煤矿智能化最新技术进展与问题探讨

煤矿智能化最新技术进展与问题探讨

于海瑞

神东煤炭集团 内蒙古鄂尔多斯017010

摘要：现代自动化、信息化、智能化技术及先进制造技术与煤炭开采技术的深度融合，使煤矿综采成套装备实现自动化、智能化、无人化成为可能。煤矿井下工作条件恶劣，安全隐患和危害职业健康的因素多，加强煤矿智能化开采技术的研究和应用，淘汰落后的开采方法和装备，引导煤矿向安全高效绿色开采方向发展，提升装备的自动化和智能化水平，逐步实现少人化、无人化开采是煤炭综采技术发展趋势和矿井现代化生产的必然要求。

关键词：煤矿智能化；综采自动化技术；进展  

煤炭高效智能开采具有减人、增效、促安等多重效益，是煤炭工业技术创新的重要方向，也是煤炭工业转型升级发展的必然要求。近年来，我国在煤炭智能化开发领域加大政策扶持、资金支持和科技创新的力度，煤炭智能化开发技术得以起步并不断取得突破。但是，当前我国煤炭智能化开发水平整体上仍处于初步阶段，煤炭开发技术装备在可靠性、稳定性、自动化和智能化等方面仍无法完全满足煤炭企业现场需求和煤炭工业转型升级发展的要求。在智能化矿山推广建设的过程中，仍存在一些问题需要煤矿从业人员注意，不能盲目启动项目，应在充分了解最新技术的同时，结合煤矿实际情况，制订符合煤矿智能化建设具备实际意义和建设方案。

一、综采自动化技术特征

综采自动化一般可泛指在综采成套装备中应用自动化和智能化控制技术，实现不同程度的工作面少人化或无人化开采作业。为更好地反映和表述综采工作面的自动化技术内涵和水平，依据综采工作面成套装备控制系统在感知、决策和执行三要素方面的水平，定义为自动化综采工作面、智能化综采工作面、无人化综采工作面。

1、自动化综采工作面，是指综采工作面采用了具有自动化控制功能的液压支架、采煤机、刮板输送机等机电一体化成套装备，实现了工作面少人操作、安全高效开采。自动化综采工作面主要技术特征是: ①液压支架电液控制，可实现邻架、成组、程序控制和跟机移架等功能; ②采煤机电牵引、自动调高控制、自定位、故障自诊断，可实现与液压支架及工作面控制系统的通信和自动控制功能; ③工作面运输设备具有电气软启动、机尾自动张紧、故障诊断及与工作面控制系统的通信和自动控制功能; ④工作面自动控制系统能实现工作面设备间的信息通信、工作面人工干预协调控制等。

2、智能化综采工作面，是指综采工作面采用了具有充分全面的感知、自学习和决策、自动执行功能的液压支架、采煤机、刮板输送机等机电一体化成套装备，实现了工作面的高度自动化少人远程监控、安全高效开采。智能化综采工作面主要技术特征是:①液压支架智能控制，液压支架以电液控制系统为基础，同时，具有支架与围岩耦合监测控制、超前压力预报、初撑和移架状态自决策控制、姿态监测与智能决策控制、煤帮智能决策控制、记忆时序控制放煤、智能喷雾降尘控制等功能; ②采煤机智能控制，采煤机具有位置监测精确定位、自学习智能轨迹规划、基于智能决策或煤岩识别的滚筒自动调高、自动记忆割煤、防碰撞安全避险、故障自诊断等功能，并具有基于产量需求、输送机设备负荷、工作面环境等信息的智能决策调速、采高自动控制、远程可视化控制等功能; ③工作面运输设备具有电气软启动、负载及运行状态监测、系统运行参数在线监测、机尾自动张紧、故障诊断及与工作面控制系统的通信和自动控制功能; ④ 工作面智能控制系统能实现工作面设备间的信息通信、自学习和智能决策远程控制与工作面人工干预协同控制等。

二、综采自动化最新技术发展成果

1、薄煤层综采自动化成套技术与装备“0.6～ 1.3 m 复杂薄煤层自动化综采成套技术与装备”，项目根据我国薄煤层赋存条件复杂、滚筒采煤机适应性较好的特点，对薄煤层滚筒式采煤机自动化综采成套技术与装备进行了长期攻关研究，在大功率薄煤层滚筒式采煤机、矮槽帮刮板输送机、超大伸缩比电液控制液压支架、工作面无人自动化控制关键技术方面取得重大突破，研发了世界领先的0.6 ～1.3 m复杂薄煤层自动化综采成套技术与装备。

（1）研发了基于滚筒采煤机的薄煤层无人自动化开采模式和智能监控预警系统，研发了首套0.6～1.3 m 复杂薄煤层综采自动化成套装备，建立了薄煤层开采技术体系，开创了薄煤层安全高效开采新途径。建立薄煤层工作面围岩活动模型、工作面生产能力预测BP 神经网络模型、综采设备参数预测神经网络设计模型及综采工艺系统分析模型，优化工作面参数，确定薄煤层液压支架合理工作阻力、采煤机参数、运输系统参数，建立0.6～1.3 m薄煤层工作面无人自动化开采模式。采用高清网络摄像机获取现场视频信号，通过定位系统、智能跟踪系统来实现采煤机位置信号的获取和视频画面的切换。基于智能传感和运动视频序列的动态全景界面拼接图像分析对综采设备的安全感知、定位及防碰撞。采用多路视频编码器、多路视频解码器、光纤发射器、光纤接收器，将网络摄像机输出信号通过以太网或者光纤传送至地面监控中心，通过矩阵主机，实现图像信号的浏览、录像、回放和管理。采用防爆型计算机、人机交互模块、可编程控制器模块、视频模块、音频模块、交换机模块和通信模块，实现了综采设备控制、工作面视频和音频通信系统运行控制、工作面以太网络运行控制。采用铠装电缆与交换机连接，实现工作面中央控制中心与以太网络的数据连接。将数字语音系统与模拟语音系统相结合，建立了工作面语音通信系统。

（2）研发了超大伸缩比薄煤层液压支架及紧凑型电液控制系统，突破了液压支架工作阻力决定最小高度的极限，提高了液压支架的工作可靠性，实现了液压支架与围岩及成套装备间的智能控制。研制了最小机面高度580 mm 的大功率滚筒采煤机综采自动化机组，解决了电动机尺寸制约采煤机功率、装煤效果差的难题，实现了厚度0.6 m 以上坚硬夹矸、半煤岩或硬煤薄煤层自动化开采。成套装备在薛村矿开采0.6 ～1.3 m 薄煤层，实现了巷道集中控制，正常生产过程中工作面内无需人工操作，自动化生产，月产量达到11.8 万t，年产量达到100万t。

2、综采智能化成套装备。国家智能制造装备发展专项项目“煤炭综采成套装备智能系统”，该项目改变了以成套单机装备为主、总体协调的研制思路，建立了以工作面成套装备总控制网络为主，单机装备为执行机构的体系结构，实现具有感知和层级控制的智能系统。通过分析自动化采煤过程中煤壁片帮，支架顶板支撑压力不足，自动平衡难以保证，输送机负荷经常过载，感知参数缺失等问题，通过研制采煤机割煤和智能调高控制，支架与围岩耦合智能控制，顶板初撑力自动补偿、超大采高液压支架三级联动护帮智能控制和平衡千斤顶自动调节、支架高可靠性升降承载执行机构，刮板输送机智能化软启动和自动张紧控制装置，工作面装备直线度导航和煤流平衡控制系统等得到有效解决，为减人提效、安全高效生产提供技术保障。煤炭综采成套装备智能化系统，包括单机智能化控制系统，以及基于上述单机控制系统信息互联和协调决策的综采工作面井下智能化集控中心，实现工作面设备闭环控制和运行参数自动调节，实现远程控制和自动化生产。

开发和推广应用综采自动化和智能化技术，减人提效是实现煤炭安全高效开采的根本途径，提高综采工作面成套装备的可靠性和适应性，并与自动化和智能化控制技术融合，目前已经在部分先进矿井实现了工作面少人化或有限条件下的无人化生产。通过不断的技术攻关，逐步解决上述技术难题，发展综采自动化和智能化技术。

参考文献：

［1］孙继平，田子建.矿井图像监视系统与关键技术［J］.煤炭科学技术，2018，42(1)：65-68．

［2］王峰.基于透明工作面的智能化开采概念、实现路径及关键技术［J］.工控自动化，2020，46(5)：39-42.

［3］刘清，韩秀琪，徐兰欣.综采工作面采煤机和液压支架协同控制技术［J］.工控自动化，2020，46(5)：43-48.