煤礦智能化綜采工作面系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用探討

晏鵬程

摘要：隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，為了提高采煤效率，保障采煤業(yè)的安全，需要越來越多的智能采礦系統(tǒng)的自動(dòng)化程度也在不斷提高。本文在現(xiàn)有技術(shù)和礦業(yè)數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，探討了智能化綜采工作面系統(tǒng)的工作原理，為礦區(qū)營造更安全、更高效的開采環(huán)境，促進(jìn)新型動(dòng)力能源的開發(fā)。

關(guān)鍵詞：煤礦;智能化綜采工作面系統(tǒng);設(shè)計(jì)應(yīng)用

前言：隨著經(jīng)濟(jì)和社會(huì)的發(fā)展，我國煤炭開采技術(shù)還不成熟，煤炭工業(yè)正由勞動(dòng)密集型產(chǎn)業(yè)向資本密集型和技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)變。在實(shí)現(xiàn)綜合機(jī)械化的基礎(chǔ)上，煤炭開采技術(shù)逐漸向智能化、自動(dòng)化方向發(fā)展。隨著可持續(xù)發(fā)展理念的傳播，國內(nèi)煤炭企業(yè)越來越重視技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)改造。智能綜合采煤可以有效地提高煤炭生產(chǎn)質(zhì)量，降低勞動(dòng)者的勞動(dòng)強(qiáng)度，充分發(fā)揮先進(jìn)設(shè)備的效率，全面提高煤炭效率。本文從某礦區(qū)煤炭生產(chǎn)現(xiàn)狀出發(fā)，研究了綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)的功能實(shí)現(xiàn)，以期為煤炭行業(yè)的發(fā)展做出積極貢獻(xiàn)，實(shí)現(xiàn)綜合采煤工作的綜合自動(dòng)化和智能化。

一、現(xiàn)狀

（一）智能綜采工作面系統(tǒng)的開發(fā)過程

煤礦開采是一個(gè)復(fù)雜的過程，礦山的工作環(huán)境十分復(fù)雜。與其他普通行業(yè)相比，煤炭行業(yè)的智能化建設(shè)相對困難和落后。目前，在某礦區(qū)建立智能化綜合采煤工作面系統(tǒng)仍存在許多問題。智能綜采系統(tǒng)在該礦區(qū)的功能不斷得到提高。基本建成了生產(chǎn)能力，基本實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化生產(chǎn)。然而，在智能技術(shù)的應(yīng)用方面仍然存在許多缺陷，例如大數(shù)據(jù)和云計(jì)算。目前，采煤中常用的采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)和裝配機(jī)以及組合開關(guān)等技術(shù)大多具有數(shù)據(jù)通信和遠(yuǎn)程控制功能。同時(shí)，可以充分利用信息網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)和各種接口進(jìn)行雙向數(shù)據(jù)傳播。智能化綜采工作面系統(tǒng)的開發(fā)經(jīng)歷了一個(gè)漫長的發(fā)展過程，并得到了優(yōu)化和成熟。

（二）面臨的問題

目前，智能化綜采工作面系統(tǒng)還不穩(wěn)定，存在許多亟待解決的問題。一是煤炭綜合開采的工作環(huán)境惡劣。采煤工作環(huán)境往往位于地下幾百米深的地方。二是采煤地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜，穩(wěn)定性差。相位相關(guān)技術(shù)在復(fù)雜的環(huán)境中難以得到廣泛的應(yīng)用。每個(gè)礦區(qū)的實(shí)際情況并不相同。第三，設(shè)備控制系統(tǒng)設(shè)備的廠商在軟件協(xié)議、冗余功能等方面的標(biāo)準(zhǔn)不一樣，存在巨大差異，難以實(shí)現(xiàn)市場標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，給集中式監(jiān)控設(shè)備帶來了困難。第四，由于實(shí)際開采環(huán)境復(fù)雜，設(shè)備的設(shè)計(jì)需要完全分為防爆要求、技術(shù)難題。目前，國內(nèi)外智能綜合開采技術(shù)已實(shí)現(xiàn)跨越式發(fā)展，進(jìn)一步指出了煤礦開發(fā)的發(fā)展方向。煤礦智能化綜采工作面智能采煤系統(tǒng)仍需克服采煤機(jī)定位檢測、工作面自動(dòng)矯直等關(guān)鍵技術(shù)問題。在具體的煤礦開采工作中，智能綜采工作面系統(tǒng)是在原有采煤數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行自動(dòng)化、高效開采。因此，為了保證支承刮板輸送機(jī)在最佳工況下的受力，工作面應(yīng)與煤礦巷道成一條直線和正交線，工作人員應(yīng)結(jié)合GIS數(shù)據(jù)獲得正確的定位和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，以幫助采煤機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)導(dǎo)航并將其轉(zhuǎn)移到液壓支架控制系統(tǒng)中。

二、系統(tǒng)設(shè)計(jì)

綜采工作面信息系統(tǒng)是為煤礦井下和地面生產(chǎn)管理人員服務(wù)、建立安全高效生產(chǎn)的現(xiàn)代化信息系統(tǒng)而建立起來的煤礦采煤機(jī)、配套電液控制系統(tǒng)和工作面通信控制系統(tǒng)。目前，礦井智能綜采工作面的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)主要由多工面集成和數(shù)據(jù)上傳網(wǎng)絡(luò)組成。是一個(gè)由生產(chǎn)檢測系統(tǒng)、數(shù)據(jù)分析、專家分析和報(bào)告分析以及具體的業(yè)務(wù)管理組成的復(fù)雜系統(tǒng)。第一步探測系統(tǒng)是基于采煤生產(chǎn)條件的工作面綜合檢測系統(tǒng)，主要包括綜采面的數(shù)據(jù)檢測、沿溝槽的卷帶機(jī)檢測和煤炭主運(yùn)輸系統(tǒng)檢測，主風(fēng)機(jī)檢測以及生產(chǎn)執(zhí)行系統(tǒng)檢測。采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)后，數(shù)據(jù)采集的下一步要同步進(jìn)行，采集數(shù)據(jù)豐富數(shù)據(jù)庫并進(jìn)行深入分析，最終將直接影響采煤的報(bào)表分析、經(jīng)營管理、設(shè)備維護(hù)和功能分析。綜采工作面智能控制系統(tǒng)的集成，主要是基于工作面的智能控制。同時(shí)，對采煤機(jī)、托架電液系統(tǒng)和工作面“三臺(tái)機(jī)器”的控制系統(tǒng)進(jìn)行了集成。該集成系統(tǒng)為地面調(diào)度中心的綜采工作面建立了監(jiān)控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)設(shè)備檢測、診斷和數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)發(fā)布等功能。首先液壓支架智能控制系統(tǒng)是基于支架電液控制系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)，通過增加多種傳感器實(shí)現(xiàn)智能控制功能。它配備了支持控制器、驅(qū)動(dòng)器、傳感器等各種信號(hào)轉(zhuǎn)換器、地面監(jiān)控中心服務(wù)器等儀器。采煤機(jī)的智能控制系統(tǒng)通過工作面上的視頻系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)定位和視頻跟蹤。它可以通過工作面巷道的長距操作平臺(tái)來控制風(fēng)速，并可根據(jù)特定的速度和程序?qū)崿F(xiàn)變速箱的自動(dòng)運(yùn)輸。第二，這種智能化作業(yè)系統(tǒng)要求采煤機(jī)具有更成熟、更強(qiáng)大的參數(shù)檢測、檢測和控制、定位、主動(dòng)采煤機(jī)與運(yùn)輸系統(tǒng)自動(dòng)協(xié)調(diào)、緊急停機(jī)等功能。刮板輸送機(jī)智能控制系統(tǒng)是在綜合利用工作表面刮板機(jī)、裝載機(jī)和破碎機(jī)等機(jī)械的基礎(chǔ)上建立起來的一種集中在線監(jiān)測系統(tǒng)。第三，泵站智能控制系統(tǒng)是一個(gè)具有各種傳感器的智能系統(tǒng)，提供狀態(tài)報(bào)警和保護(hù)，電控液壓系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)泵站的空載啟動(dòng)和停止，最大限度地減小系統(tǒng)壓力波動(dòng)，實(shí)現(xiàn)液體瞬時(shí)供應(yīng)的最大化。

三、結(jié)束語

智能綜采工作面系統(tǒng)是煤層開采技術(shù)在適宜條件下的高效發(fā)展方向，而智能化、自動(dòng)化、安全、高效的煤礦開采是時(shí)代的需要。目前，智能綜采工作面生產(chǎn)在部分礦區(qū)已進(jìn)行了應(yīng)用和探索，綜合機(jī)械化采面智能系統(tǒng)取得了較大的發(fā)展，經(jīng)濟(jì)效益和科學(xué)效率得到了明顯提高，但除人工干預(yù)外的全自動(dòng)化與全智能化處理之間仍存在一些差異。今后，必須致力于建立更加成熟、全面的煤礦智能化綜采工作面系統(tǒng)。

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