大采高智能化综采装备关键技术

大采高智能化综采装备关键技术

胡红艳

山西焦煤技师学院 山西省介休市 032000

摘要：近年来，我国智能化综采装备技术水平不断提高，在煤矿开采过程中发挥着重要的作用。大采高智能化采煤工作面开采技术具有生产工艺复杂、设备种类多、系统数据融合集成难度大、矿压显现剧烈等特点。因此，为实现智能化综采技术的常态化应用目标，本文对大采高智能化综采设备关键技术进行探讨，为从业人员提供技术参考。

关键词：大采高工作面；智能化综采设备；关键技术

一、采煤机关键技术

1、自动记忆截割技术

在开展可视化远程智能采煤作业时，需要应用到自动记忆截割技术，并采取人工远程控制措施，向系统远程下达控制指令，自动化开展割煤与装煤等生产作业。其中，所安装精准调高传感器是自动记忆截割技术的核心部件，可以持续感知外部环境。以高精度位移型液压油缸调高传感器为例，在煤矿开采期间，传感器持续对液压油缸的伸缩长度进行监测，在监测数据基础上构建三角模型，基于计算机系统定期推算采煤机设备的截割高度值。随后，通过引出信号线，持续将监测数据与截割高度值推算结果提交至采煤机监控系统，系统根据传感器数据而控制采煤机开展割煤操作。

2、装备可靠性技术

如果采取单一的自动记忆截割技术时，从理论层面上来看，虽然可以控制采煤机自动开展割煤与装煤作业。但是，由于煤矿井下区域环境较为复杂，设备运行质量与采煤割煤精度存在波动性特征，难以彻底替代人工完成采煤任务。因此，还需要组合采取装备可靠性技术，具体如下。

2.1机械与液压系统可靠性技术

为提高机械系统在复杂环境下的运行稳定性，需要在采煤机设备中的壳体与齿轮等机械部位中掺入适量的微合金材料，这将起到改善机械部件力学性能与提高机械强度的作用。同时，在采煤机机械系统中增设使用功能，如增设油缸旁通泄油功能，在液压油缸压力值较大时，将进行旁通泄油处理，避免液压油缸与采煤机设备出现故障。此外，针对齿轨轮等易磨损机械部件，需要适当增加部件的表面渗碳层厚度，以此改善部件抗磨性能。在液压系统中，可选择增设五联电磁比例换向阀，重新调整液压管路结构与走向，适当增加泵箱容积，并在设备结构中设置隔离板，以上措施都将起到提高液压系统运行可靠性的作用。

2.2CAN总线通信隔离

在采煤机中应用CAN总线通信隔离技术时，可以在上位机控制器与各处传感器之间构建起稳定的通信通道，采取CAN通信方式，持续将所采集电流值与压力值等参数的监测数据提交至上位机，减小煤矿井下环境与电磁干扰等因素对数据传输质量造成的影响，有效改善通信系统的抗干扰性能。此外，在应用CAN总线通信隔离技术时，为充分发挥技术优势，需要遵循“本安对本安、非本安对非本安”原则，并在本安与非本安接口连接位置中安装CAN总线隔离器，避免通信接口间产生电磁干扰，进而影响到采煤机设备的运行状况。

2.3远程启停控制

在煤矿井下生产期间，大采高综采作业面时常出现煤壁片帮问题，如果采取人工方式对支架内部结构进行巡查，并前往现场操控采煤机，将存在安全隐患，受到复杂环境影响，处理不当会引起安全事故。针对于此，需要采取远程启停控制技术，在系统中设置普通先导与远程先导互锁回路，工作人员向系统中下达各项控制指令，可以远程操纵采煤机启动停止。如此，在工作面出现煤壁片帮等特殊问题时，工作人员无需前往作业面，即可远程操纵采煤机，保障煤矿井下作业安全。

二、液压支架及视频系统关键技术

1、耦合控制技术

根据实际应用情况来看，在大采高综采工作面中，耦合控制技术具有以下使用功能：（1）支架姿态监测。在液压支架中的前连杆与底座等部位中安装倾角传感器，传感器持续对液压支架的实时工作姿态进行监测。如果监测到支架工作姿态异常时，控制系统将采取闭锁与停止工作等处理措施，避免出现液压支架咬架等故障问题。（2）帮部围岩耦合。在液压支架中安装行程与压力等种类传感器，持续对大采高综采工作面的围岩结构实时变化情况进行感知，根据所采集数据调整护帮板形状，避免在护帮板开展各项动作时出现大块煤跨落与设备损坏问题，并预防片帮事故发生。（3）顶板围岩耦合。所安装压力传感器与洁净开关等元件持续对工作面顶板围岩结构情况进行智能感知。当元件监测到顶板垮落等异常问题时，自动发送报警信号，向控制系统上传监测数据。（4）支架倾倒控制。在煤矿开采期间，如果在支架移架不稳，可能出现直接咬架与倾倒等生产事故时，所安装角度传感器将监测数据上传至控制系统中。随后，系统向液压支架下达相应的姿态控制指令，或是闭锁控制指令，避免出现咬架等生产事故。

2、工作面快速移架控制技术

在液压支架移架期间，如果采取传统移架方式，将面临着工作面周期来压与冲击地压等问题，且液压支架的动作响应速度较慢。因此，可选择应用工作面快速移架控制技术，辅助人工完成液压支架移架操作，并解决工作面周期来压等技术难题。例如，应用直驱动快速供液控制技术， 安装FHD500型号大流量电液控换向阀，这款阀门装置中设有具备快速回液功能的大流量立柱液控/倒拉推移单向阀，可以自动开展液压支架移架操作，将移架速度稳定保持在8s/架及以上。

3、自适应控制技术

在部分煤矿开采项目中，虽然应用了支架自动跟拉技术与人工远程控制技术，具备了开展可视化远程智能化采煤作业的技术条件。根据实际生产情况来看，仍旧面临着直线度控制力度薄弱与护帮板控制准度不足等技术难题。因此，需要采取自适应控制技术，在液压支架中安装微熔压力传感器与磁致伸缩行程传感器等传感元件，确保液压支架具有良好的自适应控制能力。例如，二级护帮板可以通过双向联动液压锁与各类传感元件，智能感知所处环境情况，在割煤等生产步骤中对煤壁提供有效支撑。

4、工作面高清可视化技术

在煤矿开采过程中，由于大采高综采工作面环境较为复杂，工作人员很难全面掌握现场环境，科学制定生产计划，或是向综采设备下达正确的控制指令。针对这一问题，需要应用工作面高清可视化技术，在工作面中安装新型的矿用本安型高清云台摄像仪，该款摄像仪支持拍摄黑白与彩色视频画面，配置有720p高清镜头，并具有高旋转精度的电控功能。同时，在组合采取图像追踪与图像接力等技术时，还可以做到对工作面各处综采设备运行画面的实时监测，确保工作人员可以准确感知工作面现场环境。此外，也可选择三维虚拟现实技术，根据所采集监测数据构建三维可视化信息模型，直观化、立体化呈现工作面综采设备现场环境，并生成采煤机开采割煤与支架推溜等生产步骤的模拟动画演示视频。

结语：

综上所述，为实现全面提高大采高综采设备智能化水平的发展目标，有效解决过大围岩破坏强度与煤壁易片帮冒顶等技术难题。企业需要正确认识到自适应控制技术等智能化综采装备关键技术的应用价值，积极探索技术应用体系，做到对智能化综采技术的常态运行，以推动我国煤矿开采行业的现代化发展。

参考文献：

[1]张玉良.大采高智能化综采装备关键技术研究[J].工矿自动化,2019,45(05).

[2]刘建伟.大采高智能化无人开采技术的探索[J].陕西煤炭,2018,37(02).

[3]张云飞.大采高综采工作面技术研究[J].能源与节能,2019(07).