智能化采煤裝備的關鍵技術分析

郅富標 袁雪雅 梁娜娜

摘要： 煤礦企業在當下能源緊缺的大背景下，想要提高生產產量與效率，就需要將智能化技術與采煤裝備相融合，提高技術應用的整體水平。從刮板運輸機、采煤機、液壓支架、帶式輸送機、綜采工作面集成5 個角度出發，分析了智能化采煤裝備的關鍵技術，并提出了智能化采煤裝備未來技術的發展方向，希望能夠為煤礦企業的持續性發展提供一些參考與支持。

關鍵詞： 智能化采煤裝備 關鍵技術 智能化技術 工藝數據

中圖分類號： TD632.1 文獻標識碼： A 文章編號： 1672-3791（2023）24-0119-03

信息化時代背景下，煤礦企業同樣需要緊跟時代發展的腳步。本文針對當下所使用的采煤技術展開深入分析，融入更多的智能化技術用以切實推動煤炭開采行業的變革進程。從實際的技術應用與發展情況來看，在智能化采煤裝備大規模應用后，不僅使采掘設備獲得了智能化的采掘能力，也保證了各類關聯工藝數據的更新及時性，真正實現了調度決策與設備采掘融為一體的工作目標。值得注意的是，相關技術人員應明確未來的智能化采煤裝備技術的發展方向，從而進一步細化技術的落實內容，以達到提高生產質量的目的。

1 智能化采煤裝備的關鍵技術

1.1 刮板輸送機

現階段刮板輸送機在我國已經實現了自主研發與批量生產，在融合智能化技術后，可用于對實際的設備運行情況進行全面監測，并根據實際需求自動調節輸送鏈的松緊程度。

（1）軟啟動，包含了減速器、具有變頻功能的電動機、能夠進行自動控制的動力供給裝置等。為充分發揮輸送機的應用優勢，普遍采用由閥門進行全面控制的充液型號的耦合器，整體使用后發現，無論是應用效果還是使用成本均具有一定優勢［1］。（2）對刮板鏈條進行自動化的松緊控制。該功能的實現主要基于不同鏈條之間輪盤的懸垂量自動化檢測，進而獲取對應的張力變量數據。數據獲取后可聯合傳感器對信號進行控制器的傳輸，綜合判斷并分析后，即可對油缸實際伸縮量進行基于發出命令后的需求控制，達到對刮板鏈條松緊程度調節的目的［2］。（3）融合互聯網信息技術實現對輸送機工作狀態的實時監控。包括鏈條輪盤、電動機使用后基于傳感器的狀態進行的智能化判斷，為故障預警與斷電控制提供支持。

1.2 采煤機

（1）對采煤機在運行狀態中所表現出的各類參數進行集成感知。例如：機器是否存在故障、姿態是否有異常表現等，進而可在其所處的煤巖環境對關聯參數進行自動化識別，并保證了故障出現后的預警和診斷的及時性［3］。

（2）充分發揮此類設備的滾筒記憶截割功能優勢，能夠基于所獲取的一系列識別參數，用以對偏移路徑進行自動化糾正處理［4］。

（3）無線狀態下，基于所提供的對信號的接收與發送功能。包括液壓支架自動化控制、防爆網關等設備，可打造出可對工作狀態予以完整分析與狀態監控的智能化系統［5］。

（4）融合數字化技術，對開采位置的信息可進行自動化識別，同時可自動化規劃合適的開采路徑，用以規避可能存在的工作安全隱患。

1.3 液壓支架

對于液壓支架技術來說，其在融合智能化技術后所發揮出的功能控制優勢，主要依賴于日益成熟的電液控制技術。從實際應用情況來看，當下無論是對支架進行全程自動化的移動還是推移，又或是工作界面內的煤炭放置、噴霧等環節，均可在控制設備的遠程命令輸出后進行全程自動化的工作展開［6］。經多年發展，我國的液壓支架控制技術獲得了更新，但在圍巖自動化支撐全自動控制層面依舊與其他國家有著一定差距。在未能獲取到協同控制技術的支持下，自動化技術的應用效果可能會相對較差。圖1 為液壓支架遠程控制示意圖。

1.4 帶式輸送機

現階段，我國在煤炭開采行業所普遍使用的輸送機，已經實現了長距離的運輸目標，可保證較大的質量運送效果，具有功率較大、速度較快等特征。從帶式輸送機的實際應用情況來看，可在融合自適應松緊控制與軟啟動等智能化技術后，實現對傳動系統的整體優化，能夠根據實際需求進行較大范圍內的無級調速，并兼顧了對輸出功率進行過載狀態下自動化保護的功能。這不僅能夠保證整體的輸送效率，而且在使用期間確保了整體運營維護成本相對較低和使用壽命較長。

2 智能化采煤裝備未來技術的發展方向

2.1 液壓支架自適應控制

從綜合開采界面的支架運用情況來看，液壓類型的支架在使用期間可將具有分布式特點的支護結構應用優勢予以充分發揮，不僅保證了結構方面的支護穩定性，而且由于融入了基于支架結構的識別裝置，還實現了對搭建框架的綜合性調控。在這一過程中，若有支架群體控制的需求，同樣可在此類裝置的融合應用下保證其使用的協同度與結構的穩定性，同時由于建立了與支架控制器之間的聯系，實現了科學決策的快速出臺與參數的及時調控。

對于融合了電液控制系統的支架結構，實現智能化技術優勢予以充分發揮目標的關鍵，在于是否能夠保證支架結構的應用穩定性與適應性，并應同時考慮其使用層面的自組織性能。當下所明確的針對液壓支架的發展方向，以四連桿的結構優化為主，配套科學的參數設計方案，即可起到基于穩定科學程序的結構自動化控制作用。

2.2 煤巖高效自適應截割

由于采煤機等裝備已經與智能化技術完美融合，因此具備了可在工作面提供具有高度適應性特點的煤巖切割支持，且表現出了高效率的應用特點。與此同時，需配套打造出能夠對機械沖擊進行模型層面的敏感性自動化識別的相應框架，從而對煤巖硬度的變化情況快速制訂并落實自動化識別的創新方案。融入更多先進技術，才能全面落實理論的創新。現階段所使用的多數截割裝備依舊基于傳統的直線切割模型，未能在理論分析期間預先對煤巖各個層面的異性或裂隙結構予以充分考慮，導致無論是可能產生的煤巖層面的力量沖擊，還是應力破碎效應的計算均無法跟上實際的發展需求。為此，未來如果進行截割機的優化，應充分考慮沖擊荷載與磨損情況基礎上的技術更新，圍繞全面提升截割系統的使用可靠性這一關鍵因素制定并落實合適的改進措施。

2.3 動力傳遞自適應調控

建立與多設備聯系的采煤系統的動力控制基礎為機電液系統。由于組成結構較為復雜，長期使用就很容易產生使用故障，而無法保證應用的可靠性，再加上開機率普遍較低的實際情況，使得當下想要維持智能化采煤裝備的安全運行較為困難。為此，相關技術人員需從裝備實際所處的環境因素出發，深入分析與智能化技術融合后的用于動力傳遞的裝備的使用穩定性，細化具體的漸變失效原因，從而保證動力傳遞的動態穩定性，并制訂一系列的配套優化方案。在后續有重載突變工況出現后，應及時深入研究，從而對具有高效性與可靠性的信號傳遞原理有更全面的了解，用以打造在大功率支持下進行穩定機電液復合傳動的控制系統。

2.4 煤巖界面智能識別

如何保證智能化技術應用后采煤裝備的應用效果，依舊是當下在煤巖層進行智能化識別的關鍵問題。由于受當下地質條件的限制，使得無論是對界面的圖像識別還是功率監測，均存在著無法保證信息獲取敏感性與完整性的問題。環境感知狀況相對較差的問題沒有得到徹底解決。為此，需要從煤巖界面的環境角度入手進行精準化技術的深入分析，提高原理的定位科學性與應用可靠性，打造完整的煤巖環境識別框架。以截割電動機電流、支撐油缸壓力等為例，所傳遞出的負載參數可實現對煤巖界面的硬度進行自動化判斷與識別，若能夠將其與采煤機等裝備進行融合應用，可起到較好的動態化應用效果。聯合紅外遙感技術，開展對不同煤巖界面的煤層溫度自動化測量工作，進而達到對煤層結構進行自動化識別的根本目的。從實際應用情況來看，該種技術的應用解決了以往需要對采煤機的前搖臂進行調節而出現的操作不穩定問題，保證了自動高低調節的制約效果。

2.5 采煤裝備智能診斷

采煤裝備與智能化技術之間的結合優勢，同樣體現在設備使用期間出現故障能否精準定位。為此，建議預先打造覆蓋采煤裝備的信息融合模型，配合空間層面的信息實時定位與拾取方案，即可達到對煤巖界面惡劣環境予以全面復現的目的，為后續自動化的工作信息研究提供支持?，F階段所打造的融入智能化技術的裝備故障模型，由于融入了智能化識別技術，所以無論產生何種故障均可進行線上層面的預先識別，并準確發出報警信息。這可以確保故障處理的及時性，延長裝備的使用壽命。而實現這一目標的關鍵，在于采煤裝備中所添加的具有耐高壓與耐腐蝕特點的光纖傳感器，即使在煤巖界面具有易燃易爆特點的環境中，同樣能夠維持穩定運行狀態，且不會由于信號的傳遞而出現隱患。在傳遞的過程中往往不會受到來自電磁場的干擾，不僅保證了信息傳遞的精準性，而且傳輸的圖像分辨率相對較高。

3 結語

綜上所述，如何保證智能化采煤裝備的應用可靠性、環境適應性、參數調控精準性，是更新與應用裝備的重要基礎。為此，相關技術人員需要在保證動態化參數的獲取完整性的同時，聯合支架支護、傳感定位等技術，用以實現復雜煤巖界面的信息獲取目標，進而對結構展開自動化分析，以確保開采的高效性，為我國煤炭行業的可持續性發展奠定堅實基礎。

基金項目： 2023河南省科技廳科技攻關項目；智能化綜采工作面自適應關鍵技術研究（項目編號：232102220096）。

參考文獻

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[3] 馮曉斌，方世巍.石圪臺煤礦融合無人巡檢的智能化采煤系統研究與應用[J].智能礦山，2022，3（11）：34-39.

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[5] 邊沛東. 煤礦綜采工作面智能化技術與裝備發展研究[J]. 機械管理開發，2021，36（6）：287-288.

[6] 張二平. 采煤工作面裝備智能化控制系統的設計及其實踐應用[J].機械研究與應用，2021，34（2）：178-180.