煤矿综掘智能化开采技术研究

煤矿综掘智能化开采技术研究

杨凯

凯盛重工有限公司 安徽 淮南 232052

摘要：煤矿是中国的主要能源，保证安全高效的开采有着十分重要的意义。随着自动化开采的普及，我国煤矿开采技术实现了由炮采向综采的转化，逐步进入了智能化开采阶段，相关概念逐渐清晰，相关标准规范也在逐步完善。近年来，我国相继发布一些相关规划，设定了我国煤矿智能化开采的目标，为我国煤矿智能化开采指明了发展方向。

关键词：煤矿；智能化开采；智慧矿山；智能探测

1煤矿智能化开采现阶段关键技术

2智能化控制系统

快速掘进智能化控制系统融合单机智能控制技术、智能控制技术以及智能截割等技术，能够综合考虑系统生产能力、工作性能以及地质条件等因素，完善系统内容， 在技术的支撑下为单机设备构建无线局域网络，控制多项设备，以便在后台可以协同控制掘进成套装备。下面分析快速掘进装备智能化控制系统的核心技术。

2.1单机智能控制技术

单机智能控制系统由无线通信系统、电气控制系统、人机交互系统、数据采集系统、电液比例控制系统以及无线遥感系统构成。在各设备共同协作下，智能控制系统可以按照设定流程运行各设备的电控系统。在各掘进设备系统相互协作下，设备能够按照系统程序实现数据采集和电磁阀控制远程遥控等工作。各设备电控系统作用下可以提升巷道掘进作业效率，高效协同控制各设备。该系统可以利用数据分析技术和无线通信装置掌握工作的进行情况，从而合理调整掘进工作面配套装备系统参数。所有设备均在智能控制系统下运行，通过机载控制计算机完成集中控制。

2.2智能结构技术

自动定位技术、自动截割技术以及智能截割技术是掘进机组智能结构技术的主要组成部分。通过安装于机组上的导航系统，自动定位技术可以监控设备掘进方位与机身姿态，从而可以根据工作正常状况，结合工作要求合理发出指令，从而保障设备能够按照规划的路径行进，以提高掘进作业方向的精准度和工作效率。自动截割技术结合高度传感器感知卷毛机截割滚筒所在位置，并利用设计参数通过掘进机截割滚筒最低结构高度、最大截割高度、滚筒终止位置、滚筒起始位置以及掏槽前进参数完成设备循环，以减少工作人员作业量，还可以凭借设备具备的记忆截割功能，通过机械自主学习实现智能截割。智能截割技术通过采集截割回落电流值掌握截割头状态信息，以掘进工作面配套装备高效截割，实现低速大扭矩工作目的，保证掘进高速连续进行的同时，最大程度地延长电机使用时间和提升电机的使用稳定性。

2.3多机协同控制技术

多机协同控制技术应用于掘进工作面配套装备控制系统，具有运输系统协同控制和迈步自移机尾运输系统协同控制等功能。运锚机、掘锚机以及可弯曲带式输送机均是掘进装备智能化控制作多机协同控制技术应用需要关注的设备。迈步自移机尾协同控制与弯曲带式输送机在接到设备前进信号后，会通过信号传输接收指令，使可弯曲带式输送机在迈步自移给出信号向后行进。它向后行进的牵引力会减少迈步自移机尾的阻力，以促进迈步动作移动。在运锚机协同控制功能下，可以测量设备间的距离。在传感器精准测距下，掘锚机的煤块能够落到运锚机杆机的槽中。可弯曲带式输送机、协同控制与运锚机的通信，建立在设备间的通信网络上。在网络信息传输下，各设备能够清楚对方移动的方向与距离。在其中一方向后向前移动时，另一台设备也将进行随动。设备双向移动下可以有效增加单台设备的牵引力，使整套设备可以按照设定的程序移动， 以提升巷道掘进的工作效率。

2.4 集中控制技术

掘进工作面设备在工程进行期间会随着轨道不断推动。它的设备系统众多，控制动作也相应增加。在掘进工作面配套装备设计期间，必须建立科学系统的监控中心完成对所有子系统的监管并发出控制指令。掘进工作面配套装备工作期间设备的应用需要考虑到设备动作参数与工作状态。为使综采工作面所有的设备均能在预定参数下正常运行， 需要实时监管每台设备的使用情况，衍生出具有设备状态实时监控、摄像仪视频显示、无线数据网络管理齐备的集中控制中心。在此中心上可完成掘进工作面各项参数的显示，监管设备的运行状态 。在掘进工作面配套装备作业期间建立集中控制中心，可以通过中心工作面局域网完成对子系统的管理，采用数字化通信，利用掘进机组控制系统实现对各子系统的管控，如迈步式自移机尾控制系统和运锚机控制系统，由此逐步实现工作人员对工作面中设备的控制，并利用系统组合各设备，由后台控制中心人员远程操作设备进行遥控移机等工作。通过远程控制系统可以减少开采劳动力，为企业节省施工成本。

2智能化开采存在的问题

（1）井下开采环境恶劣，煤尘和水雾浓度大会影响摄像机的清晰度，尤其在逆风开采时很难分辨出煤岩界面和采煤机滚筒上沿与液压支架顶梁之间的关系，因此在实际开采中仍然通过人工现场干预。

（2）目前井下工作面信息感知系统的鲁棒性有待提高，包括传感器、控制系统、执行系统等都需要进一步提升在恶劣环境下的可靠性。另外由于智能化开采中自动化系统目前还并未形成行业标准，因此接入的控制系统良莠不齐，使得自动化系统的整体可靠性和控制机构的实时性不能很好的保障，并不能达到预期的效果。

（3）智能化开采的观念以及管理模式都需要提高。在智能化开采的过程中需要明确发展趋势，即：自动化开采时基础、智能化是核心部分、无人化开采是最终的目标。

3智能化开采技术发展展望

智能化自适应开采技术的系统模型如图1所示，整个系统自下而上分为了四个部分，最底层的执行层、感知层、控制层以及最顶层的分析决策层。其中执行层包括了采煤机、液压支架、刮板运输机、转载机、带式运输机、泵站等一系列综采装备；感知层包括装备感知以及环境感知，装备感知主要是检测综采设备的压力、行程、倾角、电流等运行参数，环境感知层包括激光扫描、可见光视频、红外线视频、瓦斯、钻孔、地质勘探、掘进数据等环境参数；控制层为综采控制系统包括支架电液控制系统、采煤机控制系统、“三机”控制系统、集成供液控制系统、供电控制系统等；分析决策层包括了由综采装备的工况数据建立的数据仓库、包括多信息融合的综采工作面三维物理仿真、工作面找直、煤岩识别、上窜下滑测量等功能组成的智能分析应用以及可以实现采煤机截割模板和支架全程自适应跟机的智能决策应用。工作原理为：执行层的装备通过大量传感器感知自身的工作状态，通过激光扫描、可见光相机、火灾标志性气体传感器以及相关地质数据进行工作面地质环境的感知，通过将传感器获得的大量数据构建成数据仓库，并且利用三维可视化技术建立工作面的三维模型，在此基础上进行工作面找直。最后将智能决策下发给综采控制系统进行控制，实现感知、分析、决策、控制的闭环操作。

4结语

煤矿的智能化开采不是一朝一夕的，而是分阶段逐步实现的。对煤矿智能化开采的四个阶段进行了简要叙述，总结了每个阶段的典型特征以及技术概要。提出了智能化开采的几点制约因素，包括：井下自动化开采系统的稳定性以及可靠性较差；井下智能化开采设备的自适应能力不足，只能适应情况简单而且情况较好的工作面；智能化开采的思想、管理模式有待提高。并且对未来智能化开采的发展前景进行了展望。（3）目前智能化开采正在朝着第三阶段过渡，但是仍然需要在管理观念、经费投入以及研发团队的建设等方面下功夫。

参考文献

[1]袁永,屠世浩,陈忠顺,张村,王沉,王文苗.薄煤层智能开采技术研究现状与进展[J].煤炭科学技术,2020,48(05):1-17.

[2]黄乐亭,黄曾华,张科学.大采高综采智能化工作面开采关键技术研究[J].煤矿开采,2016,21(01):1-6.