煤矿综采工作面智能化建设关键技术分析

煤矿综采工作面智能化建设关键技术分析

董文斌 杨乾

 昆明煤炭设计研究院有限公司  云南   昆明    650051

摘要：云南省境内多数煤矿资源赋存条件比较复杂、开采条件比较差、影响安全生产的因素比较多。所以对煤矿综采工作面进行智能化建设，提高开采的智能化水平，提高开采的效率与质量，尽量减少井下作业人员，实现煤矿综采工作面安全高效有序的开采。因此，本文首先对综采工作面智能化建设的内容进行了分析，然后就智能化建设中运用到的关键技术进行了论述，提出打造一体化、智能化、自动化的综采工作面远程控制平台，实现煤矿综采工作面的智能化开采。

关键词：煤矿综采工作面；智能化建设；智能化综采系统

    煤矿综采工作面智能化建设需要应用到很多的关键技术，如信息技术、软件技术、网络技术与大数据技术等，除了以上常规技术，还有煤矿开采领域的控制技术、数字技术、三维地质模型、自主规划与调度控制技术等。因此，通过分析煤矿综采工作面智能化建设中的关键技术，探寻可行的智能化建设路径，为解决煤矿综采工作面智能化建设过程中遇到的关键技术问题提供参考意见。

1.煤矿综采工作面智能化建设的主要内容

1.1智能化综采系统

煤矿智能化综采系统是智能综采的控制中枢，借助物联网建立地面与井下支架操作平台、采煤机操作平台、刮板机操作平台、配套机电设备操作平台、数据处理中心等之间的连接。其中操作平台通过远程控制专线，与液压支架、采煤机、刮板机等设备建立信息交互渠道，完成对液压支架、采煤机、刮板机的智能化控制。地面调度室与采场之间通过千兆光纤（或5G网路）建立连接，通过工业摄像头和各类传感器实时监测监控综采面现场的瓦斯、温度、粉尘、顶底板等环境情况，并对液压支架、采煤机、刮板机、配套机电设备等进行作业参数的监测。以此构建地面（调度室）、井下（集控中心）、采场（机械、设备、传感器）等之间的通信网络，实现煤矿综采工作面产量、环境、机械设备运行参数等数据的实时采集，综采现场画面的实时传递，实现三方数据的共享，为智能化综采提供数据支撑。综采系统集成了煤矿综采工作面机械设备电控系统、视频监控系统、泵站集控系统等、地面控制平台智能化远程监测系统、远程控制煤矿开采作业系统、“一键”启停综采现场的自动化设备与系统，实现集中监测控制与自动化采煤相互结合，最终达到煤矿综采工作面智能化开采的目标。

1.2建设内容

在完成智能化综采系统架构搭建后，进行智能化控制传感器、软硬件、网络等的配置，建立调度室、集控中心与综采设备之间信息数据采集、交互与共享机制，为智能化综采打好基础。1）液压支架自动跟机，液压支架作为煤矿综采的支护设备，在智能化综采中，液压支架需根据采煤进度，自动跟机行走。需要在液压支架上安装推移杆行程传感器、压力传感器、红外线接收器、姿态传感器、采高传感器等，分别用于监测刮板槽推移量、压力、位置、姿态与采高等数据，完成液压支架自动定位、调整姿态、升降支架立柱等，利用传感器实时监测液压支架工况，智能化控制液压支架运行。2）布设综合接入器，打造核心承载网络，与采场摄像设备、液压支架控制系统、其它监测系统建立连接，采集的信息数据通过光缆传输至光电转换器，转换为光电信号后传输至井下集控中心与地面调度中心，构建全面覆盖地面、井下与综采现场的工业以太网络，维持数据在综采系统中的顺畅流动，为煤矿智能化综采提供数据支撑。3）井下集控中心为煤矿综采的控制中心，需要配备完善的软硬件设施，主要包括主控计算机、煤机操作台、显示器、自动化控制软件等，连接与监控综采工作面的所有机械设备，完成对设备运行参数、现场环境参数等的监测，远程控制综采现场设备运行。同时借助工业以太网与地面上位机建立连接，反馈综采工作面现场视频、设备运行现状、环境数据、开采进度等，使地面调度室动态准确掌握综采现场各项信息，实现调度室对集控室与综采工作面开采活动的远程监测与控制。

2.煤矿综采工作面智能化建设的关键技术

2.1远程智能开采控制平台

煤矿综采工作面智能化建设的方向是少人化或无人化采煤，综采现场由集控中心进行控制，远程控制综采工作面采煤机、刮板运输机及液压支架运转。所以在智能化建设中需要建设地面控制中心的“操作岛”，操作岛由监控平台、交互平台、操控手柄、操作岛软件等构成，其中操作岛采用C/S架构，前台面向操作岛的工作人员，通过远程智能开采控制平台，一键启停综采工作面的机械设备，通过操作岛完成对开采现场的控制。开采控制平台远程实时监控综采工作面的开采情况，以人机交互的方式制定开采方案，设置机械设备开采作业参数，还可实现自动故障提示与预警，加快综采设备故障处置的反应速度。后台为服务器，主要用于数据采集、加工、分析与管理，辅助于智能分析与决策。在后台系统中输入综采工艺、开采流程、综采大数据等，实现智能化与自动化控制综采设备，如液压支架行走，采煤机自动升降滚筒。地面与井下、采场基于一个控制平台运行，集约化控制综采工作面自动化开采过程。平台通过反馈的数据实时可视化分析，实时呈现开采现场模型，控制中心根据综采现场情况，做出开采决策与指导，井下人员根据地面的指示，监控综采设备自主作业，以此加快煤矿综采工作面无人化智能开采的进度。

2.2自主规划技术

根据定向钻孔勘探获取的综采工作面地质数据信息，采用三维建模技术打造综采工作面高精度三维地质模型，在模型中确定顶底板煤岩分界线，并通过分界点的调整进一步提高分界线的精度。在开采作业过程中，跟踪收集顶底板地质数据，保证模型中数据的准确性与时效性。然后基于模型与模型算法，使三维地质模型具备自学习、自适应能力。基于三维激光扫描技术的扫描机器人，对综采工作面进行空间扫描，获取三维点云数据，构建综采工作面现场三维激光扫描模型。在获取以上数据成果的基础上，对综采工作面进行深度、全方位的分析，评估煤层变化趋势，精确当下顶底板煤岩分界线，并结合采煤机历史运行大数据，经过一系列的计算，最终生成采煤机截割模板，采煤机控制系统自动制定出10刀割煤计划，按照计划给出下一刀的滚筒调整曲线，以此实现采煤机自主规划、智能割煤。

2.3主从调度控制技术

原有的液压支架跟随采煤机行走，由电液控制系统进行移架、推移刮板等控制与自动化推进，系统的数据处理能力有限，且是按照设定的程序运行，无法实现自主判断与自适应调整。基于此，在智能化建设中可采用主从调度控制技术，在远程控制平台设计采煤任务，编制液压支架与采煤机协同作业工艺文件，主控计算机按照工艺文件进行解析，然后将工艺参数发送给液压支架，液压支架执行工艺参数。如果液压支架未能动作，可使用主机直接进行控制。该技术在综采工作面智能化建设中的应用，需要使用具备采煤工艺引擎的液压支架控制系统，由引擎负责优化调整控制逻辑，实现液压支架自动化运行。

结语：煤矿综采工作面智能化建设，需要运用到智能开采控制技术、软件技术、网络技术等，打造出地面与井下一体化、集约化、远程化的智能控制平台，实时监测综采工作面的开采情况，获取综采设备运行参数，辅助于煤矿综采智能决策。同时在综采设备上安装智能传感器或控制系统，提升设备自适应、自调整、自控制能力，最终以智能化建设推动煤矿安全、高效、绿色发展。

参考文献：

[1]苏杰王新坤.寸草塔煤矿综采工作面智能化建设关键技术研究与应用[J].煤炭科学技术,2022,50(1):250-256.

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