綜采工作面智能化開采技術淺析

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摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)人工智能時代的到來，各行各業(yè)緊跟時代發(fā)展腳步完成企業(yè)轉型調整。煤礦企業(yè)借助各類智能化開采技術提高開采效率成為大勢所趨。鑒于此，對綜采工作面智能化開采技術如位置監(jiān)測技術、煤巖界面識別技術、記憶采煤技術、溜坡控制技術、連續(xù)生產(chǎn)保障技術等展開論述，分析應用智能化開采技術所帶來的一系列影響，針對當下煤礦智能化開采技術應用所面臨的問題，指出相應的優(yōu)化解決措施，以期為煤礦工作者提供指導，進而呈現(xiàn)更好的技術應用效果。

關鍵詞：綜采工作面；智能化；開采技術；優(yōu)化措施

為保證新時代經(jīng)濟發(fā)展的煤炭需求量，保證開采工作的有序開展，應用智能化開采技術成為一種必然。但就當前情況來講，中國綜采工作面智能化開采技術水平較低，應用范圍和應用深度都需要進一步擴展。因此，本文結合智能化開采技術實際應用情況，研究其當前所遇到的問題，提出智能化開采技術的優(yōu)化方案，這將對提高煤礦開采效率，保障煤礦開采人員的人身安全，實現(xiàn)煤礦開采事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展等方面具有重大意義。

1綜采工作面智能化開采的主要技術

1.1位置監(jiān)測技術

之前，國內(nèi)外對于采煤機的位置監(jiān)測先后應用了無線雷達測距、光柵位移識別傾角傳感器等技術，這些技術的測量精度較低，無法滿足自動化開采的環(huán)境要求。目前，普通的位置監(jiān)測技術借助慣性導航確定采煤機的位置，利用加速度計和陀螺儀確定采煤機的實時位置，使得設備位置漂移率高達0.004°/min，角度量程為25°～70°。雖然慣性導航監(jiān)測設備位置精度較高，但是受限于長時間的誤差累積，導致較容易出現(xiàn)誤差，需要對其測量系統(tǒng)誤差進行補償。智能化的位置監(jiān)測技術則可以解決這類問題，利用GIS（GeographicInformationSstem，地理信息系統(tǒng)）技術進行地圖匹配，y結合航位推算法和閉合路徑算法，通過截深不變進行補償，其可以利用校正傳感器的方式糾正位置數(shù)據(jù)誤差[1]，進一步提高精度，降低誤差，精確定位采煤機的位置和方向（見圖1），這對于有效開采、實現(xiàn)采煤自動化擺脫人工采煤的困境具有關鍵意義。

1.2煤巖界面識別技術

目前，煤巖界面識別技術（見圖2）的應用需要借助以下三種方法：a)NGR傳感器法（“NGR”即NaturalGmmaRdiation，自然伽馬輻射）。這種方法是aa基于煤巖自然伽馬射線的輻射性質，應用于高瓦斯礦井條件下，但受制于地理構造等條件，實際應用和推廣程度并不高，僅僅有20%的礦井可以利用這種方法。b)煤巖界面識別傳感器法。該方法借助采煤機的切割力響應原理，通過收集搖臂振動信號、調高油缸壓力信號和滾筒軸扭矩信號，從而精確定位、識別煤巖界面。該方法在中國的應用尚未成熟，應用較少。c)煤層界面紅外線探測裝置法。采用該方法時需要熱成像紅外攝像機發(fā)揮探測功能，由于煤巖的紅外反射波長不同，對煤層中夾矸層特征進行圖像采集，通過像素掃描獲得煤巖界面和煤層傾角信息，從而調整采煤機姿態(tài)[2]。

1.3記憶采煤技術

記憶采煤技術是通過引進PLC（ProgrammableLgicoControler，可編程邏輯控制器）電控系統(tǒng)實現(xiàn)礦山設備與計算機網(wǎng)絡設備的結合，采煤機司機首先進行示范刀采煤，自動化系統(tǒng)記錄工作面采高數(shù)據(jù)，控制系統(tǒng)將采煤機的滾筒上下高度（采高臥底數(shù)據(jù)）、搖臂傾角補償、機身位置信息等運行信息進行保存，在減少工作人員的前提下完成對采煤機的遠程操作，從而不斷優(yōu)化生產(chǎn)過程，提高采煤效率。記憶采煤技術在中國得到了較好的實際應用，促進了中國煤礦綜采工作面無人值守的長足發(fā)展，且創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟效益。

1.4溜坡控制技術

一些煤礦開采區(qū)地形復雜，走勢險峻，在作業(yè)的過程中極有可能發(fā)生溜坡狀況，因此溜坡控制技術對坡道的控制極為必要。溜坡控制技術主要是利用激光掃描及無線變形監(jiān)測傳感器的方式進行掃描，防止出現(xiàn)液壓支架不垂直的現(xiàn)象，以及與計算機網(wǎng)絡結合對出現(xiàn)的緊急情況進行準確且迅速的預警，并將掃描的巷道信息及時反饋到GIS，實時更新工作面邊界圖形，增強液壓支架的安全性和可靠性，提高對采礦工人的安全保護系數(shù)，保障工作面與煤層走向保持垂直。這項技術在中國應用得較為成熟，且未來擁有良好的發(fā)展空間。

1.5連續(xù)生產(chǎn)保障技術

隨著工藝的發(fā)展與進步，新的開采工藝層出不窮，對生產(chǎn)的保障就顯得尤為重要。連續(xù)生產(chǎn)保障技術主要基于輸送平衡控制技術和防撞技術的原理，從而實現(xiàn)對采運過程的平衡控制。智能化采煤中割煤過程主要取決于采運過程中的平衡控制，從而可以形成高效且安全的良好發(fā)展過程。同時連續(xù)生產(chǎn)保障技術還包括利用攝像類的圖像采集方法、雷達探測、三維掃描等對采礦過程中所發(fā)生的實時情況進行記錄，從而避免采礦設備之間發(fā)生碰撞，進而對采礦人員造成二次傷害。但連續(xù)生產(chǎn)保障技術需要一些工作人員利用雷達及三維技術對設備進行遠程控制，因此仍然需要人力因素的參與[3]。由于該技術顯著的優(yōu)勢，在中國煤礦開采過程中得到了很大程度的應用和推廣，并且在煤礦生產(chǎn)過程中發(fā)揮了巨大作用，為中國煤礦綜采工作面智能化開采做出了巨大的貢獻。

2綜采工作面智能化開采技術現(xiàn)狀及問題

2.1綜采工作面智能化開采技術現(xiàn)狀

新時期，煤炭行業(yè)應緊跟人工智能發(fā)展潮流，充分應用技術工藝實現(xiàn)行業(yè)內(nèi)的智能化開采，提高經(jīng)濟增長總量。煤礦智能化開采一方面可以降低人工勞動壓力，規(guī)范開采流程，提高煤炭資源開采效率，充分發(fā)揮智能化開采技術的價值；另一方面則可以保障采礦工人的人身安全，規(guī)避危險隱患，減少安全事故的發(fā)生。中國煤炭行業(yè)經(jīng)過漫長的發(fā)展，在開采方式上已實現(xiàn)了重大突破，呈現(xiàn)了從手工作業(yè)、半機械化開采到完全機械化、自動化開采的轉變。但是，受技術、資金、地質構造等限制，自動化開采技術的應用程度還不夠，仍處于初級摸索階段，厚煤層還未真正實現(xiàn)開采的自動化。因此，綜采工作面智能化開采技術還需要經(jīng)歷很長的發(fā)展歷程，煤礦企業(yè)應積極實現(xiàn)向智能化開采的轉變，通過引入現(xiàn)代化傳感器，加大設備和資金投入，研發(fā)新型技術等措施加快智能化開采進程[2]。

2.2綜采工作面智能化開采技術問題

智能化開采不僅注重智能算法的應用，還強調硬件設備的適配和高水平信息化專業(yè)人才的支撐，但是這個條件恰恰是許多煤礦所不具備的，導致煤礦智能化開采進展較緩慢。一方面是因為當代青年對煤炭行業(yè)的認知較為模糊，社會各界未及時進行引導；另一方面是因為煤礦工作條件較艱苦，工作薪酬、晉升條件等對高水平人才的吸引力不夠。另外，井下環(huán)境溫度高、粉塵多、電磁干擾強，使得井下的硬件設備穩(wěn)定性和可靠性不高，智能化控制不夠精確。原因則是硬件設備生產(chǎn)廠家利用不同的信號傳輸協(xié)議收集信息，在數(shù)據(jù)轉換的過程中很難實現(xiàn)集中控制，并且從安全角度出發(fā)礦井安裝了防爆裝置，這會對開采設備的運行造成干擾。這些都是當前綜采工作面智能化開采技術所面臨的急需解決的問題。

3綜采工作面智能化開采技術問題的解決措施

a)實現(xiàn)采煤機的定位和工作面的自動調斜。首先準確的采煤機定位是實現(xiàn)綜采工作面智能化開采的前提條件。同時，為了保證支架和刮板機的受力處于平衡狀態(tài)，還需要使工作面與液壓支架保持平行。b)建立穩(wěn)定、高速、抗干擾的網(wǎng)絡信息傳輸平臺。因為在智能化開采過程中，為了保障采礦過程的正常進行，需要不斷地采集周圍環(huán)境的信息來進行控制，所以建立一個穩(wěn)定、可靠的網(wǎng)絡信息運輸平臺極為必要。c)開發(fā)和應用數(shù)據(jù)庫技術。在智能化綜采過程中，井上和井下的傳輸數(shù)據(jù)量龐大，包括監(jiān)測數(shù)據(jù)、圖像、語音和視頻數(shù)據(jù)等，因此需要更復雜、更精準的處理手段，例如加強對數(shù)據(jù)庫技術的開發(fā)和應用，以實現(xiàn)對工作面信息的查詢分析和應用。d)引進高水平人才。高水平人才是應用綜采工作面智能化開采技術的必要條件，因此可以通過優(yōu)厚的薪資待遇等方式引進高水平人才為企業(yè)發(fā)展助力[4]。

4結語

綜上所述，綜采工作面智能化開采技術對生產(chǎn)作業(yè)效率的提高、煤炭行業(yè)的轉型、工人的安全保障等起著舉足輕重的作用。但該技術的具體應用還存在著一定的問題，其發(fā)展將是一個必然且長期的過程。不管是國家，還是煤礦企業(yè)，都應積極推進智能化開采技術的應用，為行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展貢獻力量。

參考文獻：

［1］王金華，黃樂亭，李首濱，等.綜采工作面智能化技術與裝備的發(fā)展［J］.煤炭學報，2014，39(8)：1418-1423.

［2］王虹.綜采工作面智能化關鍵技術研究現(xiàn)狀與發(fā)展方向［J］.煤炭科學技術，2014，42(1)：60-64.

［3］楊文鵬.淺析綜采工作面采煤工藝技術［J］.山東煤炭科技，2013，31(3)：65-66.

［4］張良，李首濱，黃曾華，等.煤礦綜采工作面無人化開采的內(nèi)涵與實現(xiàn)［J］.煤炭科學技術，2014，42(9)：25-29.

作者:張曉鋮 單位:晉能控股煤業(yè)集團浙能麻家梁煤業(yè)公司