煤矿综采工作面智能化开采技术分析

煤矿综采工作面智能化开采技术分析

苏加长

云南东源镇雄煤业有限公司 云南省 昭通市 657204

摘要：近年来，煤炭行业信息化、智能化建设步伐加快，智能化开采成为大势所趋。煤矿智能化开采由煤矿工作面、施工技术、劳动组织、安全措施等多个系统组成。智能开采在综采面的应用能实现无人开采目标，促进综采作业的发展。

关键词：煤矿；综采工作面；智能化开采

随着社会的发展及工业化的推进，煤炭作为一种重要能源资源，在全球范围内发挥着不可替代作用。但传统的煤矿开采方式面临着效率低、风险高、资源浪费等问题，迫切需创新解决方案来提高煤矿生产效率及安全性。在这种背景下，综采工作面智能化开采技术应运而生。智能化开采技术结合了先进信息技术、自动化控制、人机协作等，为综采工作面的开采提供了新的可能性，能提高生产效率，降低劳动强度，减少事故风险，确保矿工安全。

一、智能化开采的定义

智能化开采是将机械化、自动化、信息化整合为一体的无人化开采技术，以自动化控制系统为主，可视化远程监控为辅，通过具备感知能力、数据处理能力的装备和自动化网络，实现井下自动化开采任务。井上工作人员利用软件平台远程控制井下生产过程，从而实时监测监控。

二、综采工作面智能化开采技术优越性

1、提高煤矿生产效率。煤矿综采工作面智能化开采技术是通过对采煤机、无人驾驶车辆、支架等设备的自动化及智能化控制，实现生产的高度自动化，减少人工干预，提高生产效率。同时，智能化开采技术还能实现煤炭的快速开采、运输、清理，缩短生产周期。

2、提升机械作业整体水平。智能矿井综采工作面将采用计算机作业，电脑可将机器产量合理分配，不会有任何杂乱，还会提醒矿工周围地形及工作，从而保护工人生命，提升矿工整体工作效率。把机器和人工有机结合起来，发挥出更大效益，从而使煤矿生产效率得到极大提升。

3、保证生产中的实时数据。在矿井生产中，地理信息的实时性直接关系到矿井生产人员人身财产安全。在煤矿开采中,由于所获取地质资料内容不够精确，在发生重大事件时，易发生安全事故，危及煤矿工人人身财产安全，给煤矿企业及个人带来巨大的经济损失。而随着矿井的智能化，矿井的地质环境也会得到实时的数据和监测，一旦发生意外，能通知矿井工作人员撤离。此外，还能对矿井生产中的各种问题进行监控，并对方案进行及时补充，保证矿井的顺利进行。

4、提高煤矿安全性能。煤矿综采工作面智能化开采技术的应用能提高煤矿安全性能，通过对采煤机、无人驾驶车辆、支架等设备的自动化及智能化控制，减少人员在生产中的操作，降低生产中人为安全事故的发生。同时，智能化开采技术还能实现对煤炭开采的智能监控、预警和预防，及时处理煤矿生产中的安全隐患，保障煤矿生产的安全性。

三、煤矿综采工作面智能化存在的问题

虽然煤矿综采工作面智能化相较于传统煤矿综采工作面具有较大优势，但目前的煤矿综采工作面智能化过程中也出现一些问题。①综采工作面智能化水平不够完善。虽然我国信息通信技术水平处于世界前列，但针对煤矿综采工作面的智能化手段仍不能满足完全智能化需求。如在采矿中使用的传感器精度及可靠性存在信号穿透力弱、传输距离短等问题；控制大型机械运行的计算机，在处理数据信息时易出现过载现象；在现场指挥中使用的局域网信号强度弱。类似问题还有很多，在未来发展中，将逐一攻克。②运输中出现的问题难以解决。在寻找煤矿层分布地址时，往往会出现选址环境错误等问题，这是煤矿综采工作面智能化难以解决的，这类非可视测量技术问题只能依靠传统煤矿运输方式进行地址的移动。③智能化开采高技术人才匮乏。煤矿智能化开采对生产技术工人素质提出更高要求，需较多知识全面的生产技术工人。但煤炭行业属于一种艰苦行业，矿山常处于偏远地区，井下生产环境恶劣，随着近年来经济发展，有技能的高级技术人才不愿去煤矿生产一线工作，造成企业技术人才匮乏，且受煤矿企业管理模式落后的影响，煤矿技术工人的培训落后，严重制约了煤矿智能化开采技术的发展。

四、煤矿综采工作面智能化开采技术

1、液压支架控制技术。液压支撑技术是煤矿综采作业面的核心装置，因能应对工作面发生的围岩变形，液压支撑的顶梁也会出现俯仰状况，而且液压支撑的姿态数据也在抗倾斜和防冲击工作中有着不错的效果。在实际应用的液压支撑控制技术中，其基本原理是在液压支撑各部位配备姿势感应器，同时利用感应器来获取姿势信号，并把信号传输到姿态控制器，这样能始终保持在液压之间达到正常姿势，从而有效改善支架支撑效应，并避免了顶柱错茬咬架现象。通过全面监测液压支撑姿势，可合理调节液压支撑动作，始终确保液压支架与围岩相协调。

2、采煤机记忆截割技术。综采工作面的落煤机械设备主要采用采煤机，此设备记忆割煤的具体实现方式包含记忆学习、记忆截割等。在采煤机开采期间，分析采煤机的运行参数，完整保存各工艺段对应参数，将此类参数作为指导，达到自动割煤生产效果。若采煤机存在故障，可结合实际状况对作业模式予以切换，如采用人为操作割煤模式，避免因设备故障而导致生产作业中断。智能化开采和采煤机的自适应能力强，可分析工作面地址数据，结合此部分数据感知工作面姿态，进而实现数字化采煤功能。

3、工作面自动取直技术。在煤矿开采阶段，煤矿企业为使一些设备(液压支架、刮板输送机)运行状态符合开采要求，在实际施工时，需注意综采工作面的推进方式，一般会选择直线形式推进。在运用刮板输送机时，需提供相关地理信息，如采煤机的位置等。在采煤机运行时需有自动导航装置，通过该装置可达到控制目的，从而使采煤机运行效果得到提升。还有一种导航精准度较高的位置监测技术，即惯性导航技术，相较于其它技术，该技术的精准度更高，具有更高可靠性，但同时也存在缺陷，即长时间使用会有累积误差情况产生。基于以上情况，需借助闭合路径计算方法来消除系统运行误差。

4、煤岩界面识别技术。目前，煤岩界面识别技术的应用需借助以下方法：①NGR传感器法。这种方法是基于煤岩自然伽马射线的辐射性质，应用于高瓦斯矿井条件下，但受制于地理构造等条件，实际应用和推广程度并不高，仅有20%的矿井可利用该方法。②煤岩界面识别传感器法。该方法借助采煤机的切割力响应原理，通过收集摇臂振动信号、调高油缸压力信号和滚筒轴扭矩信号，从而精确定位、识别煤岩界面，该方法在我国的应用尚未成熟，应用较少。③煤层界面红外线探测装置法。采用该方法时需热成像红外摄像机发挥探测功能，由于煤岩的红外反射波长不同，对煤层中夹矸层特征进行图像采集，通过像素扫描获得煤岩界面和煤层倾角信息，从而调整采煤机姿态。

5、故障诊断技术。在智能化开采过程中，设备也会发生一些故障。智能化开采时用到的设备较多，逐个排查不现实，为此，需在设备上集成一些故障诊断技术，一旦发生故障，就能显示故障区域和原因，这样能减少排除故障所需时间，提高设备维修效率。由于故障诊断技术需根据设备故障类型进行诊断，不同设备采用的故障诊断技术存在一定差异性，很难有统一标准。

总之，煤炭资源作为我国基础资源的重要组成部分，对我国经济建设有极其重要推动作用。传统煤矿开采主要依靠人力，开采效率低，存在较大安全风险，无法保证工作人员安全，随着人工智能技术愈发成熟，智能化开采技术逐渐被应用到煤矿综采工作面，其能大幅提高煤矿开采效率及质量，并且降低安全开采风险，有利于推动煤矿行业更快发展。

参考文献：

[1]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(06):14-15.

[2]许宝.对煤矿综采工作面智能化开采技术的应用分析[J].当代化工研究，2022(02):108-110.