综采工作面智能化技术与设备分析

综采工作面智能化技术与设备分析

田宝林

山东能源内蒙能源长城一矿  内蒙古鄂尔多斯市 017000

摘要：当今时代，随着国内煤炭工业装备研发和制造水平的提升，形成了不少以支架电液控技术、采煤机自主定位与记忆截割技术为核心的智能综采装备体系。由于煤矿智能开采技术能够有效减少工作面的作业人数、提高工作面生产效率、改善工人作业环境、降低工人劳动强度，已在全国各大矿业集团掀起了一股智能化改造的热潮，现全国智能开采工作面已达300多个。然而，目前国内绝大部分智能开采工作面的地质条件相对简单，现有智能综采系统在复杂地质条件下的适用性研究尚未运用。

关键词：综采工作面智能化技术与设备

引言

当前煤矿开采安全问题受到大众关注，将煤矿作业人员从采煤一线到顺槽或工作面端头等相对安全位置，是保证工作面人员安全的唯一途径。煤矿综采工作面采煤工艺环节复杂、设备数量众多，因此建设自动化综采工作面，要整体考虑综采工作面各个部件，将采煤机、液压支架、运输系统、供电系统、供液系统等单机设备统一管控、协同调度，将综采工作面采煤装备看成是一个大机器，每个单机设备都是这个大机器的一个可控部件，通过为这个大机器配套集控中心，实现对工作面各个采煤部件的统一管控，实现煤矿开采的智能化。

1综采工作面智能化技术研究现状

由于矿山开采具有一定危险性，在开挖时存在空间效应，可能会造成矿山变形坍塌。因此，在应用综采智能开采时，需结合实际对这一问题充分考虑并进行监测，预防安全隐患发生。所以，在特殊工作环境下，通过综采智能开采方法，能够有效保障工作人员生命安全免受影响，也能够提高工作质量与工作效率。目前，在煤矿开采工程中，综采工作面智能开采技术作为主要技术，被广泛应用于煤矿开采工作中，应用效果较为突出。所以，在具体施工环节中，应结合实际状况选择开采技术，在保证施工安全基础上，推动煤矿业发展提出了综采工作面自动化控制技术的发展平台，对综采工作面自动化、智能化、制约因素及目前发展中存在的问题进行深入检索与剖析，为综采工作面智能开采技术研究提供了便利。

2综采工作面智能化技术与设备分析

2.1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，因为能够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，其基本原理就是在液压支撑的各个部位配备了姿势感应器，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，这样就可以始终保持在液压之间达到正常姿势，从而有效改善支架的支撑效应，并避免了支架错茬咬架的现象。通过对液压支撑的姿势进行全面监测，可以合理调节液压支撑的动作，始终确保液压支架与围岩相协调。

2.2远程监督型控制技术

煤炭生产可使综采工作面智能开采技术结合人工智能智慧、机器设备与煤岩介质之间形成一种交互关系。在煤炭智能开采初期需要对其进行监控管理，到综采生产过程中，在采煤机组有所感知基础上，采煤系统信息将会自动采集汇聚，凭借远程人工方法对煤炭开采工艺进行合理规划、判断煤层变化、对煤炭状况进行调节，以保证运行效果免受影响，并将智能开采优充分发挥，通过远程人工操作还可实现综采工作面安全生产。

2.3采煤机记忆截割技术

在综采工作面的作业中，采煤机是重要的落煤机械设备。当前我国的采煤机记忆割煤主要包括以下几种：记忆学习、记忆截割、记忆中断和记忆修改。在利用采煤机煤矿开采作业中，通过对采煤机运行参数的分析，记忆相关运行参数，同时根据工艺段将各项参数进行保存，以此来实现自动割煤作业。如果在采煤机运行中出现异常情况，可以随时切换人为操作割煤模式。智能化开采和采煤机会结合工作面的地质数据以及惯性导航，对工作面的姿态进行全面感知，最后结合工作面透明化模型，实现数字化采煤功能。

2.4上窜下滑控制技术

长壁综采方式中，工作面刮板输送机是弯曲蛇形推进的。在平行煤层倾斜方向受到煤体对其的摩擦力、采煤机对其的作用力和自身重力的分力的影响，煤层倾角越大，刮板输送机受沿平行煤层倾斜方向向下的分力越大，易造成刮板输送机下滑，严重威胁工作人员的安全和影响正常生产。通过对刮板输送机受力分析可知，可采取增加向上的受力或减小向下的受力策略补偿刮板输送机的受力不平衡。为使采煤机截割过程中对刮板输送机仅有向上的力，采用单向割煤控制技术、反向推移刮板输送机控制技术、加减刀控制技术、外力干预控制技术，比如在机械控制方面应用机头机尾锚固液压缸，将刮板输送机和液压支架连接起来。加设加设限位块（限位千斤顶）、使用外包式十字头等措施减少支架推移梁摆动空间。还可增加刮板输送机与底板、液压支架的接触面积提高摩擦力。采用中部槽较宽规格，并在其底部安装防滑肋板。在设备设计方面采用推移梁斜向上角度布置等，从而减少下滑问题。针对采煤机电缆下滑问题，研发电缆小车控制系统，使其自动跟随采煤机运动，防止下滑。

2.5稳压供液控制技术

供液系统的稳定性与快速性密切关系到工作面支架支护和跟机自动化效果，是实现智能化工作面所面临的一项“卡脖子”技术。井下普遍采用额定供液方式，时常出现供液不足和供液过足的问题，影响油缸动作的快速性和精准度。有学者提出采用多泵联合的方式，即每个泵站为固定的几个设备供液，减少管路过长的动力损耗，动作速度快但精度低。采用单泵变频、单泵分级控制方式来改善支架供液的过足与不足问题，提高了控制精度，但应力突变时反响时间较长。基于液压支架动作的负载特性，提出了适应液压支架动作的稳压供液技术，根据液压支架不同动作特征和预先设定的动作顺序，提前控制多级泵站输出所需的稳压供液流量，在保障供液速度的情况下尽可能提高供液精度。但目前稳压供液技术仍处于时序开环控制阶段，实现根据实时动作状态反馈进行控制是未来研究的重点。

2.6智采装备与生产环境适应性

由于井下开采环境条件的复杂多样，现有智能化开采技术和装备水平尚难以达到自适应开采的要求。提升装备系统与生产环境融合度需要对以下关键支撑技术进行研究:①基于地质探测技术、传感技术、GIS、三维虚拟仿真等技术的透明工作面构建技术;②基于煤岩识别技术和透明工作面的采煤自适应截割技术;③基于液压支架与围岩耦合关系的围岩智能耦合控制技术;④基于多源信息融合的危险源感知预警和防控技术。⑤基于大倾角开采支架自动根据拉架、姿态检测以及防倒防滑等技术。

结语

综上所述，在智能化理念的推动下，人们逐渐对自动化煤矿开采技术进行升级，全面推进煤矿开采的智能化理念，将智能化技术全面运用到煤矿开采工作中，体现出良好的煤矿开采效果，同时也满足煤矿开采需求，大力提升煤矿事业的发展。

参考文献

[1]王金华,黄乐亭,李首滨,等.综采工作面智能化技术与装备的发展[J].煤炭学报,2014,39(8):1418-1423.

[2]任怀伟,王国法,李首滨,等.7m大采高综采智能化工作面成套装备研制[J].煤炭科学技术,2015,43(11):116-121．

[3]黄乐亭,黄曾华,张科学.大采高综采智能化工作面开采关键技术研究[J].煤矿开采,2016,21(1):1-6.