煤矿综采工作面智能化开采研究与应用

煤矿综采工作面智能化开采研究与应用

沈成龙

潞安新疆煤化工(集团)有限公司砂墩子煤矿 新疆哈密市 839003

摘要：随着社会经济发展和能源需求增加，煤炭作为我国主要的能源资源之一，在经济建设和国家能源安全中扮演着重要角色。然而，传统的煤矿开采方式存在诸多问题，如危险性高、生产效率低和资源浪费等，这些问题给矿工生命安全和煤炭行业可持续发展带来严重挑战。为了提高煤矿综采工作面的安全性、生产效率和资源利用率，智能化开采技术已成为当前煤炭行业发展的重要方向。

关键词：煤矿;综采工作面;智能化开采;应用

引言

在经济深化改革背景下，煤矿产业加大了改革力度，从中国制造向着中国智造转变，紧跟时代潮流，将智能技术和信息技术应用到煤矿开采中，实现煤矿生产的智能化发展。在煤矿智能化生产中智能化开采技术发挥着核心作用，对于该技术的研究也非常深入和广泛，取得了较好的成果，可以为煤矿智能化的进一步发展提供依据。对此本文主要浅谈煤矿智能化开采技术的创新与发展研究，旨在将更多的新技术应用其中，明确煤矿智能化开采未来的方向。

1、煤矿采煤机智能化关键技术现状

近年来，随着智能化技术的不断进步与发展，煤矿采煤机智能化开采技术在各领域广泛普及和应用。智能化开采技术主要基于记忆切割设备和配套自动跟机设备，结合远程视频监控和智能控制系统，起到远程智能控制设备的作用。此技术保障了综采工作面可以安全、高效且连续运行。有煤矿研发出特厚煤层大采高综放成套技术和装备，将综放开采高度从14ｍ提升到了20ｍ，取得了显著成果。此外，还有企业研发了8.2ｍ综采成套技术和智能化控制系统，应用于实际生产中，实现了工作面月产量150万ｔ以上的高水平生产。当前，我国已经形成了４种智能采煤模式，其中有薄及中厚煤层智能化无人开采模式、大采高工作面智能耦合人机协同高效开采模式、综放工作面智能化操控与人工干预辅助放煤模式以及复杂条件机械化＋智能化开采模式。随着这些模式在煤矿领域的应用，推动着煤矿智能化开采技术不断创新和发展。虽然煤矿采煤机智能化关键技术取得了显著进步，但依旧存在一些问题与挑战。比如，无线网传输技术应用不合理、采煤机切割路径问题、通信平台没有实现统一等。煤矿采煤机智能化关键技术仍需持续创新和突破，以推动煤矿智能化转型和升级［1］。

2、传统煤矿开采方式存在的问题

2.1效率问题

人工开采方式效率较低，且受限于人的生理条件和经验，难以保证开采效率的稳定性。由于缺乏先进的设备和技术支持，传统的煤矿开采方式容易受到地质条件和外部环境影响，特别是当遇到复杂的地质结构、水文条件变化等情况，开采效率会受到更大影响。这不仅会影响煤矿生产效益，也会给企业经济效益带来负面影响［2］。

2.2安全问题

传统的煤矿开采方式通常依赖大量人工操作，使开采过程具有较高危险性。如瓦斯爆炸、矿山塌陷等事故频发，给生命安全带来严重威胁。此外，由于开采环境恶劣，工人容易患上职业病，如尘肺病、矿震症等。这些问题不仅给身体健康带来威胁，而且给家庭和社会带来沉重负担。

3、煤矿综采工作面智能化开采研究与应用

3.1采煤机子系统

采煤机将运行状态信号传输至采煤机顺槽控制计算机，顺槽自动化上位机与采煤机控制计算机通过ＭｏｄｂｕｓＲＴＵ授权协议，通过ＲＳ４８５接口实现双向数据传输通信，并向自动化平台开放控制权限，采煤机运行状态及截割情况通过数据采集集中传输到42207智能化综采工作面顺槽自动化平台。顺槽控制平台显示采煤机截割作业参数，包括牵引电机／截割电机实时电流、功率、电机油温、摇臂高度、机身仰俯角、行进速度、行进方向、煤机位置、采高、故障信息及通信状态等。同时，这些信息通过井下工业以太环网传输至地面调度指挥中心。实现地面调度指挥中心及42207智能化综采工作面顺槽监控中心同时对采煤机运行状态进行监测和远程控制［３］。

3.2液压支架电液控制系统

采用以太网现场总线控制方式控制电液控制系统，通过液压支架监控传感器监测液压支架运行状态。监控内容有液压支架高度、立柱压力、推移油缸行程和护帮板倾角，同时具备单架及成组动作和自动跟机移架功能。通过工作面以太环网传输系统，将液压支架电液控数据及运行状态实时传输至顺槽现场监控中心及地面调度指挥中心。实现地面调度指挥中心和42207智能化综采工作面顺槽监控中心同时对工作面液压支架运行状态进行监测和远程控制功能。

3.3研发机架协同三角煤工艺

原来的三角煤切割工艺流程主要以采煤机自动记忆切割为指令进行割煤，液压支架是依据采煤机的移动位置追踪三角煤范围的跟机，但是在采煤机实际运行中，因为液压支架和采煤机不是同步运行的，两种数据信息无法实现交互，常常会出现无法配合的情况，对最终的采煤效果会产生影响。对此人们研发了一种自动化的机架协同控制三角煤工艺，在该工艺下可以通过数据交互扩大切割范围，将采煤机和液压支架进行协同控制，在两者自动转化动作的情况下自动获取数据信息。如果发现两者没有完成某一个动作，则会出现减速或者停机的行为，自动截停上一个动作，最终在完成上一道工序后才进入到下一道工序中，有效提升三角煤自动化切割水平。

3.4开发自动启停自动视频

利用煤矿智能化开采技术开发自动启停自动视频安全界面，是目前技术创新的有效途径之一，这种界面不仅可以通过图像识别技术和监控系统，实现对煤矿生产过程中视频数据的采集，实时监测采煤机、支架等设备的运行状态和作业情况，及时发现异常情况并实现自动安全停止，以保障矿工和设备的安全；还可以远程控制现场界面，为远程监控人员提供现场工作面信息，对机械设备启动和运行进行远程监控。且在监控界面下也可以对井上、井下设备启停时的状态进行预警，对预警信息进行编辑、优化，传输到地面控制中心，确保控制中心和采掘作业面人员都可以接收到预警信息，最终实现远程一键启停的自动化控制。

3.5机械臂主动柔顺控制技术

主动柔顺控制技术是分选设备机械臂运行质量的关键所在，已在煤矿生产现场得到应用。目前，矸石仍然使用开环控制作为分选设备的控制系统，机械臂实施矸石分选时，需要借助视觉模块的反馈抓取目标位置。所以，这种纯位置控制设备适应环境变化的能力较强。但在分选任务进行时，机械臂需要实时跟踪矸石，其速度和位置要与矸石匹配，深度学习算法会因延迟、矸石滚动等影响而出现位置误差，使分选设备因受到过大作用力而造成机械损伤，这种现象在矸石密集分布时尤为突出。此外，如果机械臂不能执行分选任务，则控制系统不能获取分选任务状态。尤其是分选大块矸石和大流量矸石时，严重影响分选效率。在控制系统中导入作用力矩作为闭环反馈变量，通过计算期望力与实时反馈力之间的误差，修正设备运动轨迹，从而使矸石分选设备具有主动柔顺控制能力。

结束语

总之，煤矿综采工作面智能化开采技术研究与应用取得了显著成效。该技术的应用能够显著提高生产效率，降低事故风险和资源浪费。通过引入智能化设备和数据采集系统，工作面实现了自主监控、智能调度和优化管理，从而有效提高了采煤效率和产品质量。然而，智能化开采技术仍然面临一些挑战和改进空间，如数据质量和可靠性、跨系统集成和协同工作等。因此，未来研究方向应该是进一步完善智能化开采技术，解决现有技术缺陷，推动智能化煤矿系统的持续发展。

参考文献：

［１］韩宇．对煤矿综采工作面智能化开采技术的应用探讨［Ｊ］．新潮电子，2019（０４）：61－63．

［２］谢绍伟．煤矿综采工作面智能化开采技术的运用研究［Ｊ］．中文科技期刊数据库（全文版）工程技术，2019（０５）：165－168．

［３］赵杰伟．煤矿综采工作面智能化管理系统的设计与应用研究［Ｊ］．煤，2019（１１）：80－82．