煤矿综采工作面智能化开采技术分析

煤矿综采工作面智能化开采技术分析

韩英骏

 国家能源集团神东锦界煤矿

摘要：综掘工作面作为煤矿开采工作中的重要内容，其开采工作的质量与效率往往影响着煤矿的整体开采水平。将智能化技术与综掘面的开采工作进行有机融合，不仅能够有效提高煤矿总体开采工作的质量与效率，同时还能减少开采工作人力资源的需求并降低安全事故发生的概率。在开发智能化自动化系统的同时，还应重视开发人工辅助系统，让智能化系统为人所用，用更少的人力创造更多的社会价值。基于此，本文主要分析了煤矿综采工作面智能化开采技术。

关键词：煤矿开采；综掘工作面；智能化技术

中图分类号：TD   文献标识码：A

引言

传统开采技术已经逐渐跟不上时代的步伐，综采技术的完善和优化便是未来煤炭行业的重心之一。因此综采技术的应用对煤矿发展具有十分重要的意义，合理应用该技术不仅能推动煤矿开采的顺利进行，还能大幅提高相关产业的综合效益。因此，合理运用智能化技术和相关系统，提高综采工作面自动化水平，构建相适应的自动化网络和控制系统，充分运用云计算和大数据技术，实现创新发展，便是煤炭行业的发展方向。

1煤矿综采工作面智能化发展的意义

煤矿综采工作面的智能化发展，强调在现有煤矿开采自动化系统和技术原理的基础上，引进更先进的智能化技术原理，实现煤矿开采作业的无人化，在减少人力、物力消耗的同时，有效提升开采作业的效率。在开采过程中通过合理运用智能化技术，能快速准确地做好煤炭资源的勘探工作，进而进行勘探数据的智能化分析，实现数据的快速传输和反馈，再加上智能化开采技术的应用，极大地提高了综采工作面的工作效率及安全性。指智能化开采技术的应用是建立在所有煤矿开采作业流程自动化基础上的，不仅能够减少人对煤矿生产作业的干预，减少人为失误，也能够满足高强度的开采作业需求，从而提升煤矿开采作业的效率。安全性则主要是指在实现整个煤矿开采过程无人化和自动化的情况下，不仅井下工人数量减少，生产过程实现自动化控制或远程控制。

2煤矿综采工作面智能化开采技术

随着人们生活水平的提高，人们对从事高危险、高强度劳动工作的意愿降低，因此，通过技术手段，改善一线职工的工作环境，是煤矿安全生产的迫切需求。智能化技术与传统装备的深度融合，使得煤矿综采工作面实现自动化、智能化、无人化成为可能。

2.1视频监控技术

智能化视频监控技术能够实时监测煤矿综采工作面开采作业情况，与传统应用的视频监控技术相比，智能化视频监控技术能够利用虚拟现实技术，模拟三维采矿环境，呈现相关作业技术设备以及碳流量等与开采作业质量安全相关的参数变化情况。在应用智能化视频监控技术时，操作人员可以直接借助计算机控制系统进行交互操作，将控制指令传输至系统内部的模拟区域。在实际开采作业过程中，可以利用视频监控技术建立一个虚拟三维开采环境，在该系统中相关操作人员可以依据虚拟环境和模拟来获取整个矿区相关设备和各个区域的作业信息，进而对整个工作环境进行相应的监管和操控，从而大大提高整个综采工作面的工作效率、精准性与科学性。

2.2液压支架电液控制系统

液压支架是用来控制、承载采煤工作面矿山压力的装置，综采工作面矿压都以外载的形式作用在液压支架上。液压支架一般由液压缸、承载结构件、推移装置、控制系统和其他辅助装置组成。支架一般由安设在巷道的乳化液泵站供液，当压力乳化液通过控制系统进入立柱后，支架就升起初撑顶板，随着顶板下沉支架对顶板的支撑阻力增高，接着由安全阀来限定立柱内闭锁液体的压力来实现恒阻支撑。液压支架监控子系统具有采集、显示和传输支架控制参数和各种传感器数据（包括立柱压力、推移行程、动作状态、采煤机位置）的功能，操作者可以查看到任何一个支架的信息，同时可以对整个工作面的参数进行查看和修改。通过液压支架监控子系统，用户可实现对液压支架本身和支架控制器运行状况的实时监控和远程控制，对控制器相关参数的设置，以及对各种历史数据的查询，同时该系统具有信息共享及矿压分析功能。

2.3位置监测技术

开展采煤作业之前，相关专业人员会先对整个煤矿的具体环境和各种数据进行分析，并针对煤矿相关位置进行监测工作。目前使用比较广泛的是惯性导航技术，这项技术可以有效监测并分析出采煤机放置的合理位置。不过在实际操作时只靠惯性导航技术无法实现精准测量，容易出现较大的误差，因此需要结合位置监测技术进行微调优化，实现更加精确的数据分析和位置模拟。尤其是在综采工作面比较大的情况下，运用2种技术可有效保证采煤机位置的精确性，同时使采煤工作效率得到保障。

2.4采矿机记忆割煤技术

采煤机记忆截割技术是采取“示教跟踪”的方法，首先由熟练的采煤机司机根据煤层沿工作面方向的起伏，调整采煤机滚筒高度使得截割轨迹与煤层顶底板相适应完成完整一刀的截割任务，同时采煤机控制器完整记录这一刀过程中的采煤机位姿、摇臂转角及滚筒转速等工作参数，以此为“示教”，下一截割循环中，“跟踪”采煤机位姿，按记录的工作参数对采煤机进行控制，实现自动截割。姿态感知是在采矿机的不同位置安装各种传感器，对旋转臂的摆角、行走位置、前后左右倾角进行测量，并与采矿机的力学模型相结合，对采矿机姿态进行感知；记忆式学习指在采矿机控制面板上控制采矿机完成一次采矿周期时，由采矿机控制器记录并整理滚筒高度、牵引深度等，以便根据已记录的采矿资料进行自动割煤；记忆截割是在采矿机的自动化操作中，利用已有的存储信息，通过煤层变化和位置变化实现对煤层的自动控制。

2.5刮板输送机弯曲监测和工作面调直技术

实现工作面生产设备的调直技术，利用水平控制技术预先画出三维地质模型，实现对生产设备俯仰和倾角的控制。三维地质模型能更准确地反映矿山的地质状况。以刮板输送机作为参考，利用高精度惯性导航系统，跟踪其运动轨迹和运动姿态，根据几何约束惯性关系，反求其绝对方位运动；基于该模型，可以动态调整油缸内的滑动量和刮板输送机的运动轨迹，保证了矿山安全。通过激光调直技术和移动巡检技术完成对工作面液压支架和刮板输送机直线度的自动调整。基于激光传感技术研发应用了激光对位传感器，根据相邻支架的位移状况实现工作面找直控制；同时，研发应用工作面固定移动巡检装置，集成惯性导航、高清摄像和热成像等功能，实现工作面自动找直，也为滚筒透尘可视化和高清全景视频监控奠定基础。

2.6设备控制集成技术

综采自动化集中控制技术是指在巷道和地面打造监控中心，采煤机司机只需要在监控中心就可以通过视频画面了解到工作面的实际生产情况，并远程操作工作面的采煤设备，同时还可以通过语音通信实现多方位的调度和联络，实现工作面无人操作，监控中心远程监控。一方面，应用设备控制集成技术，可以在设备上安装地质雷达，识别岩层厚度以及类型。还可以在设备上装设视频装置，选择对井下光线较为敏感的光学CCD摄像头，采集井下工作面的视频画面。另一方面，可搭建针对煤矿开采设备使用功能的远程控制系统。该系统由固定摄影仪以及云台摄影仪构成，能够充分发挥PLC技术的作用，在实际运行中实现对机身动作以及周围环境的全方位采集。

结束语

随着我国经济社会的持续发展，各类制造产业对煤炭资源需要量增加的同时也越来越关注煤炭开采工作的质量和安全问题。在这样的社会背景下，综掘面作为煤矿开采工作中的重要内容，同时也是煤矿开采安全事故的高发地点，提高其智能化开采技术的应用效果不仅能够在很大程度上提高煤炭开采工作的实际开采效果。

参考文献：

[1]韩健.煤矿综掘智能化开采技术研究[J].技术与市场,2021,28(2):124-125.

[2]马强,张再涛,马勇,等.综掘工作面智能化开采技术研究[J].新型工业化,2021,11(3):51-52.