煤礦綜采工作面智能化管理系統(tǒng)的設(shè)計與應(yīng)用研究

孫海偉

摘要：我國是一個能源豐富的國家，煤炭資源是我國能源的支柱，這主要得益于煤炭自身的高效性和節(jié)約資金等特點。在未來發(fā)展的很長一段時間內(nèi)，由于世界經(jīng)濟環(huán)境的影響和烘托，煤炭的使用比例仍占據(jù)榜首，在我國國內(nèi)范圍使用仍然較廣。隨著工業(yè)革命浪潮的興起與推進(jìn)，信息技術(shù)手段愈發(fā)健全，互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟的地位也日益彰顯，人工智能技術(shù)的普及與應(yīng)用，都為煤炭的綠色安全可持續(xù)發(fā)展奠定了良好的基礎(chǔ)，使得煤炭的智能化發(fā)展成為一種必然選擇。

關(guān)鍵詞：煤礦智能化;綜采工作面;系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用

引言

隨著經(jīng)濟的發(fā)展和社會的進(jìn)步，我國的煤炭開采技術(shù)不斷發(fā)展成熟，煤炭工業(yè)逐漸由勞動密集型產(chǎn)業(yè)向資本密集和技術(shù)密集型產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)化，煤炭的開采工藝在實現(xiàn)綜合機械化的基礎(chǔ)上，逐漸向智能化和自動化發(fā)展轉(zhuǎn)換，隨著可持續(xù)發(fā)展觀念的傳播，國內(nèi)的煤炭企業(yè)越來越關(guān)注生產(chǎn)上的技術(shù)進(jìn)步和技術(shù)換代。實現(xiàn)煤炭生產(chǎn)的智能化綜采能夠有效地提高煤炭生產(chǎn)的質(zhì)量，同時降低工人的勞動強度，這充分發(fā)揮先進(jìn)設(shè)備的效能，總體上提升了煤炭生產(chǎn)的效率。本文從某礦區(qū)的煤炭生產(chǎn)現(xiàn)狀出發(fā)，研究了綜采工作面自動化系統(tǒng)的功能實現(xiàn)問題，力求為礦區(qū)的煤礦生產(chǎn)業(yè)作出積極貢獻(xiàn)，實現(xiàn)綜采工作的全面自動化和智能化。

1煤礦綜采工作面概況

某煤礦企業(yè)正在開采的8號煤層，厚度為2.1～8.1m，平均4.76m。煤層的傾角為3～9°，平均5°左右。采煤機采高以及放頂煤高度分別為3m和2.75m。煤礦綜采工作面使用的采煤設(shè)備及其他配套設(shè)備數(shù)量和種類很多，主要包括采煤機、液壓支架、刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機、膠帶輸送機、水泵等。在以往的實踐中，對這些設(shè)備的控制比較分散，導(dǎo)致設(shè)備的管理、控制質(zhì)量與效率都偏低，工人的勞動強度大、采煤效率低，在一定程度上制約了煤礦企業(yè)的發(fā)展。基于此，礦井?dāng)M采用先進(jìn)的智能化技術(shù)對工作面中使用的設(shè)備以及整個生產(chǎn)過程進(jìn)行管理。

2智能化綜采工作面系統(tǒng)技術(shù)的發(fā)展過程

煤礦開采是一個復(fù)雜的過程，煤礦的工作環(huán)境非常復(fù)雜。與其他普通行業(yè)相比，煤炭行業(yè)的智能化建設(shè)相對困難和滯后。目前，某礦區(qū)綜采工作面系統(tǒng)建設(shè)仍存在諸多問題，未來仍需進(jìn)一步推進(jìn)和發(fā)展。該礦區(qū)智能綜采工作面系統(tǒng)功能

不斷完善，已具備基本生產(chǎn)能力，基本實現(xiàn)自動化生產(chǎn)。目前，在煤炭開采中，采煤機、液壓支架、刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、泵站、組合開關(guān)等常用技術(shù)設(shè)備大多具有數(shù)據(jù)通信和遠(yuǎn)程控制功能。同時，在實際生產(chǎn)中，這些設(shè)備還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)發(fā)布。智能綜采工作面系統(tǒng)的開發(fā)經(jīng)歷了一個漫長的發(fā)展過程，并不斷優(yōu)化和成熟。

智能綜采工作面系統(tǒng)是一項高度集成的技術(shù)，主要由傳感器技術(shù)、通信技術(shù)、自動化技術(shù)和信息技術(shù)組成。它是一種配有采煤機自動導(dǎo)航、三機聯(lián)動和實時地面設(shè)備的實時設(shè)備，具備智能化、自動化、無人化技術(shù)生產(chǎn)模式的監(jiān)控功能。這種煤炭生產(chǎn)智能化生產(chǎn)模式是王金華等首次提出的，他們?nèi)娼榻B了智能工作面系統(tǒng)需要突破的關(guān)鍵技術(shù)、應(yīng)用效果及存在的問題，科學(xué)論證了中厚薄煤層智能開采的生產(chǎn)模式。之后，宋振起重點講述了煤礦開采技術(shù)突破的難點。今后，煤礦的發(fā)展方向?qū)⒅鸩较虬踩咝е悄芑较蜻~進(jìn)。在煤礦的具體開采工作中，監(jiān)控系統(tǒng)和決策系統(tǒng)的目標(biāo)是實現(xiàn)信息化、智能化和自動化。在實際開采過程中，不斷完善開采系統(tǒng)，力爭逐步實現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控機械化和自動化。在發(fā)生自燃災(zāi)害時，需要更自動化的決策指揮系統(tǒng)和機械控制系統(tǒng)。葛世榮系統(tǒng)闡述了煤礦設(shè)備在智能化改造過程中“三感、三自適”的技術(shù)框架。馬宏利等主要提出了采煤機滾筒接觸不同煤層時的煤巖識別新技術(shù)、記憶切割技術(shù)和井下數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)、加高滾筒的切割電機負(fù)載和前后室壓力變化等，有利于采煤機手動控制、上位機自動控制和遠(yuǎn)程控制三種控制工作方式及相關(guān)工作參數(shù)的實時監(jiān)控。黃增華提出了綜采工作面自動控制技術(shù)開發(fā)平臺，并展望了其技術(shù)發(fā)展趨勢。王國發(fā)分析了綜采工作面自動化、智能化、無人化開采的主要技術(shù)問題、制約因素及目前的發(fā)展問題，探討了其發(fā)展方向和技術(shù)。

3煤礦智能化綜采工作面系統(tǒng)設(shè)計與應(yīng)用探討

3.1系統(tǒng)架構(gòu)

綜采工作面信息系統(tǒng)作為一個現(xiàn)代化的高效率的系統(tǒng)，主要服務(wù)于相關(guān)的煤炭工作人員，包含三個主要部分，分別為采煤機、支架電液控制體系和工作面三機通信控制體系。綜合工作面系統(tǒng)由多個部分組合而成，單一部分不僅包含單個工作面，還包括多個工作面體系。多個工作面主要構(gòu)成了我國當(dāng)前的礦區(qū)人工智能體系，該體系結(jié)構(gòu)復(fù)雜且精細(xì)，主要由多個部分組成。對工作面檢測集成體系而言，主要位于第一階梯，且根據(jù)煤炭工作現(xiàn)場的實際情況來進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，該系統(tǒng)包含了數(shù)據(jù)檢測、系統(tǒng)檢測等多個主體部分。對于數(shù)據(jù)檢測而言，主要針對的內(nèi)容為綜采工作面;對于系統(tǒng)檢測而已，主要發(fā)生在煤炭的主運輸體系中。

3.2集成方案

智能化綜采工作面系統(tǒng)的集成主要是以綜采工作面智能控制系統(tǒng)為核心，同時將采煤機控制系統(tǒng)，支架電液控制系統(tǒng)、工作面”三機”通信控制系統(tǒng)、運輸控制系統(tǒng)、泵站控制系統(tǒng)和供電系統(tǒng)進(jìn)行集成，最終實現(xiàn)對綜合機械化采煤工作面設(shè)備的協(xié)調(diào)管理與集中控制。集成系統(tǒng)在地面的調(diào)度中心建立綜采工作面檢測控制平臺，以實現(xiàn)工作面的設(shè)備檢測、診斷和數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)發(fā)布等功能。

（1）液壓支架智能化控制系統(tǒng)是在支架電液控制系統(tǒng)的標(biāo)配基礎(chǔ)上通過增加多種傳感器的方式來實現(xiàn)支架的智能化控制功能。其配置有支架控制器、驅(qū)動器、傳感器和各種信號轉(zhuǎn)換器、地面監(jiān)控中心服務(wù)器等各種儀器。（2）采煤機的智能控制系統(tǒng)通過工作面的視頻系統(tǒng)來實現(xiàn)對采煤機的定位和視頻跟蹤，其能通過工作面的巷道遠(yuǎn)程操作臺來控制采煤機的速度，能使采煤機依據(jù)特定的速率和程序來自動運行，同時工人根據(jù)采煤機的具體運行情況在需要進(jìn)行人工干預(yù)時及時采取措施。這種智能化操作系統(tǒng)要求采煤機具有更成熟和強大的功能，如參數(shù)檢測功能、感知和控制功能、定位功能、主動式采煤機與運輸系統(tǒng)的狀態(tài)自動協(xié)調(diào)的功能，緊急閉鎖功能等。（3）刮板輸送的智能控制系統(tǒng)是以工作面刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機和破碎機等機器綜合利用為基礎(chǔ)的在線監(jiān)測集中控制系統(tǒng)，其具備檢測減速器和電動機溫度、降壓啟動雙速電動機、“三機”啟停和軟啟動集成控制等多種復(fù)雜功能。第四，泵站智能控制系統(tǒng)是配置有各種傳感器來對泵站進(jìn)行狀態(tài)預(yù)警與保護(hù)，具備電控液壓等功能，能夠?qū)崿F(xiàn)乳化液泵站的空載啟停、系統(tǒng)壓力波動的最小化及系統(tǒng)瞬間供液最大化的智能控制系統(tǒng)。

結(jié)束語：智能化的煤炭綜采工作面系統(tǒng)是條件適宜的煤層高效開采技術(shù)的發(fā)展方向，智能化、自動化、安全高效的煤炭開采理念是時代發(fā)展的需要。目前神東礦區(qū)進(jìn)行了智能化綜采工作面生產(chǎn)的應(yīng)用探索，其智能化綜采工作面系統(tǒng)已經(jīng)得到了巨大發(fā)展，取得更好的經(jīng)濟效益和科學(xué)效率，但距完全自動化、排除人工干預(yù)的全智能化還有一定差異。未來，神東礦區(qū)將致力于構(gòu)建更成熟更全面的專家數(shù)據(jù)庫，建立起專業(yè)的機電專家支持機制，不斷研發(fā)煤炭開采的核心技術(shù)，將煤炭工人從人工生產(chǎn)中解放出來。

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