综采工作面智能开采关键技术实践分析

（山西泽州天泰坤达煤业有限公司 山西 048100）

煤炭是影响国家经济发展的重要因素，煤炭开采受到了社会各界的广泛关注。随着科学技术不断发展，机械化、自动化及智能化技术逐渐应用于煤矿开采作业，极大地提高了开采质量与效率，为煤矿行业的健康发展注入了新的活力。煤矿企业应加强重视，逐步完善综采工作面智能开采关键技术，使其为生产服务，提高自身的经济竞争力与社会竞争力。

1.概述

(1)综采工作面智能开采现状分析

21世纪后，智能技术飞速发展，综采工作面智能开采研究如火如荼，但受地形、设备限制，我国煤矿综采工作面智能开采中还存在几项问题。①摄像清晰度低。摄像设备在井下工作时受粉尘、水雾等因素影响，清晰度难以保证，无法拍摄清晰的设备运行状况与岩层形态，阻碍远程监控与操作。②工作面自动找直系统不完善。结合现有经验，采煤作业一定时间后，工作面会发生偏移，影响刮板输送机、采煤机等设备的稳定运行，需要找直系统实时监控工作面数据进行调整。③液压支架自动化程度较低。此问题主要出现在地质条件较差的综采工作面，支架跟机自动化程序较为单薄，配套设施不完善，无法结合井下环境实现快速推移，丢架及拉架不到位问题时有发生。④智能设备性能较差。目前煤矿行业尚未建立科学完善的自动化系统标准，系统质量参差不齐，严重影响综采工作面智能开采的可靠性、稳定性与及时性。

(2)综采工作面智能开采阶段划分

煤矿开采作业中受地质水文条件影响，智能开采技术应用受限，需要分阶段、分地形逐步实施完善，可先在地质条件良好的区域实施，然后向全区域过渡，先实现简单的集中控制与自动化生产，再逐渐发展为智能控制与无人化生产，从而全面提升煤矿开采的科技含量与智能化水平。综合分析，综采工作面智能开采可划分为以下4个阶段。①监控工作面关键设备运行，基本实现系统集中化自动控制，但还需要人工辅助，智能化程度较低。②同时感知设备信息与部分围岩信息，若地质条件良好，可根据反馈信息实现自动开采控制。③全面感知地质信息，实现复杂地形的规划开采。④全程智能感知，实现无人化智能调节，降低人力成本，工作效率大幅度提升。目前我国综采面开采尚停留在第一阶段，部分企业应用了第二阶段的关键技术，智能化水平需持续提升。

2.综采工作面智能开采关键技术分析

(1)远程遥控技术

远程遥控技术在综采工作面中应用较为广泛，一定程度上减少现场操作，有利于营造安全舒适的工作环境，为员工的生命安全保驾护航。远程遥控技术需要建立科学可靠的通讯网络，借由计算机技术、通信技术等控制采煤设备进行生产。该项技术除可远程操作设备外，还可以监控煤炭开采过程，及时发现生产异常，为后续开采工作提供支持。随着远程遥控技术的发展，现场操作逐渐减少，但距离实现完全无人化还有较大距离，应加大研究力度，精进远程遥控技术等智能开采技术，以此提高煤炭开采效率，推动煤矿企业更快更好的发展。

(2)煤岩自动识别技术

煤岩自动识别技术在煤炭智能开采中占有举足轻重的地位，与开采方向及效率息息相关。此项技术应用时，技术人员操控相关设备自动识别煤矿岩层数据，经过精密计算后制定合理的开采方案，帮助企业尽可能多的开采煤炭，提高经济收益。在开采过程中，煤岩自动识别技术还能及时发现异常岩层信息，方便及时应对处理，避免不必要的经济损失与人员伤亡。现阶段，煤岩识别包括超声波、紫外线、红外线、雷达脉冲等多种形式，可深入煤层探测煤炭种类及分布情况等信息，企业可根据实际情况选择合适的自动识别技术。由于地质水文条件复杂，煤岩自动识别技术还需继续完善，须提高识别的准确度与精确度，使其在复杂环境中仍有良好的识别效果。

(3)工作面直线度检测与控制技术

综采工作面的直线度是保证机械设备稳定运行的关键，但工作面调直操作难度较大，无法满足设备正常使用需求。目前，我国大多数煤矿企业使用工作面直线度检测与控制技术进行工作面自动调直，针对地质条件较为简单的综采工作面应用效果良好，但在复杂地形中精准度还需继续提高。工作面直线度检测与控制技术应用时需综合考虑采煤设备间隔、工作面顶底板情况、供液压力、传感器精度等多项因素，尽可能保证支架在自动跟机过程中精准移位。值得注意的是，现有的直线度检测设备十分昂贵，为降低成本需研究更经济的检测装置，并进一步优化调直程序，提高精确度。

(4)多传感器技术

综采工作面智能开采的特征之一是实现无人化操作，基于此，需发展多传感器技术将井下机械设备的运行数据、周围环境数据（温度、压力、氧气含量、有害气体含量等）实时传输至地面控制中心的计算机内，利用大数据分析技术分析煤矿开采的具体情况。多传感器技术即可保证众多数据及时传输至地面，又能确保数据不失真，有利于快速找出井下的安全隐患，降低事故发生风险。此外，该项技术还能帮助技术人员实时调整开采方案、完善生产计划，有效提高生产效率，为煤矿企业的良好发展提供助力。

(5)高速通讯技术

高速通讯技术是实现综采工作面智能开采的基础，为其他智能开采技术的应用提供支持。目前，煤矿生产的各个环节都需要进行信息交流，传统开采模式中，因煤矿开采需深入地下，地上地下沟通费时费力，不仅影响生产效率，还存在安全隐患，高速通讯技术的应用可实现高效沟通，确保信息传递及时准确，保证了人员生产安全，同时提高开采效率，有利于促进煤矿企业的快速发展。

(6)大数据集成与共享协同控制

在综采工作面实现智能开采需要设备自身及邻间配合产生感知，安装大量的传感器，设备运行产生大量数据，确保数据快速准确的传输、分析、应用十分重要，有利于进一步提高设备感知识别效率，确保控制系统安全稳定的运行。大数据集成技术可有效融合不同类型数据，经过共享协同控制可形成智能控制系统，为综采工作面开采工作提供方案支持。大数据集成与共享协同控制还具有模拟和报警功能，通过历史数据建立监控模型，针对井下开采状态控制多个机械设备，实现智能协同控制。

(7)液压支架控制技术

液压支架是煤矿开采中不可或缺的重要设备，起支撑作用，保障井下作业安全。因综采工作面凹凸不平，底座与顶梁出现倾斜在所难免，同时液压支架使用过程中会与工作面围岩产生耦合作用，为保证设备正常运行，液压支架顶梁会呈现俯、仰状态。针对这一情况，需对液压支架状态信息进行监控，防止液压支架倒塌造成严重的安全事故。液压支架控制技术应用中需重视以下几点：第一，提高精准度。支架状态需要自动感知，及时了解关键位置的受力情况，提高感知精准度才能真实反映支架支护状态。第二，创新自主调控支架。液压支架的自适应控制需要相应结构支持，应扩大支架的可调节范围，从而更好的适应采高和围岩条件变化。第三，实现液压支架群组控制，综采工作面需要多个液压支架提供支撑力，实现群组控制能更好的分配阻力，确保井下作业安全。

3.综采工作面智能开采的发展趋势

随着科技水平不断提高，智能化生产已经成为煤矿行业发展的必然趋势，基于此背景，未来提高综采工作面开采的智能化程度需从以下两方面入手。首先，完善软件系统。工作人员需在现有操作系统的基础上，融合智能软件，确保每一个系统都能独立运行，经过智能设计连接后可实现集中控制与统一调度，提高智能开采系统的兼容性与高效性。完善系统软件能在系统出现问题时将不良影响控制在一定范围，确保开采工作顺利推进。其次，开发智能生产设备。未来综采工作面智能开采以无人化为建设目标，需配备智能化程度较高的生产设备，并建立煤基多元协同与原位流态化开发一体化的新型能源系统。煤矿企业应加大科研投入，研究开发成套的智能开采设备，为实现智能生产提供硬件支持。

4.总结

综上所述，智能开采关键技术对综采工作面开采效果有着至关重要的影响，需加大开发研究力度才能提高企业竞争力，同时为整个行业的良好发展添砖加瓦。目前，综采工作面智能开采关键技术在应用中还存在部分问题，煤矿企业应结合实际情况选择合适的智能开采技术，并从软件与设备方面进行优化，充分发挥智能技术的优势，全面提高生产效益。