綜采工作面智能化技術與裝備的發(fā)展淺析

謝國正

(陜西黃陵二號煤礦有限公司，陜西 延安 727307)

0 引言

現(xiàn)階段，我國各個行業(yè)均面臨著全面化的升級改革，將互聯(lián)網(wǎng)技術與各個行業(yè)進行不同程度的融合，擴大智能化技術的應用范圍，從而提高各個行業(yè)的運營速度。煤礦行業(yè)作為我國的傳統(tǒng)行業(yè)，該行業(yè)的改革方向之一是融入智能化技術，將智能化技術與煤井礦業(yè)深度結合[1-4]，這樣不僅有利于煤礦開采，而且能有效避免礦井環(huán)境對作業(yè)人員的危害，為礦業(yè)開采商和作業(yè)人員都提供了極大的便利。綜采工作面技術與裝備的發(fā)展歷程主要包括機械化、自動化、智能化、無人化四個階段[5-7]。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 智能化技術

導航累計誤差：煤礦開采技術系統(tǒng)且繁瑣，綜采工作面智能化技術主要圍繞井下控制功能來開展“三機”自動控制應用。現(xiàn)階段，綜采工作面智能化技術中最核心的技術是綜采工作面的取直技術[8-11]。工作面的取直技術不僅能使工作面在動態(tài)中保持直線，而且使其與巷道方向保持正交關系。動態(tài)中的工作面，首先導航時利用地理信息系統(tǒng)得到采煤機所在的位置和運動參數(shù)，應用截隔模型進行數(shù)據(jù)傳輸，從而通過支架電液控制系統(tǒng)開展“三機”聯(lián)動控制，而物體的實時定位和自動導航應用的是加速度計和陀螺儀。但是這種定位和導航技術的缺點在于較長時間使用容易出現(xiàn)累計誤差，因此必須進行誤差的彌補與標注。

工作面水平高度調整不夠準確：現(xiàn)階段煤礦作業(yè)中煤層動態(tài)傾角實時測量開始采用煤巖界面識別技術。設備滾筒高度的調整則依靠此測量數(shù)據(jù)，從而得到綜采工作面的水平高度。綜采工作面水平高度的調整方式在國內外是不同的，國內裝備高度的調整使用的是記憶割煤技術，但是當煤層走向發(fā)生大的變化時該技術就不再準確。國外裝備高度的調整使用的是熱紅外攝像儀，根據(jù)掃描的結果進行工作面高度的調整，然而現(xiàn)今熱紅外攝像儀的使用尚未普及。

雷達監(jiān)測等智能化技術：綜采工作面生產(chǎn)流程連續(xù)性的確保，需要借助智能化設備進行不斷監(jiān)督。在采煤運輸?shù)倪^程中，為避免運輸過程中碰撞現(xiàn)象的發(fā)生，工作中常常使用雷達監(jiān)測等智能化技術。

1.2 智能化裝備

在綜采工作面的智能化技術的基礎上，研發(fā)擁有的智能化設備以抵御設備控制效率低的問題，通過將智能化設備中的各種系統(tǒng)聯(lián)系在一起，可以增大綜采工作面的智能化程度[12-14]。

智能采煤機：綜采工作面智能化設備的不斷發(fā)展使得智能化設備在煤礦業(yè)中得到了廣泛的應用，智能采煤機就是其中一個廣泛受用的智能化設備。智能采煤機具有多種工作模式，并會根據(jù)不同的任務需求使用不同的模式。通過傳感器得到與采煤有關各個設備的位置對設備的運動路線進行估計以完成聯(lián)動控制，對采煤機進行遠程的無人操作控制則需要結合跟進作業(yè)和斜切進刀工藝等。

智能刮板輸送機：煤在采集完成后便需要進行煤的運輸，這時應用的智能化運煤設備主要是智能刮板輸送機，該設備的使用不僅能主動對輸送機的直線進行檢測而且設備的平整度也保持在一定的范圍內。裝備工作時，各個支架所在方位的測定結合智能刮板輸送機對于自身位置的確定能控制支架，防止設備向上或向下晃動。

信息的傳輸與連接：在大數(shù)據(jù)時代的背景下，信息傳送的頻率和速度都在不斷加快。煤礦行業(yè)在開采、運輸?shù)纫幌盗械淖鳂I(yè)過程中，離不開信息的輸入與輸出。綜采工作面建立的信息系統(tǒng)通過結合軟件平臺能對各個環(huán)節(jié)的煤礦采集工作進行很好的掌握，軟件傳輸平臺會借助電力載波和光纖等進行傳播。同時在井下作業(yè)時，信息的傳輸與連接主要借助于無線網(wǎng)。現(xiàn)階段，將信息傳送技術形式與采煤系統(tǒng)作業(yè)更好的結合以保障采煤過程高效有序進行。

2 發(fā)展前景及趨勢

2.1 預計前景

自動化：對比以前傳統(tǒng)的煤礦業(yè)，現(xiàn)在的煤礦業(yè)在智能化技術的融入下，逐漸向自動化的方向發(fā)展。自動化即在較少人參與下，根據(jù)人們的需求，機器設備、系統(tǒng)等經(jīng)過一系列過程達到預期目標。自動化的發(fā)展被廣泛應用于采煤工業(yè)，其中采用紅外線、無線電波等制備辨別度較高的傳感器，分辨煤巖表面；采用算法數(shù)據(jù)得到模型從而實現(xiàn)自動化的放煤技術。在設備自動化的不斷發(fā)展中，現(xiàn)階段設備調高的自動化技術將進入研究人員的視野，設備調高技術的研發(fā)將把探測技術包含其中，研發(fā)成功后工作面高度的檢測和調整將會全部應用自動化技術。

精確化：在采礦行業(yè)的測量過程中，綜采工作面的測量一直使用的是液壓支架。但使用液壓支架進行實際測量時，空中飄的煤粉會給測量帶來一定程度的干擾，激光定位也不能使用，阻礙工作面的作業(yè)。國際標準中，綜采工作面的角度往往精確到百分之一。在這一標準的規(guī)范下，需通過精確度更高的傳感器，對在動態(tài)中工作面的位置進行更精確的定位進而將工作面調直。

視覺化：隨著煤礦行業(yè)工作過程信息系統(tǒng)的使用范圍逐漸增大，幾乎每個過程中都要用到信息的傳輸。為了將信息更好的反饋給工作人員，同時為了方便工作人員根據(jù)反饋的信息及時做出調整，相應軟件的研發(fā)首先應對設備和工作過程中的信息進行處理然后再以圖像的畫面表示出來。

2.2 發(fā)現(xiàn)的問題

系統(tǒng)間的信息共享問題：綜采工作面信息傳輸?shù)墓ぷ髁渴欠浅｝嫶蟮摹，F(xiàn)階段，在煤礦業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程中，伴隨著綜采工作面智能化技術與裝備的視覺化發(fā)展，信息傳輸量和其準確度顯得至關重要。就目前的情況分析，現(xiàn)有信息傳輸技術僅能對視頻信息數(shù)量較大的數(shù)據(jù)進行來回傳送。因為現(xiàn)在沒有達成統(tǒng)一規(guī)定，所以綜采工作面各個設備之間并未相互鏈接。

自動找直問題：綜采工作面智能化技術與裝備將向著自動化、精確化、視覺化的方向發(fā)展，這意味著人們能坐在監(jiān)控室內便可以對煤礦中的工作情況進行實時指揮、監(jiān)督。在推進過程中，為了使綜采工作面始終自動保持直線狀態(tài)，國外的科研團隊已經(jīng)研制了相應的技術并取得了初步的成效。但針對綜采工作面的測量精確度問題，目前的研究還沒有達到人們的期望值。

綜采工作面的晃動問題：綜采工作面的運輸所采用的智能刮板輸送機，該設備雖然能對輸送機的直線進行檢測及校準，但是刮板輸送機會由于地底煤層的變化而出現(xiàn)晃動。當出現(xiàn)這種情況時，綜采工作面也會由于不固定而出現(xiàn)上下晃動的現(xiàn)象。綜采工作面的不固定問題會對該煤礦順利生產(chǎn)造成阻礙，另外還會危及人們的安全。

各個設備間的協(xié)調配合問題：現(xiàn)如今，每一個工藝或程序都是由多個步驟組成，并且各步驟之間只有相互聯(lián)系、協(xié)調配合才能保障工藝或程序的順利完成。煤礦中的綜采需要各個設備之間的緊密聯(lián)系，同時也需要對綜采的各環(huán)節(jié)進行監(jiān)督與協(xié)調。

2.3 發(fā)展趨勢

在未來，綜采工作面智能化技術將對采礦的全過程進行全方位、多層面的監(jiān)控。但就現(xiàn)在的形勢分析，關于綜采工作面的智能化技術方面仍然需要科研人員進行不斷地研究。

智能化刮板輸送機技術改進：現(xiàn)在的智能化刮板輸送機技術仍有不足之處，主要在于刮板輸送機的直線問題。綜采工作面由于其自身形狀和煤層的不規(guī)則性以及煤層底部環(huán)境的多變性，給綜采工作面的測量造成一定的阻礙，改進智能化刮板輸送機技術主要難點在于改進測量定位技術。在解決這一問題時，科研人員不應該拘泥于僅檢測工作面的直線，而應該使用多種傳感器測量與工作面相鄰的支架與輸送機的相對位置，不斷調整相對位置從而使工作面在動態(tài)中調直。

遠程監(jiān)督技術的改進：對綜采工作面實行遠程監(jiān)督實際上就是對采煤機、刮板輸送機、液壓支架等裝備進行監(jiān)控，同時通過信息化技術對工作面進行長距離信息傳輸與遠程監(jiān)控。

3 結語

在科技飛速發(fā)展的今天，科技信息化智能化在煤礦行業(yè)已經(jīng)進行了更深層次的融合，綜采工作面智能化技術與裝備的發(fā)展速度在逐漸加快。在國家實行產(chǎn)業(yè)全面升級和不斷變革的時代背景下，順應時代的發(fā)展，煤炭行業(yè)持續(xù)將工作人員從勞動密集型轉到人才技術型。通過相關人員的不斷努力，綜采工作面智能化技術與裝備將以穩(wěn)健的步伐邁向全自動化以及全信息化。