煤矿综采工作面智能化管理系统的设计与应用研究

孙海伟

摘要：我国是一个能源丰富的国家，煤炭资源是我国能源的支柱，这主要得益于煤炭自身的高效性和节约资金等特点。在未来发展的很长一段时间内，由于世界经济环境的影响和烘托，煤炭的使用比例仍占据榜首，在我国国内范围使用仍然较广。随着工业革命浪潮的兴起与推进，信息技术手段愈发健全，互联网经济的地位也日益彰显，人工智能技术的普及与应用，都为煤炭的绿色安全可持续发展奠定了良好的基础，使得煤炭的智能化发展成为一种必然选择。

关键词：煤矿智能化;综采工作面;系统设计与应用

引言

随着经济的发展和社会的进步，我国的煤炭开采技术不断发展成熟，煤炭工业逐渐由劳动密集型产业向资本密集和技术密集型产业转化，煤炭的开采工艺在实现综合机械化的基础上，逐渐向智能化和自动化发展转换，随着可持续发展观念的传播，国内的煤炭企业越来越关注生产上的技术进步和技术换代。实现煤炭生产的智能化综采能够有效地提高煤炭生产的质量，同时降低工人的劳动强度，这充分发挥先进设备的效能，总体上提升了煤炭生产的效率。本文从某矿区的煤炭生产现状出发，研究了综采工作面自动化系统的功能实现问题，力求为矿区的煤矿生产业作出积极贡献，实现综采工作的全面自动化和智能化。

1煤矿综采工作面概况

某煤矿企业正在开采的8号煤层，厚度为2.1～8.1m，平均4.76m。煤层的倾角为3～9°，平均5°左右。采煤机采高以及放顶煤高度分别为3m和2.75m。煤矿综采工作面使用的采煤设备及其他配套设备数量和种类很多，主要包括采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机、胶带输送机、水泵等。在以往的实践中，对这些设备的控制比较分散，导致设备的管理、控制质量与效率都偏低，工人的劳动强度大、采煤效率低，在一定程度上制约了煤矿企业的发展。基于此，矿井拟采用先进的智能化技术对工作面中使用的设备以及整个生产过程进行管理。

2智能化综采工作面系统技术的发展过程

煤矿开采是一个复杂的过程，煤矿的工作环境非常复杂。与其他普通行业相比，煤炭行业的智能化建设相对困难和滞后。目前，某矿区综采工作面系统建设仍存在诸多问题，未来仍需进一步推进和发展。该矿区智能综采工作面系统功能

不断完善，已具备基本生产能力，基本实现自动化生产。目前，在煤炭开采中，采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、泵站、组合开关等常用技术设备大多具有数据通信和远程控制功能。同时，在实际生产中，这些设备还可以充分利用信息网络系统和各种接口进行双向数据发布。智能综采工作面系统的开发经历了一个漫长的发展过程，并不断优化和成熟。

智能综采工作面系统是一项高度集成的技术，主要由传感器技术、通信技术、自动化技术和信息技术组成。它是一种配有采煤机自动导航、三机联动和实时地面设备的实时设备，具备智能化、自动化、无人化技术生产模式的监控功能。这种煤炭生产智能化生产模式是王金华等首次提出的，他们全面介绍了智能工作面系统需要突破的关键技术、应用效果及存在的问题，科学论证了中厚薄煤层智能开采的生产模式。之后，宋振起重点讲述了煤矿开采技术突破的难点。今后，煤矿的发展方向将逐步向安全高效智能化方向迈进。在煤矿的具体开采工作中，监控系统和决策系统的目标是实现信息化、智能化和自动化。在实际开采过程中，不断完善开采系统，力争逐步实现远程遥控机械化和自动化。在发生自燃灾害时，需要更自动化的决策指挥系统和机械控制系统。葛世荣系统阐述了煤矿设备在智能化改造过程中“三感、三自适”的技术框架。马宏利等主要提出了采煤机滚筒接触不同煤层时的煤岩识别新技术、记忆切割技术和井下数据传输技术、加高滚筒的切割电机负载和前后室压力变化等，有利于采煤机手动控制、上位机自动控制和远程控制三种控制工作方式及相关工作参数的实时监控。黄增华提出了综采工作面自动控制技术开发平台，并展望了其技术发展趋势。王国发分析了综采工作面自动化、智能化、无人化开采的主要技术问题、制约因素及目前的发展问题，探讨了其发展方向和技术。

3煤矿智能化综采工作面系统设计与应用探讨

3.1系统架构

综采工作面信息系统作为一个现代化的高效率的系统，主要服务于相关的煤炭工作人员，包含三个主要部分，分别为采煤机、支架电液控制体系和工作面三机通信控制体系。综合工作面系统由多个部分组合而成，单一部分不仅包含单个工作面，还包括多个工作面体系。多个工作面主要构成了我国当前的矿区人工智能体系，该体系结构复杂且精细，主要由多个部分组成。对工作面检测集成体系而言，主要位于第一阶梯，且根据煤炭工作现场的实际情况来进行数据收集，该系统包含了数据检测、系统检测等多个主体部分。对于数据检测而言，主要针对的内容为综采工作面;对于系统检测而已，主要发生在煤炭的主运输体系中。

3.2集成方案

智能化综采工作面系统的集成主要是以综采工作面智能控制系统为核心，同时将采煤机控制系统，支架电液控制系统、工作面”三机”通信控制系统、运输控制系统、泵站控制系统和供电系统进行集成，最终实现对综合机械化采煤工作面设备的协调管理与集中控制。集成系统在地面的调度中心建立综采工作面检测控制平台，以实现工作面的设备检测、诊断和数据分析、数据发布等功能。

（1）液压支架智能化控制系统是在支架电液控制系统的标配基础上通过增加多种传感器的方式来实现支架的智能化控制功能。其配置有支架控制器、驱动器、传感器和各种信号转换器、地面监控中心服务器等各种仪器。（2）采煤机的智能控制系统通过工作面的视频系统来实现对采煤机的定位和视频跟踪，其能通过工作面的巷道远程操作台来控制采煤机的速度，能使采煤机依据特定的速率和程序来自动运行，同时工人根据采煤机的具体运行情况在需要进行人工干预时及时采取措施。这种智能化操作系统要求采煤机具有更成熟和强大的功能，如参数检测功能、感知和控制功能、定位功能、主动式采煤机与运输系统的状态自动协调的功能，紧急闭锁功能等。（3）刮板输送的智能控制系统是以工作面刮板輸送机、转载机和破碎机等机器综合利用为基础的在线监测集中控制系统，其具备检测减速器和电动机温度、降压启动双速电动机、“三机”启停和软启动集成控制等多种复杂功能。第四，泵站智能控制系统是配置有各种传感器来对泵站进行状态预警与保护，具备电控液压等功能，能够实现乳化液泵站的空载启停、系统压力波动的最小化及系统瞬间供液最大化的智能控制系统。

结束语：智能化的煤炭综采工作面系统是条件适宜的煤层高效开采技术的发展方向，智能化、自动化、安全高效的煤炭开采理念是时代发展的需要。目前神东矿区进行了智能化综采工作面生产的应用探索，其智能化综采工作面系统已经得到了巨大发展，取得更好的经济效益和科学效率，但距完全自动化、排除人工干预的全智能化还有一定差异。未来，神东矿区将致力于构建更成熟更全面的专家数据库，建立起专业的机电专家支持机制，不断研发煤炭开采的核心技术，将煤炭工人从人工生产中解放出来。

参考文献：

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