| 标题 | 煤矿智能化综采工作面开采技术及其控制研究 |
| 范文 | 摘 要：近年来，煤炭行业加速推进信息化、智能化建设，智能化开采成为大势所趋，由采煤工作面各系统、施工工艺、劳动组织、保障措施构成了煤矿智能化开采的新体系。煤矿综采工作面智能化开采的应用不仅可以实现无人开采的目标，可以大大促进煤矿综采工作的开展，是适应时代发展的一项技术革新。本文将主要探讨煤矿智能化综采工作面开采技术及其控制。 关键词：煤矿;智能化;综采工作面;开采技术 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[1]。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。煤矿企业因为环境、安全等要素的制约作用，迫切需要先进的智能化开采设备与配套技术等。鉴于此，对煤矿综采工作面智能化的开采进行探究有着重大的现实意义。 1 煤矿智能化综采工作面系统面临的技术问题 未来，矿区的智能化煤炭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取直技术。在具体的煤炭开采工作中，由于智能化综采工作面系统是在以往开采数据的基础上进行自动化、高效化开采。因此，在推进工作进程时，为了保证支架和刮板输送机的受力处于最佳状态，需要保证工作面成一条直线并与煤矿巷道处于正交，因此，工作人员需要结合地面的地理信息系统收集相关数据，获取正确的采煤机位置及其运动参数，以帮助采煤机实现自动导航，并通过截割模型传输采煤机的割取数据到液压支架控制系统以实现三机联动[2]。 其二，智能化煤炭综采工作面系统需要更稳定高速、抗电磁干扰能力强的网络通信传输平台，建设好智能化的信息系统和自动化软件平台。煤炭综采系统把以太网作为主要的传输平台，同时利用光纤、无线 WiFi 等多种传播形式来保证通信持续。目前某煤炭集团主要采用国家电信网络技术，开发了基于井下小灵通技术的 K18 技术系统，此系统能够大幅缩短对突发事件的反应和处理时间，稳定性强，但其仍需克服光纤安装难度大、易折断、修复难度大等问题，同时需要研制更高强度的、速度更快的、安全性更高的矿用光纤技术。在组建软件平台方面，应当针对矿区的具体情况研制多型号、多品种、多功能的组件式软件。 其三，礦区需要加大对数据库技术的开发和建设。智能化综采工作面系统的井上和井下的传输数据量庞大，包括监测数据、图像、语音和视频数据等，其需要更复杂更精准的处理手段，以实现对工作面信息的查询分析和应用，但数据库的建设分析和维护工作难度巨大。 2 煤矿综采工作面辅助开采的智能化技术与应用 2.1 支架防碰撞技术 在采煤机上能够安装一种主动安全系统——防碰撞系统，这属于一种能够事先将视听报警信号发送给采煤机操作工作者的探测设备。而雷达探测防机械碰撞的主导功能是结合雷达探测技术对采煤机滚筒附近的阻碍物体进行感知，倘若系统探明采煤机工作前存在阻碍物，那么采煤机的运行会暂停以及等待相关工作者进行解决[3]。其运行理论是：基于顺利运行的采煤机情况下，这个系统的状态不运行，而在采煤机快要接近矿井装置、液压支架、操作者的情况下，这个系统会将警告发出。在警告发出之后，倘若操作者未曾实施一定的对策，像是加减速制动，那么这个系统的紧急制动设备能够自动地运行，从而防止碰撞现象的发生。 2.2 视频监控技术 综采工作面模拟采矿系统通过提高虚拟现实技术建构一种三维的实际采矿环境，对运行的工艺装置与采煤整个过程进行模拟，该系统能够跟操作者进行交互，以及实时地穿越所有的空间到达系统模拟的全部范围中。这种系统可以确定空间状态、管理物体运行、识别物体、输入以及处理一系列的信息、模拟自然现象、识别物体等等，其显著的特征是建构一种非常接近实际采掘现状的三维化环境，结合计算机对采矿的现状进行呈现，从而得到装置工作的一系列参数、各种装置的动态呈现图、生产系统的工作现状平面图等，这涵盖工作装置间距、产能、时间等，在动态模拟各种采掘参数、各种型号装置生产系统的基础上实现评价以及优化生产系统的目标[4]。 综采工作面进行煤炭开采时存在较多的粉尘，存在着视频图像晃动问题，无法清晰地识别出远程视频，需要深入探索煤炭综采工作面图像轮廓和掘进机械运行速度、运行电流和端部温度等参数相互间的关系。对热成像技术在煤炭综采工作面高清成像应用方面加大研发力度，为视频监控智能化的研发方向，在高粉尘条件下有着很好的热成像效果。 2.3 实时控制协议技术 为了使综采工作面的远程遥控实现，尽量确保较小的传输视频延时，结合支架与采煤机的控制标准，视频端至端延时应保持在 50ms以内，这对综采工作面的摄像、传输、解码图像、储存的要求比较高。因为受到长距离工作面的影响，采煤机附近、刮板运输机链条、胶带运输机出煤口、工作面支架等需要采集与呈现视频，兼顾到摄像仪的容量，立足于以太网的数字化视频系统可以结合双绞线进行传输，这样不再进行布线，然而数字视频系统中的信号呈现在显示器之前需要传输、编码、解码、数字化等操作，这导致时间延迟在 300ms 以上，还应优化采集、传输、呈现的一系列方面。 3 煤矿智能化综采工作面开采的保障措施 3.1 实施支护工艺革新，创造安全高效环境 推动支护工艺技术不断革新完善，使用注浆锚索加固采煤工作面超前段巷道，有效替代传统支架、支柱支护，形成“注浆锚索式超前支护技术”，不仅保障了超前支护安全，而且大大减轻了职工劳动强度，实现减人提效。 3.2 实施仓储扩容工程，提高生产缓冲能力 通过对井下仓储系统再摸排、再分析，以生产缓冲能力满足周日集休为原则，使各矿井下仓储能力超过全天的生产能力，井上下储煤量能够满足至少 3 天的销售量，为工作面集中生产、效能发挥和“减班不减产、停产不停运、集休不停销”创造了条件，为进一步推进智能化矿井高效生产奠定了系统基础。 3.3 实施乳化液集中供液，保证液压系统清洁度 因井下水质差，人工配比出来的乳化液精度低，影响液压设备性能，通过在地面建设乳化液集中供液站，通过远程输液管道将配比好的乳化液输送到井下，并经过高精度多级过滤设备将乳化液输送到工作面，保证了液压系统的清洁度。 结语 智能化开采技术是一项综合性技术，不仅包括煤矿本身的技术外，还涵盖了外学科和跨专业方面的知识，是一项综合性前沿技术，将是我国未来煤炭行业重点发展方向，也是一项推动煤矿综采技术的发展、转型升级的一项重要举措，随着人们对安全性认识的提高，也是解决煤矿面临安全、效率和人员成本的一项重要途径。 参考文献： [1]光辛亥.综采工作面综合防灾灭火技术的实践应用[J].能源与节能，2020（03）：163-164. [2]郝立宾，杨永康.大采高综采工作面高水材料沿空留巷试验[J].山西煤炭，2020，40（01）：30-32. [3]张飞.煤矿智能化综采工作面系统设计与应用探讨[J].中国设备工程，2020（05）：28-30. [4]赵利锋.综采面刮板输送机自动化控制技术研究[J].石化技术，2019，26（11）：99-100. 作者简介： 陈春林，男，贵州六枝，1984年01月，六枝特区应急管理局，机械设计制造及其自动化（机电）。 |
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