煤矿综采工作面智能化开采技术分析_郝建华.pdf

LOW CARBON WORLD 2023/6低碳技术煤矿综采工作面智能化开采技术分析郝建华（陕西煤业物资有限公司西安分公司，陕西 西安 710000）【摘要】将智能化技术应用到煤矿综采工作面中，能够有效提升煤矿开采的效率和安全性。为提升开采技术的应用质量和效果，以煤矿综采工作面为主要研究对象，基于开采技术智能化的发展趋势，探讨在实际煤矿综采工作面中应用智能化开采技术的具体情况，并深入分析智能化开采技术的优化策略，旨在为推动煤矿综采工作的开展提供借鉴经验。【关键词】煤矿综采工作面；智能化开采技术；具体分析；优化策略【中图分类号】TD823.97【文献标识码】A【文章编号】2095-2066（2023）06-0070-030引言智能化已经成为当前多个行业和领域的发展趋势，借助先进的电子信息和计算机系统能够实现对生产工作的自主控制和智能化判断，从而及时发现生产中存在的各种隐患和问题，保障生产工作的安全和质量。将智能化的相关技术和原理应用到煤矿综采工作面，通过推动煤矿开采技术智能化，促进煤矿生产质量效率的提高，对保障煤矿生产安全具有积极的意义。1煤矿综采工作面智能化发展的意义煤矿综采工作面的智能化发展，强调在现有煤矿开采自动化系统和技术原理的基础上，引进更先进的智能化技术原理，实现煤矿开采作业的无人化，在减少人力、物力消耗的同时，有效提升开采作业的效率。煤矿开采技术的智能化有高效率和安全性好的特点。高效率主要是指智能化开采技术的应用是建立在所有煤矿开采作业流程自动化基础上的，不仅能够减少人对煤矿生产作业的干预，减少人为失误，也能够满足高强度的开采作业需求，从而提升煤矿开采作业的效率1。安全性则主要是指在实现整个煤矿开采过程无人化和自动化的情况下，不仅井下工人数量减少，生产过程实现自动化控制或远程控制，也能够更及时地发现开采作业中可能存在的安全事故，从而有效保障人员的生命安全。2煤矿综采工作面智能化开采技术应用的具体分析现阶段，我国煤矿综采工作面在推动开采技术智能化的过程中，已经积累了一定经验，能够应用于煤矿综采工作面的智能化开采技术，智能化开采技术具体包括以下 4 种。2.1实时管控协议技术考虑到煤层开采中通常需要远距离控制设备，为实现实时监控煤矿开采作业，可以应用实时管控协议技术。为尽可能减少开采作业过程中的大量视频文件传播，应借助监控设备，尽可能将视频的延迟传播时间控制在 40 ms 左右2。由于煤矿综采工作面长时间处于拉伸状态，可以选择在滑板轨道交通安装承载链、铺设黏结剂，采集工作面支撑位置的数据信息，并依据采集到的信息制成视频。在这一过程中，应用实时管控协议技术，能够发挥数字视频控制系统的作用，借助互联网高效传输视频。此外，要根据煤矿综采工作面实际情况，选择合适的拍摄相机容量。借助扭转型触摸板来进行视频数据传输，无须布线，但在数据传输过程中，需要进行传输、编码、解码以及数字化等一系列操作，容易产生 200 ms 以上的延迟。基于此，需要在充分考虑当前煤矿综采工作面实际开采情况的前提下，对实时管控协议技术在捕获、传输以及演示等方面进行改进和优化调整。2.2液压支架耦合控制技术在煤矿综采工作面智能化开采中，液压支架耦合控制技术也得到了广泛应用，该技术能够耦合控制在煤矿综采工作面中应用的液压支架装置增强煤矿综采工作面实际支护效果。图 1 为智能化煤矿系统耦合技术体系。结合图 1 可知，液压支架是获取综采信息的重70DOI:10.16844/10-1007/tk.2023.06.016LOW CARBON WORLD 2023/6低碳技术要来源，液压支架的压力大小、位姿等都能够作为煤矿井下作业跨系统信息感知的数据信息，为制定井下作业的综采信息、安全信息以及生产指标提供依据。具体而言，液压支架是煤矿综采液压支架电液管控系统运行所需的附属产品，在充分考虑开采技术自身能够承受的耦合程度情况下，借助深部巷道的耦合支护技术原理，选用适合的煤壁稳定性控制方法，设定相关开采参数，并由这些参数构成大采高液压支架结构。将感知系统获得的信息作为进行智能控制的基础，以此建立能实现三级联动的智能化控制系统，实现对液压支架的耦合控制。为达到这一目的，可以在监控中心安设一台液压支架远程操控平台，以计算机界面呈现智能化开采技术的实际工作面，借助支架远程操控平台远程管控液压支架。除此之外，还可以引入机器视觉技术，准确计算支架在实际工作中的具体位移情况3。图 2 为某 8 m 煤矿综采工作面开采中应用的液压支架耦合控制模型。该模型主要结合煤矿的作业环境，基于双因素控制法原理，明确了液压支架耦合控制的基本结构。基于这一结构，相关人员可以确定该煤矿中应用的超大采高液压支架的支护强度，同时明确工作阻力的大小，将其作为选择液压支架的依据，最终结合以上参数确定煤矿大采高液压支架的型号。为保障耦合控制的液压支架的稳定性和可靠性，设计了伸缩梁与护帮板分离的三级协动护帮装置和大缸径抗冲击双伸缩立柱，应用高强度结构钢及智能焊接新工艺，有效控制片帮及顶板压力。在此基础上，该煤矿综采工作面还重视对配套设备的研制与优化，在采煤机行走部、带式输送机机身、超前液压支护等方面进行了局部改进和创新4。应用以液压支架耦合控制模型为基础的智能化开采技术，能有效提升煤矿综采工作面的开采效率以及资源采出率。2.3智能化视频监控技术智能化视频监控技术能够实时监测煤矿综采工作面开采作业情况，与传统应用的视频监控技术相比，智能化视频监控技术能够利用虚拟现实技术，模拟三维采矿环境，呈现相关作业技术设备以及碳流量等与开采作业质量安全相关的参数变化情况。在应用智能化视频监控技术时，操作人员可以直接借助计算机控制系统进行交互操作，将控制指令传输至系统内部的模拟区域5。在这一过程中，系统能够自动判断文件室状态、物理操作控制对象等，并验证输入信息的准确性。由此可见，智能化视频监控技术能够借助计算机向相关人员呈现更真实的采矿情况，以有效满足操作控制相关设备的要求。在建设智能化视频监控系统的过程中，可以充分应用 5G 技术，基于煤矿开采作业需求，构建企业办公万兆+工业环网万兆+无线+专线网络的“一张网”网络架构体系，促进煤矿相关部门单位实现数据共享和互联互通，在满足各种智能化设备数据传输需求的同时，也能够为各类应用系统运行提供更安全可靠的工作环境。2.4设备控制集成技术在煤矿综采工作面应用智能化开采技术，最主要的目的是管理和控制开采作业中的各类机械设备。基于智能化的技术原理，可以通过运用设备控制集成技术，实现对相关设备的远程集中控制和管理。图1智能化煤矿系统耦合技术体系工作面围岩状态液压支架压力采煤机牵引速度刮板输送机运行状态液压支架位姿综采装备协同性能车辆基本信息车辆行驶速度车辆位置信息下井人员基本信息下井人员位置信息井下人员健康指标辅运信息人员信息综采信息井下跨系统全时空信息感知数据结构巷道围岩状态综掘信息控顶距临时支护强度掘进机牵引速度掘进尺度冲击地压信息瓦斯体积分数水文信息火灾报警信息生产指标主煤流运输量开采推进尺度煤仓储量安全信息图2液压支架耦合控制模型亚关键层 2随动岩层砌体梁悬臂梁亚关键层 1直接顶煤层基本底直接底a.悬臂梁+砌体梁结构模型亚关键层 2随动岩层亚关键层 1直接顶采空区冒落矸石底板流压支架b.液压支架-围岩耦合模型71LOW CARBON WORLD 2023/6低碳技术一方面，应用设备控制集成技术，可以在设备上安装地质雷达，识别岩层厚度以及类型。还可以在设备上装设视频装置，选择对井下光线较为敏感的光学 CCD 摄像头，采集井下工作面的视频画面。在此基础上，煤矿开采设备智能化可基于实际情况实现自动测斜，并调整自身所在的位置，以确保煤矿综采工作面与液压支架处于平行状态，有效保障开采作业的安全。另一方面，可搭建针对煤矿开采设备使用功能的远程控制系统。该系统由固定摄影仪以及云台摄影仪构成，能够充分发挥可编程逻辑控制器（programmablelogic controller,PLC）技术的作用，在实际运行中实现对机身动作以及周围环境的全方位采集。采集到的视频则主要通过光纤传输到控制中心，从而保障现场信息监测传输的准确性和安全性。在此过程中，相关人员需借助相关设备向采煤机直接发出指令，对采煤机进行远程控制。为保障远程控制系统运行的可靠性，还需要借助 PLCCAN 总线通信协议有效连接控制器与遥控器接收端，保障远程控制系统的安全运行。例如，为实现刮板输送机的智能化，应考虑该设备应用对煤炭运输速度的影响，保证刮板输送机在实际运行中能够始终与液压支架保持平行。应用设备控制集成技术，通过远程控制系统来智能化管控刮板输送机，能够自动校正二者之间的不平行状态。在这一过程中，应注重防止刮板输送机上下位移，通过安装传感器和信号接收产品，智能化判断和分析刮板运输机设备的定位情况。3煤矿综采工作面智能化开采技术的优化策略为推动开采技术智能化发展，可灵活应用记忆切割技术。记忆切割技术是一种对设备进行改造升级的技术，能够优化煤矿综采工作面智能化开采技术，可以应用该技术优化和调整煤矿作业中的各类设备。以采煤机为例，采煤机是煤矿综采工作面的核心设备，要想推动采煤机智能化发展，应赋予采煤机一定的识别能力，使其能够识别出煤层高度范围，将实际的采矿切割高度控制在合理范围内。同时及时记录和更新采煤机实际工作中产生的采高和挖地、摇臂倾角、机身位置等数据。具体而言，在应用记忆切割技术时，采煤机司机需要通过电控系统割煤，将产生的左右摇臂倾角、牵引力以及机身位置参数变化信息储存录入控制器当中，再由采煤机司机现场调整煤层起伏变化。电控系统能够将整个调整过程记录下来，以便后续相关作业直接依据记忆的数据自动调整采煤机，也可据此绘制出采煤机的运动轨迹曲线，从而实现采煤机自动割煤。现阶段，煤矿综采工作面的煤层条件变化具有复杂性，在采煤机的实际运行中，仍需要通过人工干预确保采煤机数据的准确性，要注重减少技术应用中产生的误差。具体而言，记忆割煤技术的实际应用可以分为少人自动割煤以及无人自动割煤两种主要模式。在少人自动割煤模式下，现场开采作业需要一名采煤机司机，将人工干预得出的数据录入电控系统，以更新采煤机运动轨迹曲线。而在无人自动割煤模式下，采煤机能够直接依据记忆数据来完成整个割煤过程以及后续的采煤任务，可以大幅提升煤矿综采工作面的生产效率，同时有效保障现场人员的作业安全性。4结语在煤矿综采工作面中应用智能化开采技术，对规范提升煤矿工作的生产质量具有重要作用。结合当前煤矿综采工作面开采技术应用的情况，以推动开采技术智能化为主要目标，可以充分发挥实时管控协议技术、液压支架耦合控制技术、智能化视频监控技术、设备控制集成技术的优势，并引入记忆切割技术等能够推动智能化开采技术发展的新型技术，以此增强设备应用效果，从而增强对煤矿综采工作面进行集中化和智能化管控的实际效果。参考文献1 詹召伟.煤矿综采工作面智能化开采关键技术和发展方向J.能源与节能，2023（1）：82-86.2 郭伟.5G+煤矿综采工作面智能化开采技术与设备应用探析J.自动化应用，2022（12）：46-48，51.3 魏文艳.综采工作面智能化开采技术发展现状及展望J.煤炭科学技术，2022，50（增刊 2）：244-253.4 乔卫民.煤矿综采工作面智能化开采技术应用J.矿业装备，2022（6）：14-15.5 陈玉锋.煤矿综采工作面智能化开采技术发展应用及分析J.内蒙古煤炭经济，2022（17）：51-53.作者简介：郝建华（1974），男，汉族，陕西绥德人，本科，工程师，主要从事采购设备、配件类物资的招商招价及日常管理工作。72