对煤矿综采工作面智能化开采技术的应用分析

＊许 宝

（山西中阳华润联盛苏村煤业有限公司 山西 033200）

引言

目前，随着我国信息化和智能技术的发展，提高矿山智能化采煤水平已成为今后煤炭工业发展的重要趋势之一。煤炭地下智能化开采需要解决智能资源勘探、先发制人探测等问题，煤层地质特征预测，实时数据快速传输和反馈，数据共享，钻井智能精确定位，智能检测和维护，而问题的解决需要新的技术和地下工程的有机结合。我国正处于转型升级的重要阶段，由于传统产业的有效整合和网络新技术的影响，煤矿企业发生了非常显著的变化。其中，传统装备与智能技术的融合，可以实现煤炭开采智能化，推动行业升级转型。同时，受环境和安全因素的制约，煤矿企业迫切需要先进的智能矿山设备及配套技术。有鉴于此，探索综采煤矿智能化开采是非常现实的。

1.煤矿综采智能化工作面的技术优势

(1)有利于提高机械化水平

加强自动化技术在煤矿中的应用，提高采煤作业的自动化水平，将矿工的工作量控制在合理范围内，降低煤炭企业的劳动力成本，带动产业升级。结构和保证采煤。总体而言，自动化采矿技术、计算机设备应用广泛，计算机处理大量数据，帮助计算多种数据，并通过不断优化数据在全机械化开采中实现自动化，提高采煤技术的效率。

(2)有利于形成对高难度开采工作较高的应对能力

综采工作面智能化技术的功能主要体现在无人采矿和系统测试中，应用后可顺利完成采矿作业。其中，无人采煤功能，借助远程操作设备，让操作人员在地面上远程控制设备，保障煤矿开采的顺利进行，防止井下事故的发生，防止井下复杂因素对矿山的影响。不同的煤矿条件需要采用其他采煤技术，如短壁综采，因其空间小，对厚煤层煤矿的适用性强，突破了空间有限的影响，提高煤矿工作效率。

(3)监控参数以确保实时性能

在综采工作面中，智能设备及其技术系统可以实现智能数据监控。例如，地面调度室的智能集成系统不仅可以用钥匙启动和停止，还可以监控实时工作设备的启动、运行、装载和暂停，确保综采工作的顺利进行，并更及时地发现综采工作面机械化开采中存在的潜在问题，提高综采工作面机械化开采时间。

(4)智能化开采阶段划分

智能提取是自动提取的高级阶段。通过对设备的智能学习实现自动提取，减少了人工参与采矿过程，显著提高了采矿的效率和安全性。中国的煤炭开采正朝着智能开采方向发展，从第一座炸药矿到通用机械化的种子开采，现在正朝着全机械化的开采方向发展，但中国的智能开采仍处于初级阶段。煤矿智能化的发展是一个长期的阶段。根据技术特点，煤矿智能化发展可分为四个阶段。

①智能采矿阶段1.0

智能提取的第一阶段是感知工作面，包括推进速度、位置和采矿设备的其他数据。在此阶段，初步建立了以采矿系统自动控制为主的模式，并通过人工干预进行整合。

②智能采矿阶段2.0

在第二阶段，智能采掘系统必须感知采矿设备的姿态和围岩信息，并且必须根据接收到的信息检查工作面的正确性和关键采矿设备的姿态。本阶段仅适用于地质环境较好的工作面。

③智能采矿阶段3.0

第三阶段，在前一阶段的基础上，增加对围岩和工作面地理信息的感知。本阶段首先需要培训工作面信息的透明度，并在透明度的基础上进行切割方向的计划提取，以适应地质条件更复杂的工作面。

④智能采矿阶段4.0

该阶段是智能提取的最后阶段，也是一个理想的目标。在这一阶段，对工作面信息的感知更加完整，对工作面采矿设备控制的人工干预更少。最后，可以独立修改和控制矿井工作面内的采矿设备，完成整个开采过程和设备移动，整个过程无需人工干预。目前，我国只有少数智能矿山在第二、三智能开采阶段进行了一些关键技术的试验，距离第四智能开采阶段的目标还有很长的距离。

(5)自动控制以提高精度

综采工作面支护自动控制、降尘自动化系统、耦合控制系统、综采顺序控制等。在综采工作面实施自动控制技术，将以前的人工控制和机械化作业内容纳入智能系统，通过计算机系统进行智能控制，有助于减少人工操作造成的误差，提高综采作业的精度。

(6)智能分析提高科学性

在旧的综采系统中，虽然引进了许多采煤机，但它们优化了操作过程，规划了操作轨迹，承载能力分析和其他工作仍取决于从业人员的经验。智能采煤机的引入可以收集准确的定位数据，智能规划，全面规划机械化采煤轨迹，调整滚筒高度，分析报警和自动故障的原因，根据综采区域的实际参数、实时地理条件、装载状态等数据，实时进行智能分析，不断优化综采工艺，提高煤矿整体功能的科学性。

2.智能化综采工作面技术特征

基于智能综采工作面的技术特点，主要体现在以下几个方面：一是液压支架的智能控制。这部分主要包括多个方面，例如监测和控制支座与围岩的连接，长期观察表明可以确保综采过程的基础，达到智能调节。最重要的是，可以改变过去传统的喷洒方式，达到智能操作的效果。第二，在自主定位过程学习和智能操作的轨迹下，也可以有效避免过程中的一系列安全隐患。第三，所应用的工作台面运输设备的最大特点在于具有电气软启动和负载特性，同时在实现故障目标诊断的同时，可以获得有效的通讯控制和自动控制。

3.煤矿综采工作面智能化开采技术发展状况的分析

(1)煤流系统智能化技术

与一些发达国家相比，我国煤矿综采工作面智能化技术呈现出一定的滞后性，经过几年的发展，我国首次研制出综采工作面智能化技术。目前我国许多大型煤矿采用综采工作面智能开采技术。通过这一措施，不仅增加了日产量，提高了相应的开采率，而且依靠相关的智能监控方法，延长了煤矿的开采时间，在这一过程中，采煤技术逐步实现了智能化，相关设施的使用率也得到了提高，伤亡事故的概率也降低了。单机自动化能力的加强使综采智能开采技术的发展更加顺利。结合具体国情，加快综采工作面智能开采技术的研究与开发势在必行。综采多个工作面对应的空间很窄，温湿度很高，煤尘多，相关技术人员在操作相关设备时，一旦发现瓦斯爆炸，将导致伤亡事故的发生。鉴于综采工作面相应设备系统的复杂性，很明显，以前的手动控制方式无法避免控制不当的发生，因此无法避免发生故障的可能性导致无法确保相关设备的安全，并且在应用和监控过程中，不同设备的独立运行状态，无法做到有效结合，从而达到集中处理相关信息的目的。

(2)围岩与支架耦合控制

综采工作面支护模式是一个亟待更新和变革的环节。围岩与支护的耦合控制是传统支护模式发展的新趋势。特别是在复杂的采矿实践中，为了实现智能概念，有必要进一步分析支架的耦合控制。围岩与支护的耦合控制以深部巷道耦合理论为理论基础，通过对煤壁参数的分析和设置，构建了液压支架结构，分析了检测系统检测到的信息的耦合比，构建了初始支撑力智能补偿、快速防倾报警、千斤顶调整等多级联动机构。实现围岩的耦合控制和智能化系列化控制。在综采过程中，特别是复杂地质开采过程中，围岩与支护的耦合控制可以扩大智能系统对地质环境的容忍度，提高围岩和液压支架的稳定性，进而确保全球智能系统的稳定性。

4.煤矿综采工作面智能化技术与设备

(1)支架防撞技术

主动安全防撞系统可以安装在采煤机上，属于感应装置，可以提前向采煤机发送视听警告信号。雷达检测和机械防撞的主要功能是结合雷达检测技术检测采煤机滚筒附近的障碍物，如果系统在采煤机操作前检测到障碍物，采煤机操作将暂停并待机，相关工作人员及时进行解决。操作原理是基于剪切机的平稳运行，即系统状态不工作，当采煤机即将接近采矿设备、液压支架或工人时，系统会发出警报。如果驾驶员在发出警告后没有采取加速/减速制动等具体措施，系统的紧急制动系统可以自动启动以避免碰撞。

(2)视频监控技术

综合开采面模拟开采系统增强虚拟现实技术，构建三维真实开采环境，模拟作业过程设备和采煤全过程，系统可与操作者互动，实时穿越所有空间，达到系统仿真的全部范围。该系统可以确定空间状态、管理物体的运动、识别物体、输入和处理信息集、模拟自然现象、识别物体等。该系统的一个显著特点是构建了一个非常接近的三维环境。结合计算机在实际挖矿状态下，显示当前挖矿状态，一组设备运行参数，各种设备动态渲染，生产系统当前状态规划等。实现了各类设备开采参数的评价和优化目标，这是生产系统的基础。

(3)记忆学习

在这个过程中，操作者通过采煤机的遥控器来完成对煤炭的演示切割，所以教学是手动完成的，在这个过程中，可以根据采煤作业的具体情况开发套装，通过一个循环完成相应的煤矿作业。在采煤作业中，操作者必须根据具体情况，科学地调整采煤作业所用滚筒的高度，在具体调整时，必须进行适当的调整，以保证调整的合理性和顺利进行后续的煤炭开采作业。考虑各种因素的影响，如液压支架的运动速度、刮板输送机的承载能力、采煤机的牵引速度等。在采煤过程中，可以通过应用性能好的采煤机进行记忆切割，记忆数据可以根据剪切位置和方向的不同段进行。

(4)井下数据分析系统

数据分析是现阶段智慧采煤和智能开采最重要的任务之一。目前煤矿智能化开采的进程主要涉及8个子平台。因此，数据分析非常重要，无论是从技术角度还是从实际操作和具体操作层面来看。同时，智能采煤过程中呈现的逻辑模块需要从众多传感器中获取煤矿的具体数据和信息，工作人员必须利用这些信息和数据来高效地分析开采规律。我们进行综合分析以适应智能采矿的各种环境。综上所述，在当今的煤矿开采过程中，准确的信息和数据分析系统可以有效地支持员工更加清晰、全面地了解在煤矿开采过程中面临的困难和问题，也可以进行针对性的解决。

5.煤矿智能化开采技术展望

(1)实现工作面规划开采

要科学识别煤层分布，有效确定矿区位置，利用智能开采技术的煤矿分布分析系统，确定在开采过程中能否实施良好的施工方案。可以检查所有的采矿路线是否与智能采矿设备兼容。一般来说，在规划开采过程中，需要科学控制基础地理信息的开采面，在开采过程中实时获取推进位置的位置信息，可以通过以下方式实现。地理信息系统与配套推进测量系统的组合识别技术，可确保在采矿作业过程中位置控制的前提下，有效、准确地实施规划设计。

(2)自动化和人工辅助操作系统双控机制

自动化系统可以解决施工人员大部分危险、低效和劳动密集型的工作，提高实际生产效率，但自动化技术往往受到许多不确定因素的影响，不可避免地会出现一些问题。因此，应该能够配合人工辅助操作系统，实现运行过程中的人工监控机制，可靠地发现各种问题，及时反馈相关信息，实现持续优化改进机制。

(3)智能机器人集成设备

机器人生产工作可以增加劳动力短缺的解放，同时提高整个工作过程的安全性，实现高效准确的施工工作。智能机器人集成技术是实现整个采矿工作流程的全程无人化，所有工作步骤都准确无误。以规范的操作流程完成，实现工作发展的整体进度。

6.结束语

基于目前不断将先进技术和装备应用于煤矿综采生产的发展现状，可以采取科学的集成方案，完善系统架构，整合原有的综采生产和控制系统。综合智能信息管理系统。通过智能系统的应用，实现了自动化生产，解放了劳动力。同时，通过建设未来自动化网络和控制系统，充分应用云计算和大数据技术，创新发展，大大提高综采作业效率，促进真正无人化、智能化的发展。