我国煤炭综采工作面智能化开采探讨

李 斌

（晋能控股煤业集团马道头煤业有限责任公司，山西 大同 037101）

引言

目前，在国家宏观政策调控下，煤炭业正处在产业结构转型、升级的关键时期。面对传统工业和新型技术有效融合的大趋势，煤矿产业势必要做出新的调整，煤炭综采工作面智能化是第一选择。然而在实际操作中，由于环境、安全等因素的限制，煤矿产业很难顺利完成智能化升级，其先进的智能理念、日趋完善的技术、相匹配的智能开采设备需要逐步升级，早日代替传统的煤炭开采技术。基于此，对煤矿综采工作面进行研究，并深入探索其智能化进程，有着重要的现实意义。

1 我国煤炭综采工作面智能化开采技术发展规划

与世界发达国家相比，我国在煤炭综采工作面智能开采技术发展上有些滞后。随着我国将煤炭绿色智能采掘装备列入能源装备发展任务之一，明确指出要加快研发煤炭智能化开采技术，力争做到机械化与自动化相结合并成功替代人工操作，避免将人置于危险工作环境中，鼓励煤炭工业也不断深入探索“互联网＋人工智能＋自动开采”的绿色开采新模式。如今我国很多煤炭企业已陆续开始采用煤炭综采工作面智能开采技术，有效提高了煤炭开采量和开采效率。

按照我国煤炭综采工作面智能化开采的规划，未来大致会经过四个阶段，第一阶段主要以设备单机自动化为主，包括液压支架自动跟机、采煤机记忆割煤；第二阶段主要以设备工作自动化为主要特征，其中包含了工作面设备的协同控制、视频辅助；第三阶段以工作面数字化技术引入为主要特征，包含透明工作面＋自动规划采煤，最终达到第四阶段以综采设备自适应开采＋深度智能学习替代人工干预的智能化开采阶段。我国目前已取得了以“支架电液控制＋记忆割煤＋可视化远程干预控制”的综合自动化控制为代表的一系列创新成果。

2 煤矿综采工作面的智能化开采设备

2.1 智能采煤机

相较于传统意义上的采煤机，智能采煤机可谓实现了质的飞跃。在实际的开采作业中更注重实际需要，不仅能设计出多种运行方式，更是具有高效、高产、安全等特点，能有效联动控制刮板输送机和支架。为了更好地完成监测、协调、信息采集工作，借助了MEMS 传感器技术，不仅使对于采煤机位置关系的有关计算、演绎不再繁琐，同时提高了“精准预测”其运行轨迹的可能性，让闭锁采煤机及其相关设备间的“智慧”联动不再遥不可及。将智能系统嵌入采煤机，实现了对煤炭分界的自动化探测以及记忆截割等，结合采煤工艺，可以进一步满足支架调斜、倾斜切刀、跟机作业等需要，除了完成基础工作外还能满足“个性化”需求，让工作面组成一个智能有机体。将采煤机远程操作平台设置在监控中心，就可以实时通信，操作系统中的视频系统可“升降滚筒”的指令，指令下达、实现连接，在完成传输信号后，即可对采煤机进行远程控制。

2.2 智能液压支架

煤矿综采中的液压支架电液控制系统，就本质而言，它其实更像一种附加性产品，生产支架架设完备之后接入，并没有在液压支架的构造中充当完全适配的角色。为了融合支架的控制器、机械构造、传感器等，使其高度配合运作，进而让其作为机电一体化整体存在，进一步减少支架的费用，大幅提升支架自动化水平，后续有关产品、设备必须将“电液控制系统在监控中心完成液压支架的远程控制台构造”的需要提前进行确认，建议将其放在设计的初始阶段。

电液控制系统有效应用于综采工作面液压支架，并且在实际操作中进一步普及后，自动化跟机的功能在伴随采煤机的支架上得以凸显。伴随采煤机运行的自动化，使其主导液压支架远程控制，期间作为辅助的“人”的参与，实现了远程操作的人为影响。当然，参照“三平两直”的标准，液压支架现阶段的发展水平还有待提高。面对差距，需要跟随实时监控视频的指引，配合机器视觉技术，及时计算相对位移，在误差最小化的前提下进行调整。

2.3 智能刮板运输机

在煤炭的输送阶段，为了更好地完成输送任务，通常需要对刮板运输机进行检测，其中重点监测部分是它的直线性；而作为采煤机的支撑部分，平整性也是非常重要的。为了确保直线性、平整性，防止“下滑上窜”情况的发生，需要及时地控制、检测它与支架间的相对范围，同时深入剖析刮板运输机的定位问题，进而知悉它们对彼此的影响。

3 煤矿综采工作面辅助开采的智能化技术

3.1 支架防碰撞技术

支架防碰撞技术是一种侧重于安全性、主动的防碰撞系统，具备将视听报警信号事先发送给相关人员的功能。在探测采煤机周围的阻碍物时，主要借助雷达探测，假设探明采煤机前存有障碍物，雷达探测技术将会发挥它的功能——感知且暂停采煤机的运作，直至相关工作者解决了探测到的问题。智能化技术的采用使系统可以自主运行相关检测、紧急制动等功能，极大地降低了碰撞现象发生的概率。

3.2 视频监控技术

视频监控技术的重点应用领域，是综采工作面的模拟采矿系统，参照现实环境，借助虚拟现实技术建构采矿场景。在这个三维的立体空间中，工艺装置被极大地仿真，在“相同”的场景中，技术人员可“感受”煤炭开采的整个过程，同时，与系统交互的过程中，操作者实时地“穿越”在各个空间，空间广度涉及模拟的整个范围。该系统除了可以模拟现象、对物体进行识别等，还能确认空间的状态，并调整其运行状况，输入、处理所需要的信息。高度还原实际采矿环境的三维化场景，是它的显著构建特征，而通过模拟所获取的一系列工作参数、装置动态图以及其他平面图等有用信息，对于评价生产目标，优化生产设备、系统等意义重大。

3.3 实时控制协议技术

综采工作面远程遥控需要在实际操作中将传输视频延时性进一步缩进。通常，结合支架以及采煤机独有的控制标准：视频端与端之间的延时，理论上不可以超过50 ms。基于此，实操过程对图像摄取、信息传输、解码、储存等方面提出了较高要求。由于工作面距离较长，而采煤机附近相关设备需要感知、采集、呈现的视频，均需兼顾摄像仪的容量及数字视频系统中的信号，在完整呈现之前，少不了传输、编码解码、数字化等操作，这往往促进了大于300 ms 的延时的产生。因此，在设备智能化与系统优化的过程中，还应完善数据采集、信息呈现等密切关联的技术[1-4]。

4 结语

在采煤产业持续发展之下，对安全重视程度的提升、高效高产的目标指引，使得煤矿综采工作面在社会信息化潮流中不断趋于智能化。结合实际需求，顺应时势，并以智能化为发展方向，才能完成相关产业转型、升级的目的。只有不断加快煤矿开采智能化发展的脚步，煤矿综采工作面智能化才能推进真正意义上的“改革”，进而助力国内煤矿企业进入新的可持续发展阶段。