煤矿智能化综采工作面设计初步探究

张凯伦 刘宾 鲍宪海

摘要：现目前，智能化煤矿综采工作面系统是适合条件的煤层高效开采技术的发展方向，智能、自动、安全、高效的煤炭开采理念是时代发展的需要。致力于构建更加成熟更全面的数据信息，建立专业的信息支持系统，不断开发煤矿核心技术，将煤矿工人从人工生产中解放出来，逐渐走向智能化生产。本文主要分析煤矿智能化综采工作面设计初探

关键词：煤矿开采;智能化;综采工作面;关键技术

引言

煤炭是中国的主要能源，保证安全高效的开采具有十分重要的意义。经过多年的发展，煤矿开采技术实现了由炮击向综合开采的转变，开采效率和安全性大幅提高，如工人效率大幅提高，百万吨死亡人数大幅下降。为了响应国家节能减排的号召，进一步提高煤矿生产的效率和安全性，煤矿企业开始研究智能化开采技术。所谓“智能开采技术”，就是在综合运用技术的基础上，实现无人化和自动开采。但是，我国目前处于智能化开采的初期阶段，许多技术尚未突破。因此，了解智能化开采的发展现状和智能化综采工作面设计的关键技术是十分必要的。

1、加强煤矿智能化综采工作面系统设计的必要性

煤炭智能化综合开采的主要目的是实现机械设备的智能化投入，降低人工成本，最大限度地减少员工数量，综合开采的重点主要是在三架的协助下推进工程进度。对3机而言，主要包括液压支架、采煤机和刮板输送机3个部分，3个设备共同发展不仅促进整体工作面的进步，而且这种工作方式的使用促进了我国煤炭行业综合开采工作面的完善和进步，提高了我国煤炭整体行业技术在世界上的地位，

2、智能化开采发展现状及面临的问题分析

2.1智能化开采发展现状分析

随着人工智能技术的飞速发展，现在已经进入了人工智能时代。为了跟上时代的潮流，煤矿行业也必须实现智能化开采。所谓“智能化开采”，是指将开采自动化的高级阶段，通过机器的自我学习实现开采的自动化和智能化。智能化开采减少了煤矿开采过程中的人的参与，煤炭资源开采效率更高、更安全，体现了科学技术对生产力提高的作用。经过多年的发展，中国的煤矿开采从最初的手工（炮采）、半机械化（普采）以及现在的完全机械化（综采）转变为自动化开采。目前，只有薄煤层实现了自动开采，而厚煤层没有实现开采自动化。目前越来越多的煤矿应用传感器，中国煤矿已经具备了实现自动开采的能力。需要区分的是自动化开采和智能化开采两个概念，自动化开采强调机电设备按预定轨迹运行，智能化开采要求设备按实际情况按最佳轨迹运行，显然智能化开采更高级。从自动开采过渡到智能开采至少需要10～20a，因此中国的智能开采还处于初期阶段，很多技术还在探索中。

2.2矿区智能化集成工作面系统面临的技术问题

未来，矿区智能化石煤综采工作面系统仍需克服许多关键技术问题：首先是采煤机的位置检测和工作面的自动采集技术。在具体煤炭开采工作中，智能采矿工作面系统基于传统的开采数据进行自动化、高效的开采。因此，在推进工作流程时，为了保证支架和刮板输送机的力处于最佳状态，需要保证工作面成一直线，与煤矿巷道正交，因此，工作人员要结合地面地理信息系统收集相关数据，需要获取准确的采煤机位置及其运动参数，实现采煤机的自动导航，通过切割模型将采煤机的切割数据传输到液压支架控制系统，以实现三机的联动。其二，智能煤炭综采工作面系统需要更稳定、高速、抗电磁干扰的网络通信传输平台，建设智能信息系统和自动化软件平台。煤炭综合采矿系统以以太网为主要传输平台，利用光纤、无线WiFi等各种传输形式保证通信的继续。目前，某煤炭集团主要采用国家电信网络技术，开发基于井下小灵通技术的K18技术系统，该系统大大缩短了对突发事件的反应和处理时间，稳定性较强，但仍存在光纤安装困难、折断和同时，有必要开发更高强度、更快、安全性更高的矿用光纤技术。在构建软件平台的基础上，必须根据矿区的具体情况开发多型号、多品种、多功能的组件软件。其三，矿区需要扩大数据库技术的开发和建设。智能综合工作面系统井上和井下传输数据量巨大，包括监控数据、图像、语音、视频数据等，要实现工作面信息的查询分析和应用，需要更复杂准确的处理手段，但数据库建设分析和维护工作较为困难

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

工作面信息系统作为现代化高效的系统，主要服务于相关煤炭工作者，包括三个主要部分，分别是采煤机、支架电液控制系统和工作面三机通信控制系统。综合工作面系统由多个部分组合而成，单个部分不仅包括单个工作面，还包括多个工作面系统。多个工作面主要构成了我国目前的矿区人工智能系统，该系统结构复杂精细，主要由多个部分组成。工作面检测集成系统主要位于第一阶段，是根据煤炭工作现场的实际情况进行数据采集的系统，包括数据检测、系统检测等多个主体部分。在数据检测中，主要针对综合工作面。关于系统检测，主要发生在煤炭的主要运输系统中。

3.2矿调度指挥中心系统的工作原理

矿山综合工作面收集信息后，将所有信息传输到矿山调度中心的服务器，该中心系统将所有数据汇总分析，将分析结果投影到大屏幕上，通过投影仪的使用，中心工作人员将了解更多地下数据信息地面管理员不仅可以通过直接观察信息发布任务，实现矿区整体的系统化管理，服务器在整个矿山调度指挥中心系统中发挥很大的作用，可以准确分析和远程操作整体的受力情况。

3.3整合方案

煤矿智能化综采工作面集成方案主要包括三个设计：第一是液压支架的电液控制设计。该设计同样包括4个装置，分别为液压支架电液控制装置、位移传感器、支柱压力传感器、耐压防爆兼本安开关电源。对于液压支架电液控制装置来说，它是整个采矿工作面体系的中心环节，在整个工作环节中起支配作用，可以收集所有支架的具体情况，发布实际的命令和指导，使各分支机构发挥最基本的功能。液压支架位移传感器主要用于采集支架的冲压过程，而压力传感器主要辅助液压主机整体判断故障的具体情况。耐压防爆兼本安开关电源主要起到安全防护的作用，在电源充足的情况下确保安全。二是视频系统可以对整个采煤机系统进行智能化跟踪管理，还可以对其进行远程操作，通过详细的数据确定整个采煤机的运行速度和时间，从而实现所有工作流程的自动化。不仅如此，工作人员具体操作机械设备时，还必须具体分析具体问题，人手不能过多介入，从而更好地实现整个设备装置的智能化发展。三是刮板监控设计。该设计是连续的传输设备，可以监测主机和刮板之间的联系和交流，收集和整理刮板内部的各种数据，最后利用传输设备将所有机械装置相关的数据发送到控制中心，加强整体设备的管理和实时监管刮板运输机是自动采煤系统中极为重要的设备，在采煤工作的输送和信息采集方面发挥很好的管理功能。

结束语

智能开采不仅注重一些智能算法的开发，更注重硬件设备。同时，煤矿智能化开采需要大量的信息化专业人才，但目前很多煤矿不具备这一条件。与以往的整合工作不同，智能整合工作更为复杂，需要控制的信息和设备也更多。智能化集成工作面主要由工作面定位系统、周边岩石控制系统及运输控制系统组成，包括井下定位、井下视频、装备操作和机器人控制4个基础平台。

参考文献

[1]邢呈呈.煤矿智能化综采工作面管理平台设计[J].煤矿机电，2019，40 （6）：44-46.

[2]张华.煤矿综采工作面智能化开采技术研究[J].装备维修技术，2019 （4）：42.

[3]李首滨.煤炭智能化无人开采的现状与展望[J].中国煤炭，2019，45（4）：5-12.

[4]王国法，张德生.煤炭智能化综采技术创新实践与发展展望[J].中国矿业大学学报，2018，47（3）：459-467.

[5]李志东.综采工作面智能化信息管理系统设计应用[J].机械管理开发，2019，34（04）：218-219.

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