综采工作面智能化开采技术研究

综采工作面智能化开采技术研究

徐文海 

 七台河矿业精煤（集团）有限责任公司建设煤矿  黑龙江七台河   154600

摘要：近年来，我国在煤矿的智能化开采上在不断进行突破和创新，所用设备也越来越先进。到2019年为止，我国所设置的智能化采煤工作面已经突破了200的界限，对人力的需求量在不断减少。为实现矿井厚煤层综放工作面自动化开采，在自动化工作面建设中，提出了智能化工作面开采的控制系统和配套装备以及自动化工作面开采的采煤技术。本文通过探究国内外煤矿智能化发展的情况、剖析我国煤矿智能化发展存在的问题，并针对煤矿智能化开采技术做深入思考，希望能够为我国煤矿开采智能化发展和产业的升级提供有力帮助。

关键词：综采工作面；智能化开采；技术要点

中图分类号：TD47  文献标识码：A

引言

近年来，随着我国煤矿装备水平和开采技术的不断提升和发展，综采智能化无（少）人开采成套装备技术已在我国黄陵、神东、枣庄等矿区得到成功应用。 但由于我国煤矿井下煤层赋存条件变化大、地质条件较复杂，目前综采智能化开采技术还处于起步发展阶段，从而给智能化开采技术的推广应用造成一定限制。 如工作面支架及刮板输送机的直线性调整控制、采煤机摇臂高度智能调节控制、煤流负荷智能均衡控制、工作面人员精准定位等，这些智能控制技术还需进一步深入探索研究。

1 综采工作面智能化开采发展规划

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 智能化开采技术发展现状

智能化开采发展规划主要分为3步：（1）计划在2021年结束以前构建出较多类型、并且模式不等的智能化开采煤矿，充分缩减开采面中对人力的需求量，争取在开采面中达到少人、甚至没人的效果，使采煤工作面实现自动化的开采目标。（2）计划在2025年结束以前，将我国所有危险系数较高的煤矿与规模较大的煤矿全部转化成智能化开采的煤矿，和智能化开采的准则相适应，严格遵守智能化开采的制度规范，达到矿下全机械生产的效果。（3）计划在2035年结束以前，使我国煤矿全部达到智能化的开采效果，建设出优质、完善、集中、高性能的矿下开采系统，完成我国煤矿智能化开采的转型任务，达到矿下无人开采的目标。现阶段我国已经完成了两百多座煤矿的智能化建设，这些煤矿大都处在山西、陕西、山东和河南等地。在使用了智能开采工艺以后，充分提高了煤炭资源开采的速度、质量与安全度，甚至在很多煤矿中都出现了亿吨无伤亡的好现象，还有很多煤矿已经停止了夜间作业。自此，我国对煤矿智能化生产的重视程度越来越高，并联合多部门发布了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》，表示会给予煤矿智能化建设以大力支持。

3 煤矿开采智能化开采技术要点

3.1 视频监控技术

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。

3.2 回采探测技术

开采过程中，必须对采煤工作面的推进方向进行不间断的检测，重点是进行煤矸检测，而这一检测环节则主要是对矸石与煤进行区分，降低回采期间煤矸石的产量。现阶段，已经将光谱分析技术运用到了矸石与煤的区分工作中，比如：拉曼光谱技术、激光诱导击穿光谱技术和太赫兹技术等。但是如何更加精准的区分各种矿石与煤仍然属于一个难度较高的问题，必须在技术上有所突破。在煤矿开采期间，煤岩的分界面会直接影响到采煤机的采动高度。因此，必须精准判定岩层与煤层之间的界限。在界限的断定上通常会用到电磁波探测技术。经过分析电磁波讯号在煤层中的传播时长与电磁波的推进速度便能够计算出煤层的大致厚度。现阶段，对超电磁波探测技术的运用比较普遍，最深可以探测到地下30m，最低也可以探测到地下4m的深度。但该技术仅能运用到煤层较为规整、完好的环境中，如果在破碎的煤层中进行运用就会出现较大误差。所以，研发出能够在恶劣环境下对煤层厚度进行精准探测的技术是非常关键也是十分困难的。

3.3 5G技术

①高精细度的实时定位与应用服务。通过网络切片技术，将煤矿智能化应用物理空间网格进行切割和划形分成多个虚拟空间，根据对于不同虚拟空间的不同需求，来增强其不同功能，灵活应对煤矿智能化开采应用过程中的网络应用场景。基于5G技术优势，实现高精度的实时定位和服务应用，改变了传统的定位系统和传统传输技术，更能够确保数据传输的及时性。②虚拟交互应用。主要体现在虚拟现实技术和增强现实技术的应用中，颠覆了传统的人机互动方式，让煤矿智能化开采经过三个阶段的技术变革过程：三维建模和虚拟展示、互动模式和可视化设计、混合现实与云端实时渲染。比如，在混合现实和云端实时渲染阶段，能够对井下的煤矿资源采取虚拟开采和协同运营的操作。③远程实时监控和控制。传统的方式需要用传感器、路由器、多类型互联网协议，将数据通过传感器汇集到集中控制中心再到远程控制中心，数据传输的及时性不高，对于井下空间有安全风险的情况不能采用远程控制系统。而5G技术打破了这个难题，可以在井下全程远程控制，实现数据实时传送，大大提升了煤矿开采的安全性。

4 结束语

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。

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