矿井采煤工作面自动化智能化技术及装备发展探析

摘 要：本文基于当前矿井采煤工作面自动化、智能化生产现状，探析了采煤工作面自动化、智能化技术与装备的进展，指出了智能化工作面面临的主要问题以及需突破的关键技术，并提出了一系列行之有效的发展策略，以期有助于提高矿井采煤工作面的自动化、智能化水平，为企业创造更多经济效益。

关键词：采煤工作面；自动化；智能化；技术；装备

矿井采煤工作面智能化生产现状

采煤机的跟机自动、液压支架的电液控制、三机设备的“一键”启停等是目前国内综采工作面的主要技术装备，综采工作面连接着高速光纤网络，同时，综采工作面也逐步覆盖了视频监控系统，这些都为综采工作面实现智能自动化打下了坚实基础。采煤机、液压支架和输送机这些综采设备彼此独立，为单独控制形式，虽然，目前三机设备已经具备了集中监测和监控综采工作面的功能。但是，采煤机、液压支架和输送机这些综采设备的功能还有待完善，其信息的收集要实现网络通信，不仅设置工作面监控平台，而且要搭建地面远程控制中心，通过远程遥控系统和工作面视频系统从而实现综采工作面的远程自动控制。

采煤工作面智能化技术与装备的进展

2. 采煤工作面智能装备

（1）智能液压支架。综采液压支架的电液控制系统与其液压支架结构并未真正融合，是支架生产后添加的附属品，以后的支架产品设想将电液控制系统与液压支架设计为一个整体，将传感器和控制器与支架机械结构相融合，使支架的成本降低，真正实现液压支架结构的一体化，使液压支架朝着智能自动化的方向发展。通过支架远程控制系统实现对液压支架远程控制，在监控中心设置液压支架远程操作台，通过工作面视频界面以及电液控计算机主界面辅助实现远程操控。

（2）智能采煤机。根据不同采煤工艺的要求智能化采煤机能够智能切换工作模式。通过MEMS传感器技术收集到采煤机及其支架的工作状况和位置关系，从而预测采煤机的运行轨迹，实现采煤机与其他设备间协同作业。

在监控中心安装采煤机远程操作台，监测系统将监测到的采煤机位置和作业信息情况传递到操作台，采煤机视频系统进行滚筒升降等命令指示，采煤机网络通信和数据通信将相应的指令信息反馈给操作台，从而实现采煤机的远程控制。

2. 综采工作面智能技术

（1）综采工作面连续推进影响因素研究。分析研究影响综采工作面连续推进的因素，需要理论联系实际，结合综采工作面目前的发展现状，组建数据模型进行分析，进行数据统计，统筹分析目前自动化综采工作面现状，确定综采工作面连续推进影响因素研究汇总报告。

（2）综采工作面连续推进方法研究。连续推进方法只要有两种，一是设置设备运行状况分析统计程序，对综采工作面设备运行时长、使用频率、故障率等数据进行分析统计，从而分析设备故障；二是采用综采工作面精准控制系统，通过高精度定位技术，精确控制支架千斤顶的推移动作。

以下技术已取得突破性进展还有待提高发展：

（1）视频监控技术。综采工作面采矿模拟系统通过增强虚拟现实技术可以模拟出三维的采矿现实环境，采矿作业过程和设备的运行均可实时模拟，并且可以实现人机交互功能，操作人员可以随时随地进入模拟系统的任意过程与区域。

（2）支架防碰撞技术。防碰撞系统不仅可以向采煤机操作人员提前发出视听报警信号的探测装置，而且是采煤机上的安全保护系统。

3 存在的主要问题

（1）缺乏统一的通信平台。综采工作面信息网络一般只能用来传递数据量较大的视频信息，其它信息无法传递，由于缺乏统一的通信平台，各系统间的信息资源共享并没有真正实现，综采设备监控数据的共享连接还未实现。

（2）工作面还不能实现自动找直。虽然国外在综采工作面找直功能方面取得了一定成果，导航技术与LASC技术相结合使综采工作面设备的自动找直功能和水平控制功能得以实现。但工作面的自动化测量技术要求精准的相对位移和距离，由于其测量精度未达到标准，精准的找直技术还未实现。

（3）综采工作面存在上窜下滑的问题。综采工作面煤层错综复杂的地理环境，使得板输送机作业时常常沿综采工作面整体上下滑动，造成刮板机和转载机之间的距离增大或减小，引发运煤故障的安全问题，以及缩小安全出口等安全隐患。

4 采煤工作面智能化技术未来发展方向

4. 煤岩自动识别技术

对具有放煤工艺的综采工作面而言，要实现工作面的智能化必须突破煤岩放落自动识别技术，建立煤岩放落的数学模型进行分析研究，加之信息技术识别控制算法为最终实现自动化放煤提供了可能。目前已经存在的就有二十多种煤岩分界传感系统，包括记忆程序控制系统、振动频谱传感系统等，但是这些技术仅仅停留在理论阶段，在实际生产中未能成功使用，由于井下错综复杂的煤岩环境条件，增大了煤岩分界面的辨别难度，使煤岩分界面无法准确判断，因此实现采煤机滚筒自动调高的关键是研制出精准并有一定分辨率的煤岩分界识别传感器。研究方向是深入研究组合式调高技术方法，国外机型采用最多的技术为记忆智能程控技术，同时在实际应用中最广，雷达探测技术是目前最有发展前景的技术。

4. 刮板输送机直线度检测與控制技术

综采工作面与巷道作为狭长型的测量对象，大量的设备如液压支架等错综复杂的分布其中，其本身的测量技术就有一定难度。加之错综复杂的煤层和地理环境，使得综采工作面设备的非可视测量十分困难。通常都采用地面常规的激光定位技术，但是由于伴随着采煤机切割工作面作业时会产生大量煤尘，从而影响测量结果的准确性，因此不宜采用此技术。测量定位设备本身的定位精度，对测量定位技术的要求很高，根据综采工作面需要，角度定位精度要达到0.01°。

5 结论

随着煤矿行业工业化和信息化相辅相成的发展，促进了煤炭科技的创新发展和智能化建设，推动了煤矿企业模式从劳动密集型转为技术密集型，智能化技术以及互联网技术如雨后春笋般蓬勃发展。因此，煤矿综采工作面智能化技术及装备也正向高智能化、高信息化的方向发展，煤矿开采工作也应紧跟煤炭行业和互联网时代的发展与时俱进，最终实现智能化无人化开采的目标。

参考文献：

[1]甄烺杰.煤矿综采工作面设备安装拆除现状及改进措施[J].机械管理开发，2016（04）：4-7.

作者简介：焦金成（1978-），男，汉族，河南鲁山县人，本科，助理工程师，毕业于河南理工大学，采矿工程专业，研究方向：煤矿开采。