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

孙新亮

河南能源鹤煤公司陕西富源煤业有限公司党家河煤矿综采队   陕西省延安市 710000

摘要：在人类社会发展过程中，煤炭能源的使用必不可少，随着经济持续增长，对于这项能源的需求量不断增多。当前，使用煤炭来进行发电仍占据着国家能源结构的主要部分，并且在未来相当一段时间内仍需要大量利用煤炭资源来构建我国的能源构成。随着各种矿井开采的进行，许多煤矿表层较易开采的部位已经开采完毕，正逐渐往更下层煤矿进行作业，但由于下层地质结构中环境恶劣，经常会出现高温、高压等情况，一旦开采出现问题，会导致矿山灾害的产生，严重影响煤矿的开采效率，甚至危害人民安全，为了煤矿开采的安全生产，许多问题亟待解决，针对于此，本文开展研究了煤矿综采工作面智能化开采技术，以推动井下自动化发展。

关键词：煤矿；综采工作面；智能化开采

引言

随着煤炭产业集中度大幅度提高，煤炭生产也实现了从机械化到自动化、信息化的跨越。智能开采是煤矿安全高效生产的重要技术手段，已成为我国煤炭开采技术的发展方向，更是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。智能化工作面的主要建设内容是把新一代信息技术充分运用到煤矿生产活动中，充分挖掘和利用自动化信息资源，实现生产安全可控以及个性化的实时监测、定位追溯、调度指挥、远程控制等功能。

1煤矿综采工作面效率影响因素

煤矿井下的综采工作面生产作业是由不同生产环节、多种生产工序和多型综采装备共同构成的复杂工艺流程，任何一个流程的失效均会对综采作业效率和安全性产生重大的影响。通过对煤矿井下综采工作面整个生产作业工艺流程的分析可知，井下巷道支护效率低、巷道变形大，需要频繁进行补强支护是影响综采作业效率的核心因素之一；综采工作面多采用人工控制作业，采煤机、液压支架的运行均采用人工控制，导致作业效率低，是影响综采作业效率的核心因素之二。因此为了全面提升综采工作面生产作业效率和经济性，就需要从解决巷道变形、综采自动化程度两个方面入手，实现对厚煤层综采作业技术的突破。

2煤矿综采工作面智能化开采技术

2.1工艺决策技术

在智能化矿井建设过程中，智能化开采系统架构多以采煤成套设备为自动化执行系统，决策模型以智能感知为前提进行高效运行，依据决策分析，最终完成控制指令。比如在采煤工作面的液压支架操控方面，以智能化设备感知围岩状态，从而对液压支架行使控制指令，完成液压支架的一系列自动动作，实现智能化开采过程。在这个过程中，不仅要对感知技术进行决策分析，还要辅以耦合控制技术以解决液压支架的移架及跟踪采煤的适应能力问题。基于采煤工作面的设备分布式协同控制原理，利用设备群位姿协同控制方法，进行采煤工艺的应用，使采煤设备群不受多方面因素的干扰。

2.2工作面自动取直技术

在综采面向前挖掘的过程中，综采面应该形成一个较好的直线，这样刮板输送机与液压支架之间的受力才能维持在较好的水平。实现这一目标需要对采煤机、液压支架进行精准有效的控制，实时获取采煤机的工作状态及位置参数，可视化分析，控制完成其自动的导航，采用截割模型中的截割数据发送给液压支架控制系统指令。这其中的技术难点是如何实时实现对采煤机的位置检测，通过实践尝试，国内外研究者发现惯性导航技术可以针对此问题进行解决，是实现位置检测的重要技术。惯性导航技术本身就拥有诸多优点，比起其他技术来说，位置检测的精度较高，但由于长时间会累积误差，采煤机的导航不能长时间自动化，因此需要一定的技术来对累计误差进行修复，利用闭合路径算法可以有效解决这个问题，实现采煤机的自动导航。天地科技公司把引入的LASC系统和公司专有技术相结合，实现了工作面自动取直的功能，在一年多的煤矿实际测试中，成功验证了此方案的可行性。此方案利用LASC中惯性导航技术完成采煤机位置检测，实时可视化采煤机工作情况及路线，相互参考竖直向的投影与滚筒高度参数，实现截割工作面的水平，最终液压支架控制系统接收到一系列指令后合理调控刮板输送机，完成找直功能。

2.3采煤机系统控制技术

采煤机实现顺槽控制中心远程控制，远程控制功能主要由顺槽控制中心计算机通过采煤机电缆数据传输实现对采煤机运行状态的远程实时监控。采煤机实现运行参数远程实时监测，主要包括：电机电流、温度监测与保护，牵引箱轴温、泵温监测与保护，液压系统压力、泵箱油位的监测与保护，水路压力、冷却水流量的监测与保护，采煤机运行速度和位置实时监测。改造后采煤机能够实现就地控制、远程控制、记忆截割等多种功能。远程控制及时准确，可实现采煤机启停、更改行进方向、加减速、摇臂升降等诸多功能，延迟时间不超过200ms。记忆截割模式下，人工干预具有最高权限；记忆截割功能预置多种复杂工艺程序，满足不同地质条件下开采需求。当现场煤岩体条件发生变化，原有存储数据与现场实际情况相差较大时，记忆截割模式退出，警示顺槽集控中心值班人员。采煤机安装自诊系统，实时监测采煤机运行状态和检测结果，所有采集数据及时传输至顺槽控制中心与地面调度中心，及时处理潜在隐患。

2.4液压支架自动控制技术

液压支架跟机自动控制，主要是在采煤机和液压支架上设置编码器和红外位置传感器，对采煤机和液压支架的相对位置进行监测，然后将监测数据传输给控制中心和液压支架控制器，由液压支架控制器根据液压支架的状态进行灵活调整，实现液压支架跟机自动运行控制。液压支架跟机自动控制的核心是支架控制器，在每个液压支架上均设置了一个控制器和相应的控制阀组，在运行过程中系统实时对采煤机和液压支架的相对位置进行检查，当达到触发条件后，由支架控制器发出控制指令，实现对液压支架移架、推溜、放煤、收放护帮板等控制。

2.5煤岩界面识别技术

煤层界面的识别是自动化开采的核心，通过此技术可以有效勘测出煤矿情况，根据需要对采煤机滚筒进行控制，从而使得煤矿的开采率上升，含矸率下降，也能有效防止截割其他硬质杂质而产生机器损坏。现如今，煤层识别的技术有很多种，其中图像识别技术及红外探测技术相对来说使用更多。在综采面截割时，采煤机的截齿由于经常碰撞从而会发生截齿温度上升红外辐射变化的情况，红外探测技术就是针对于此利用红外热像仪对辐射变化进行监控来有效完成对煤层界面的识别。虽然有诸多学者对此技术进行研究，但由于传感器本身所具有的一系列问题，如传感器精度不够，易截割到硬质物体，使得在实际使用只能利用在特定场景下。图像识别技术其基本原理是采用超清摄像机来实现对煤层图像的捕获，从而实现对图像分析识别的功能。但在实际情况下，由于煤矿井下环境较为复杂，粉尘较多，图像在收集中会受到一系列的影响，所以获取的煤岩图像质量相对较差，在后续的处理中较为困难。现如今，煤层识别技术没有一种能完全适合所有的矿井，在实际应用中，只能根据实际条件来选择煤层的识别技术，又或者选用多种技术来对图像进行交叉识别，改善技术的缺陷，以解决环境影响的问题。

结语

不可否认的是，目前煤矿综采工作面中的智能化开采技术，由于受煤矿井下特殊作业环境的影响，仍然存在一定的推广使用限制。同时还需要围绕矿井的安全生产和高效开采的生产目标，进一步对智能化开采系统进行优化，实现环境智能感知以及采掘装备智能决策、控制及自动化执行，最终形成一套适应力强、标准高的智能化开采系统。

参考文献

[1]高有进,杨艺,常亚军,张幸福,李国威,连东辉,崔科飞,武学艺.综采工作面智能化关键技术现状与展望[J].煤炭科学技术,2021,49(8):66-68.

[2]许随利,秦志强.大采高智能化综采工作面的应用与研究[J].科学技术创新,2020(5):41-43.

[3]罗开成,常亚军,高有进.综采工作面智能开采关键技术实践[J].煤炭科学技,2020(7):9-11.

[4]张强.综采工作面智能开采关键技术思考研究[J].当代化工研究,2021(5):96-98.