自动化智能开采关键控制技术的探索与研究

黄太光(龙煤鹤岗矿业公司生产技术部，黑龙江 鹤岗 154100)

0 引言

煤矿开采的升级转型是煤矿企业实现长期发展的重要途径。煤矿企业要积极采用自动化、智能化技术，以实现对煤矿开采的远程控制，并通过无人化智能作业方式来提高煤矿开采的安全性和生产效率，因此必须加大对自动化智能开采关键控制技术的研究。在自动化智能开采关键控制技术的探索过程中，要注意及时掌握国内外先进科学技术的发展趋势，并要充分了解目前制约自动化智能开采技术研发应用的影响因素，合理确定自动化智能开采技术方案，积极采用远程控制、视频监测以及视频拼接等技术方法，不断突破技术难点，推动我国煤炭开采的自动化智能发展。

1 煤矿开采自动化智能技术现状分析

随着我国网络信息技术、自动化以及智能化控制技术的不断发展成熟，在煤矿开采中逐步提高了自动化水平，同时自动化智能技术设备也在由单纯依赖进口逐渐向实现国产化方向发展[1]。目前我国一些煤矿企业已经采用了具有机载视频以及截割记忆功能的自动化智能采煤机、全作业面自动根机电液控制设备、智能化煤岩识别技术以及无线通信技术等，部分实现了自动化智能开采控制，但还需要进一步加大自动化智能开采关键控制技术的探索与研究。

2 自动化智能开采关键控制技术研究的影响因素

2.1 影响自动化智能开采关键控制技术研究的环境因素分析

在自动化智能开采关键控制技术的研究中，综采作业面的瓦斯浓度、顶地板状态、仰俯角度、矿压以及采高等各种环境因素都是影响自动化智能开采控制的重要因素[2]。在当前的技术条件下实现复杂环境下的自动化智能开采控制具有较高的难度，因此应首先在具有较好安全条件和地质条件的作业面内进行自动化智能开采控制技术的研究，并不断总结经验，逐步提高自动化智能开采控制技术在不同环境条件下的适应性。

2.2 影响自动化智能开采关键控制技术研究的设备因素分析

要想实现自动化智能开采控制就必须确保各单机设备具有较高的自动化水平，例如液压支架应具备全作业面的自动根机控制功能，而采煤机也需要具有作业面截割的自动记忆功能等，而目前在单机设备的自动化和智能化程度、控制的稳定性以及设备质量性能方面还存在一定的差距。

2.3 影响自动化智能开采关键控制技术研究的技术因素

由于我国煤矿开采目前仍属于简单自动化程度，同时工作人员的操作技术水平也相对较低，因此对自动化智能开采关键控制技术的掌握等方面还存在较大差距。

3 自动化智能开采关键控制技术探索与研究

3.1 自动化智能开采关键控制技术研究

3.1.1 自动化智能开采关键控制技术方案分析

在应用自动化智能开采关键控制技术来进行开采作业时，需要通过视频图像的自动处理、作业面直线自动化智能控制以及综采设备的智能安全感知和姿态智能定位等技术综合应用，来实现，因此需要根据综采工艺要求以及工艺流程等合理确定自动化智能控制技术方案。

3.1.2 自动化智能开采的视频控制技术研究

在自动化智能控制中首先需要获取综采作业面的实时动态视频图像信息，因此需要利用智能拼接技术来自动完成视频监控图像的自动化拼接，从而实现呈现全景动态画面的目的。在对视频图像进行拼接时，由于不同的监控设备在成像时存在一定的差异，特别是在重叠区域特征匹配时会受到选择、平移以及缩放等几何变形因素的影响，因此在图像匹配时首先需要解决匹配分值差异问题。同时在图像配准时还会受到误差累积等因素的影响，给全景图像的拼接效果以及效率增加难度。此外，在架设相机时通常都是设置在煤机或者支架等移动式设备上，因此相机的视野场景也会受到目标物以及其自身运动的影响，这些都是需要在自动化智能图像拼接处理中需要重点解决的关键控制技术。

3.1.3 自动化智能开采的远程控制技术研究

为了了实现对采煤机等开采设备的远程控制，需要应用视频监测系统来获取作业面的图像信息，这样操作者才能控制中心及时掌握采煤机的运行状态，并实现远程控制。因此需要应用数字视频技术来进行视频的存储、处理、发布以及控制，同时还需要应用实时模拟视频控制技术来对远程操作命令的实际执行情况进行监测。此外，还需要结合三维虚拟技术的应用来为远程操控人员营造一个虚拟现实环境，以增强其对操作环境的感知体验。

3.1.4 其他自动化智能开采关键控制技术研究

在自动化智能开采关键控制技术中，还需要利用煤岩分界技术来对煤机滚筒的割岩或者割煤操作进行准确的识别，并要能够根据其截割记忆来实现智能化的自我调整控制。同时，还要加强对煤岩识别技术的研究，以便通过对放煤过程的监测来判断是否有岩石存在，并据此来对放煤时间进行智能化控制。此外，还需要应直线度的自动智能控制技术来对综采作业面的整体弯曲状态进行准确的描述，且要自动将相关数据向电液控制系统传输，从而实现对液压支架前进量的自动控制，这也是准确控制作业面弯曲度以及保持开采作业连续进行的技术基础。

3.2 自动化智能开采关键控制技术研究重点分析

在自动化智能开采关键控制技术研究中，动态监测技术、实时联动控制技术、综采面的推进预测以及计算机仿真技术的综合应用是确保开采设备连续正常运行、且所有设备姿态控制均能够达到目标性要求的难点技术，也是自动化智能开采关键控制技术研究的重点环节。因此在自动化智能开采关键控制技术研究中要加强对综采面推进连续性影响因素、连续推进方法以及俯、仰采、直线度和调伪倾斜控制等多方面关键控制技术的研究。同时还需要加强刮板运输机自动化姿态测量控制、移动式高精度传感设备以及高精度支架电液控制设备的研发，并要加强对运输机在拉架过程的拉回检测机制以及连接机构间隙等问题进行重点的研究探索，逐步解决将实时视频传输延时控制在50ms以内、避免煤尘以及低照度等因素对视频清晰度影响等技术难点问题[3]。

3.2.1 自动化智能开采的实时控制技术研究

实现开采自动化智能控制的关键之一是要确保视频传输的实时性，同时为了满足远程控制要求，必须要将综采面视频实时控制系统的延时控制在50ms以内，一旦超出这一延时标准，将无法有效保障远程操控的安全性。目前采用CWDM技术通过粗波分复用结合以IP网络为基础了数字视频传输技术来获取高精度的作业面视频画面，该视频系统具有较好的实时性能。这样工作人员就可以在顺槽控制中心的帮助下实现对综采作业面设备运行状态的动态观察，并能够根据其操作效果来对操作幅度进行适时的调整，以实现对设备的远程控制。

3.2.2 自动化智能开采的高清视频控制技术研究

视频动态图像的清晰度是实现自动化智能开采控制的关键技术难点之一。虽然可以采取增加摄像机台数以及采用高清摄像设备等技术方法来改善动态图像，不过由于采煤机在对每层进行截割开采时往往会有大量煤尘产生，其会将滚筒完全遮蔽，严重影响了对采煤机运行状态的观察控制。同时由于在综采作业面缺乏自然光照条件，仅能依靠人工照明方式来保持较低的照度，而简单采取增加照明设备数量或者提高照明功率的方式会造成开采成本以及能耗的增加，因此需要加强在低照度环境下提高成像清晰度技术的研究，从而为自动化智能开采的实现创造良好的条件。

3.3 自动化智能开采关键控制技术研究的主要发展方向

在自动化智能开采关键控制技术研究和探索中要及时把握网络信息等先进科学技术的发炸动态，以确保自动化智能开采关键控制技术研究具有一定的前瞻性。在未来的研究中要加强对数字化远程调度以及监控平台技术的探索，要在对综采作业面远程监测的基础上逐步实现对三机自动化同步的远程控制、设备运行故障的智能预测以及自动报警等，从而全面提高开采作业的自动调度控制能力和综采系统的柔性控制能力等。

3.3.1 加强与GIS等技术的融合

通过与GIS技术的融合可以在井下电子地图中存储监测数据，这样在地面就可以通过计算机系统直观的获取监测数据，同时GIS技术的可视化功能还能够直观的显示采煤机等设备所处位置以及运行状态，从而为地面远程控制提供便利。

3.3.2 加强与UWB定位技术的融合

由于在综采作业过程中对信号传输频谱以及数据传输速率的限制较少，因此可以结合UWB定位技术来进行监测数据的传输。UWB技术具有系统结构比较简单以及低功耗等特点，而且其技术应用成本也相对较低，并能够高速率的数据传输，能够很好的适应巷道以及综采作业的通信要求。同时，在采用了UMW无载波技术后，不仅进一步降低了其功耗以及技术成本，而且也更适合本安电路设计的要求。因此在未来自动化智能开采关键控制技术的研究中要加强与UWB技术的有机结合。

4 结语

在煤矿开采的自动化智能发展中要结合其开采工艺特点建立数字模型，并通过网络信息技术、动态监测以及远程控制等技术应用构建可视化平台，从而实现对开采过程数据的动态管理，并能够通过语言、图像等来对开采作业面进行远程遥视、遥测以及遥控，以达到自动化智能开采的目标，推动我国煤矿开采的无人化发展，降低工作人员的劳动强度，全面提升煤矿开采作业的安全性和生产效率，为我国的社会经济发展提供更加充足的能源保障。