算機(jī)內(nèi)，計算機(jī)會快速分析井下煤炭開采的實(shí)際情況，針對可能潛在的安全隱患，一方面實(shí)施解決措施，另一方面調(diào)整開采方案，保證機(jī)械設(shè)備在井下安全穩(wěn)定的運(yùn)行，并且不會受到安全隱患的影響。現(xiàn)階段多傳感器技術(shù)應(yīng)用較為廣泛，在井下可以實(shí)時收集的信息，管理人員根據(jù)信息優(yōu)化和完善生產(chǎn)計劃。

4.5 高速通訊技術(shù)

綜采工作面無人技術(shù)應(yīng)用在煤炭開采過程中，需要企業(yè)建立穩(wěn)定的通訊網(wǎng)絡(luò)，使每個環(huán)節(jié)都能快速的進(jìn)行信息交流。在信息交流過程中，主要使用高速通訊技術(shù)，由于井下開采環(huán)境十分復(fù)雜，存在許多安全隱患，為保證工作人員的安全，井下與井上的溝通，需要穩(wěn)定的通訊網(wǎng)絡(luò)，井下人員可以及時向井上人員回報情況，井下人員根據(jù)回報情況，向井下人員下達(dá)指令，在整個信息交流過程中，高速通訊技術(shù)既能快速準(zhǔn)確的傳遞信息，還能提高井下開采效率。此外機(jī)械設(shè)備在開采煤炭資源過程中，應(yīng)用高速通訊技術(shù)，利用識別技術(shù)將探測的煤礦情況匯報至管理人員，管理人員根據(jù)實(shí)際情況，快速操作機(jī)械設(shè)備，通過調(diào)整使開采過程更加穩(wěn)定。所以信息交流是綜采工作面無人技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，而高速通訊技術(shù)是信息交流的載體，并且機(jī)械設(shè)備在井下的每個環(huán)節(jié)操作，都需要建立在快速穩(wěn)定的通訊環(huán)境中進(jìn)行，有助于提高開采效率，降低發(fā)生安全事故的概率。

5 煤礦綜采工作面無人智能化的未來發(fā)展趨勢

研究綜采工作面無人技術(shù)，需要研究人員深入到煤炭企業(yè)中，根據(jù)煤炭企業(yè)實(shí)際生產(chǎn)情況，對現(xiàn)有的技術(shù)進(jìn)行優(yōu)化，還應(yīng)結(jié)合煤炭行業(yè)的發(fā)展趨勢，借鑒國外先進(jìn)的理念，不斷完善綜采工作面無人技術(shù)，從而加快綜采工作面無人技術(shù)的應(yīng)用速度，并且擴(kuò)大應(yīng)用范圍，有助于綜采工作面無人技術(shù)推動煤礦企業(yè)快速發(fā)展。

5.1 在智能化無人開采技術(shù)中需要完善智能化開采方面的軟件系統(tǒng)

在煤炭開采過程中，應(yīng)用智能化系統(tǒng)，需要技術(shù)人員根據(jù)生產(chǎn)情況，優(yōu)化和完善現(xiàn)有的系統(tǒng)，使智能化系統(tǒng)融入到原有的系統(tǒng)中，避免將不同的系統(tǒng)機(jī)械性的疊加，導(dǎo)致整個系統(tǒng)無法正常的運(yùn)行，一方面是每個系統(tǒng)都有獨(dú)立的操作，在系統(tǒng)運(yùn)行過程中，需要通過單獨(dú)的界面進(jìn)行管理，從而影響到系統(tǒng)的運(yùn)行效率，另一方面每個系統(tǒng)在連接過程中，應(yīng)建立有效的連接關(guān)系，才能針對系統(tǒng)操作存在的問題，或者生產(chǎn)環(huán)節(jié)出現(xiàn)的問題，統(tǒng)一操作統(tǒng)一調(diào)度，防止系統(tǒng)無法正常的運(yùn)行。所以智能化開采系統(tǒng)應(yīng)用期間，煤炭企業(yè)應(yīng)完善智能化開采軟件，使智能化軟件具備兼容性功能，保證軟件在系統(tǒng)內(nèi)部正常的運(yùn)行，使無人化技術(shù)成為系統(tǒng)的保障技術(shù)，即便系統(tǒng)出現(xiàn)問題，智能化系統(tǒng)仍能正常的運(yùn)行，實(shí)時安全的操作機(jī)械設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)，同時還能根據(jù)系統(tǒng)出現(xiàn)的問題，通過智能化操作控制問題影響的范圍。

5.2 綜采關(guān)鍵步驟智能化設(shè)備的發(fā)展

智能化設(shè)備包括智能化電牽引采煤機(jī)、智能化電液液壓支架等，在智能化電牽引采煤機(jī)運(yùn)行過程中，開始環(huán)節(jié)智能系統(tǒng)設(shè)定參數(shù)，以人工學(xué)習(xí)的方式判斷是否啟動記憶割煤，若進(jìn)入到記憶割煤模式，會使設(shè)備進(jìn)入都遠(yuǎn)程控制割煤狀態(tài)，直至結(jié)束割煤生產(chǎn)。在上述操作流程中，若未啟動記憶割煤，遠(yuǎn)程干預(yù)控制需要重新啟動，工作人員通過遠(yuǎn)程操作，設(shè)定新的參數(shù)進(jìn)行割煤生產(chǎn)。在智能化電液液壓支架運(yùn)行過程中，開機(jī)后會有兩個控制中心授權(quán)，其中一個包括支架單動、成組操作，上述操作出現(xiàn)問題后，設(shè)備會進(jìn)入到閉鎖狀態(tài)。另一個控制中心授權(quán)，包括遠(yuǎn)程支架單動、遠(yuǎn)程成組操作以及跟機(jī)隨動，上述操作出現(xiàn)問題，會推出遠(yuǎn)程操作。

6 結(jié)語

綜上所述，在煤礦開采過程中應(yīng)用綜采工作面無人技術(shù)，不僅降低井下發(fā)生安全事故的概率，還能提高煤礦安全預(yù)防水平。但是在綜采工作面無人技術(shù)應(yīng)用過程中，煤炭企業(yè)應(yīng)建立穩(wěn)定的通訊網(wǎng)絡(luò)，有助于加強(qiáng)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的監(jiān)控和管理，從而提高綜采工作面無人技術(shù)水平。現(xiàn)階段簡單地質(zhì)環(huán)境應(yīng)用綜采工作面無人技術(shù)較為廣泛，應(yīng)逐漸過渡到復(fù)雜開采環(huán)境中，同時完善其它技術(shù)，包括煤巖自動識別技術(shù)、多傳感器技術(shù)等，使綜采工作面無人技術(shù)更加全面，為推動煤炭行業(yè)可持續(xù)發(fā)展奠定堅實(shí)的基礎(chǔ)。

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