煤矿掘进工作面自动化技术探析

李文强

摘要：基于煤矿安全、高效、自动化生产的需要，实现智能自动化开采是煤矿开采的最终目标。本文分析了当前国内外掘进工作面的自动化现状况和影响因素，对其中的多种关键核心技术进行了研究，分析了实现这些关键技术的难点，提出了关键技术的信息融合是实现掘进自动化的必由之路，最后展望了未来几年对掘进工作面自动化有影响函需突破的新技术。

关键词：煤矿掘进；自动化技术；应用

1.制约煤矿掘进工作面自动化开采的因素

1.1环境因素

环境因素是影响煤矿掘进工作面自动化智能开采的关键因素之一，工作面的顶底板条件、矿压大小、采高、倾角、俯仰角度、瓦斯等都会对开采影响很大。以目前技术水平，在复杂环境下的确很难实现工作面的自动化掘进开采，可以先在地质条件、安全条件较好的工作面进行自动化掘进的尝试。但这并不意味着复杂地质条件下无法实现，而是需要在各种不同地质条件下不停地摸索中探寻适合各种条件的自动化智能开采。

1.2设备因素

对掘进机设备的要求，实现自动化智能开采必须完美实现所有掘进机设备的生产全过程自动化，如掘进机的全工作面记忆截割功能、液压支架电液控制系统的全工作面跟机自动化功能。这对于产品的质量、稳定性、智能化程度都有极高的要求。

1.3技术因素

目前煤矿掘进自动化技术还是基本处于简单自动化的水平，与工人实际操作有较大差距。煤岩分界技术，通过监测煤机滚筒正在割煤还是割岩的情况，在记忆截割基础上进行自我调整，以实现掘进机的自动化控制。煤岩识别技术，可以在放顶煤工作面通过监测放煤过程中是否含有岩石从而控制放煤时间，实现智能化自动放煤过程。工作面直线度控制技术，可以描绘出整个掘进工作面的弯曲情况，并传输给电液控制系统，通过对液压支架的前进量进行定量，从而使得工作面弯曲度维持在允许范围内而实现连续推进。

2煤矿掘进自动化关键控制技术及难点

2.1关键控制技术

第一，总体技术方案。掘进工作面自动化控制围绕综采设备姿态定位、掘进机设备安全感知、工作面直线度控制、视频图像处理等多种关键技术，需要从总体上研究自动化智能控制的关键核心技术。

第二，掘进机自动化技术。掘进是煤矿生产的主体，而支护是煤矿作业开展的基础，为煤矿工作提供了进行的渠道。煤矿掘进工作受到外部环境和气候等条件的影响，因而要在复杂的环境中开展掘进工作就要借助自动化器械。随着科学技术的迅速发展，煤矿掘进自动化技术也在不断更新，从前瞻性出发，在掘进中使用自动化器械能够为煤矿的挖掘、装运、运输提供途径。

第三，掘进机远程控制技术。工作面视频系统使得操作者在监控中心就能直观地观察到工作面运行状况。无延迟的模拟视频系统可作为操作者观察控制命令被执行的情况；数字视频系统便于存储、视频后处理、视频发布、视频控制；三维虚拟现实软件提供给操作者身临其境的感觉。

第四，运输自动化技术。煤矿掘进工作中需要对产出的废料和土石进行向外运输，保障煤矿畅通，为煤矿的进一步挖掘和开拓提供条件。同时，在掘进工作中开展运输自动化也能为煤矿挖掘工作的煤矿运输提供物质设施条件基础，保证物料运出和输入，提高生产作业的效率。

第五，视频监控技术、视频拼接技术。为实现获得整个工作面的全景动态画面，就需要对场景中所有相机采集的视频图像进行智能的拼接，需要对各相机的成像有一致的要求，相机间成像的差异造成拼接图像时，匹配重叠区域特征存在平移、缩放、旋转等多种几何变形，这将影响图像配准的精度。

2.2技术难点

将综合运用计算机仿真、工作面实时监测技术研究、工作面设备实时联动控制技术研究、工作面推进状况的预测研究等，保证掘进工作面连续推进过程中各个设备的姿态符合目标线的要求。核心内容包括影响工作面连续推进的因素研究、工作面连续推进方法的研究、工作面直线度控制、调伪倾斜控制、仰采、俯采控制等关键技术研究等5个方面。需要研制自动化所需要的测量推移行程的高精度传感器、刮板运输机姿态的测量系统和控制系统、支架电液控制系统的精准控制和针对连接机构间隙与拉架过程导致的运输机拉回检测机制等。拟解决的技术难点：第一，实时性技术，研究如何达到视频50ms延时的要求；第二，视频清晰技术，解决煤尘影响和低照度问题。

第一，实时性技术。掘进工作面自动化实时性技术最主要的是视频实时性，出于视频辅助远程控制的需要，工作面视频系统的延迟时间要保证小于50ms，否则远程控制的安全性无法保证。采用基于IP网络的数字视频加上CWDM粗波分复用的传输技术可以为工作面提供实时的高清视频。利用视频系统的实时性，在顺槽监控中心辅助远程控制，操作者在远程控制工作面设备时可以通过视频实时观察操作效果、调整操作幅度。同时通过工业以太环网传输数字视频，也可以在地面远程监视工作面运行状况。

第二，视频清晰技术。掘进工作面需要提供清晰的动态图像，简单的做法是采用高清摄像技术和加大摄像机的数量。此外还有一些因素需要考虑和解决：①粉尘问题。掘进工作面在采煤机截割煤层时会产生大量的煤尘，粉尘严重时会完全遮挡滚筒，不利于通过视频观察掘进机的运行时况，给远程遥控掘进机带来困难。②照度问题。掘进工作面没有地面环境下的自然光线，完全是人工照明，如果只是一味加大人工照明的亮度和数量，会带来成本、能耗和管理等方面的问题。因此需要研究掘进工作面低照度条件下的高清成像技术。

结束语：

掘进工作面连续推进实时控制技术研究的重点是解决掘进智能控制另一个问题即高效问题，该任务是确保工作面能够智能控制和自动推进必不可少的一个环节。实现以上的自动关键控制技术，就能将工作面工人数量减少，实现智能控制工作面产量。本文通过对于煤矿掘进自动化的实现路线进行分析，探索如何最终实现煤矿自动化智能开采的最终目标。

参考文献

[1] 工苏或，杜毅博，薛光辉，等.掘進机远程控制技术及监测系统研究与应用[J].中国煤炭，2013，39（4）：63-67.

[2] 刘丹彤.煤矿自动化发展现状及应对策略分析[J].企业改革与管理，2014（20）：137.

[3] 张宇，伶鑫.机械自动化在煤矿中应用的发展[J].企业文化（中旬刊），2013（11）：132.

[4] 刘高宏.挖掘优秀传统文化资源，夯实中职学校德育根基[J].现代语文（学术综合版）.2013（09）.

（作者单位：山西和顺天池能源有限责任公司）