謝國正

(陜西黃陵二號(hào)煤礦有限公司，陜西 延安 727307)

0 引言

現(xiàn)階段，我國各個(gè)行業(yè)均面臨著全面化的升級(jí)改革，將互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與各個(gè)行業(yè)進(jìn)行不同程度的融合，擴(kuò)大智能化技術(shù)的應(yīng)用范圍，從而提高各個(gè)行業(yè)的運(yùn)營速度。煤礦行業(yè)作為我國的傳統(tǒng)行業(yè)，該行業(yè)的改革方向之一是融入智能化技術(shù)，將智能化技術(shù)與煤井礦業(yè)深度結(jié)合[1-4]，這樣不僅有利于煤礦開采，而且能有效避免礦井環(huán)境對(duì)作業(yè)人員的危害，為礦業(yè)開采商和作業(yè)人員都提供了極大的便利。綜采工作面技術(shù)與裝備的發(fā)展歷程主要包括機(jī)械化、自動(dòng)化、智能化、無人化四個(gè)階段[5-7]。

1 發(fā)展現(xiàn)狀

1.1 智能化技術(shù)

導(dǎo)航累計(jì)誤差：煤礦開采技術(shù)系統(tǒng)且繁瑣，綜采工作面智能化技術(shù)主要圍繞井下控制功能來開展“三機(jī)”自動(dòng)控制應(yīng)用?，F(xiàn)階段，綜采工作面智能化技術(shù)中最核心的技術(shù)是綜采工作面的取直技術(shù)[8-11]。工作面的取直技術(shù)不僅能使工作面在動(dòng)態(tài)中保持直線，而且使其與巷道方向保持正交關(guān)系。動(dòng)態(tài)中的工作面，首先導(dǎo)航時(shí)利用地理信息系統(tǒng)得到采煤機(jī)所在的位置和運(yùn)動(dòng)參數(shù)，應(yīng)用截隔模型進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，從而通過支架電液控制系統(tǒng)開展“三機(jī)”聯(lián)動(dòng)控制，而物體的實(shí)時(shí)定位和自動(dòng)導(dǎo)航應(yīng)用的是加速度計(jì)和陀螺儀。但是這種定位和導(dǎo)航技術(shù)的缺點(diǎn)在于較長時(shí)間使用容易出現(xiàn)累計(jì)誤差，因此必須進(jìn)行誤差的彌補(bǔ)與標(biāo)注。

工作面水平高度調(diào)整不夠準(zhǔn)確：現(xiàn)階段煤礦作業(yè)中煤層動(dòng)態(tài)傾角實(shí)時(shí)測(cè)量開始采用煤巖界面識(shí)別技術(shù)。設(shè)備滾筒高度的調(diào)整則依靠此測(cè)量數(shù)據(jù)，從而得到綜采工作面的水平高度。綜采工作面水平高度的調(diào)整方式在國內(nèi)外是不同的，國內(nèi)裝備高度的調(diào)整使用的是記憶割煤技術(shù)，但是當(dāng)煤層走向發(fā)生大的變化時(shí)該技術(shù)就不再準(zhǔn)確。國外裝備高度的調(diào)整使用的是熱紅外攝像儀，根據(jù)掃描的結(jié)果進(jìn)行工作面高度的調(diào)整，然而現(xiàn)今熱紅外攝像儀的使用尚未普及。

雷達(dá)監(jiān)測(cè)等智能化技術(shù)：綜采工作面生產(chǎn)流程連續(xù)性的確保，需要借助智能化設(shè)備進(jìn)行不斷監(jiān)督。在采煤運(yùn)輸?shù)倪^程中，為避免運(yùn)輸過程中碰撞現(xiàn)象的發(fā)生，工作中常常使用雷達(dá)監(jiān)測(cè)等智能化技術(shù)。

1.2 智能化裝備

在綜采工作面的智能化技術(shù)的基礎(chǔ)上，研發(fā)擁有的智能化設(shè)備以抵御設(shè)備控制效率低的問題，通過將智能化設(shè)備中的各種系統(tǒng)聯(lián)系在一起，可以增大綜采工作面的智能化程度[12-14]。

智能采煤機(jī)：綜采工作面智能化設(shè)備的不斷發(fā)展使得智能化設(shè)備在煤礦業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，智能采煤機(jī)就是其中一個(gè)廣泛受用的智能化設(shè)備。智能采煤機(jī)具有多種工作模式，并會(huì)根據(jù)不同的任務(wù)需求使用不同的模式。通過傳感器得到與采煤有關(guān)各個(gè)設(shè)備的位置對(duì)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)路線進(jìn)行估計(jì)以完成聯(lián)動(dòng)控制，對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程的無人操作控制則需要結(jié)合跟進(jìn)作業(yè)和斜切進(jìn)刀工藝等。

智能刮板輸送機(jī)：煤在采集完成后便需要進(jìn)行煤的運(yùn)輸，這時(shí)應(yīng)用的智能化運(yùn)煤設(shè)備主要是智能刮板輸送機(jī)，該設(shè)備的使用不僅能主動(dòng)對(duì)輸送機(jī)的直線進(jìn)行檢測(cè)而且設(shè)備的平整度也保持在一定的范圍內(nèi)。裝備工作時(shí)，各個(gè)支架所在方位的測(cè)定結(jié)合智能刮板輸送機(jī)對(duì)于自身位置的確定能控制支架，防止設(shè)備向上或向下晃動(dòng)。

信息的傳輸與連接：在大數(shù)據(jù)時(shí)代的背景下，信息傳送的頻率和速度都在不斷加快。煤礦行業(yè)在開采、運(yùn)輸?shù)纫幌盗械淖鳂I(yè)過程中，離不開信息的輸入與輸出。綜采工作面建立的信息系統(tǒng)通過結(jié)合軟件平臺(tái)能對(duì)各個(gè)環(huán)節(jié)的煤礦采集工作進(jìn)行很好的掌握，軟件傳輸平臺(tái)會(huì)借助電力載波和光纖等進(jìn)行傳播。同時(shí)在井下作業(yè)時(shí)，信息的傳輸與連接主要借助于無線網(wǎng)?，F(xiàn)階段，將信息傳送技術(shù)形式與采煤系統(tǒng)作業(yè)更好的結(jié)合以保障采煤過程高效有序進(jìn)行。

2 發(fā)展前景及趨勢(shì)

2.1 預(yù)計(jì)前景

自動(dòng)化：對(duì)比以前傳統(tǒng)的煤礦業(yè)，現(xiàn)在的煤礦業(yè)在智能化技術(shù)的融入下，逐漸向自動(dòng)化的方向發(fā)展。自動(dòng)化即在較少人參與下，根據(jù)人們的需求，機(jī)器設(shè)備、系統(tǒng)等經(jīng)過一系列過程達(dá)到預(yù)期目標(biāo)。自動(dòng)化的發(fā)展被廣泛應(yīng)用于采煤工業(yè)，其中采用紅外線、無線電波等制備辨別度較高的傳感器，分辨煤巖表面；采用算法數(shù)據(jù)得到模型從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化的放煤技術(shù)。在設(shè)備自動(dòng)化的不斷發(fā)展中，現(xiàn)階段設(shè)備調(diào)高的自動(dòng)化技術(shù)將進(jìn)入研究人員的視野，設(shè)備調(diào)高技術(shù)的研發(fā)將把探測(cè)技術(shù)包含其中，研發(fā)成功后工作面高度的檢測(cè)和調(diào)整將會(huì)全部應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)。

精確化：在采礦行業(yè)的測(cè)量過程中，綜采工作面的測(cè)量一直使用的是液壓支架。但使用液壓支架進(jìn)行實(shí)際測(cè)量時(shí)，空中飄的煤粉會(huì)給測(cè)量帶來一定程度的干擾，激光定位也不能使用，阻礙工作面的作業(yè)。國際標(biāo)準(zhǔn)中，綜采工作面的角度往往精確到百分之一。在這一標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范下，需通過精確度更高的傳感器，對(duì)在動(dòng)態(tài)中工作面的位置進(jìn)行更精確的定位進(jìn)而將工作面調(diào)直。

視覺化：隨著煤礦行業(yè)工作過程信息系統(tǒng)的使用范圍逐漸增大，幾乎每個(gè)過程中都要用到信息的傳輸。為了將信息更好的反饋給工作人員，同時(shí)為了方便工作人員根據(jù)反饋的信息及時(shí)做出調(diào)整，相應(yīng)軟件的研發(fā)首先應(yīng)對(duì)設(shè)備和工作過程中的信息進(jìn)行處理然后再以圖像的畫面表示出來。

2.2 發(fā)現(xiàn)的問題

系統(tǒng)間的信息共享問題：綜采工作面信息傳輸?shù)墓ぷ髁渴欠浅｝嫶蟮摹，F(xiàn)階段，在煤礦業(yè)互聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展過程中，伴隨著綜采工作面智能化技術(shù)與裝備的視覺化發(fā)展，信息傳輸量和其準(zhǔn)確度顯得至關(guān)重要。就目前的情況分析，現(xiàn)有信息傳輸技術(shù)僅能對(duì)視頻信息數(shù)量較大的數(shù)據(jù)進(jìn)行來回傳送。因?yàn)楝F(xiàn)在沒有達(dá)成統(tǒng)一規(guī)定，所以綜采工作面各個(gè)設(shè)備之間并未相互鏈接。

自動(dòng)找直問題：綜采工作面智能化技術(shù)與裝備將向著自動(dòng)化、精確化、視覺化的方向發(fā)展，這意味著人們能坐在監(jiān)控室內(nèi)便可以對(duì)煤礦中的工作情況進(jìn)行實(shí)時(shí)指揮、監(jiān)督。在推進(jìn)過程中，為了使綜采工作面始終自動(dòng)保持直線狀態(tài)，國外的科研團(tuán)隊(duì)已經(jīng)研制了相應(yīng)的技術(shù)并取得了初步的成效。但針對(duì)綜采工作面的測(cè)量精確度問題，目前的研究還沒有達(dá)到人們的期望值。

綜采工作面的晃動(dòng)問題：綜采工作面的運(yùn)輸所采用的智能刮板輸送機(jī)，該設(shè)備雖然能對(duì)輸送機(jī)的直線進(jìn)行檢測(cè)及校準(zhǔn)，但是刮板輸送機(jī)會(huì)由于地底煤層的變化而出現(xiàn)晃動(dòng)。當(dāng)出現(xiàn)這種情況時(shí)，綜采工作面也會(huì)由于不固定而出現(xiàn)上下晃動(dòng)的現(xiàn)象。綜采工作面的不固定問題會(huì)對(duì)該煤礦順利生產(chǎn)造成阻礙，另外還會(huì)危及人們的安全。

各個(gè)設(shè)備間的協(xié)調(diào)配合問題：現(xiàn)如今，每一個(gè)工藝或程序都是由多個(gè)步驟組成，并且各步驟之間只有相互聯(lián)系、協(xié)調(diào)配合才能保障工藝或程序的順利完成。煤礦中的綜采需要各個(gè)設(shè)備之間的緊密聯(lián)系，同時(shí)也需要對(duì)綜采的各環(huán)節(jié)進(jìn)行監(jiān)督與協(xié)調(diào)。

2.3 發(fā)展趨勢(shì)

在未來，綜采工作面智能化技術(shù)將對(duì)采礦的全過程進(jìn)行全方位、多層面的監(jiān)控。但就現(xiàn)在的形勢(shì)分析，關(guān)于綜采工作面的智能化技術(shù)方面仍然需要科研人員進(jìn)行不斷地研究。

智能化刮板輸送機(jī)技術(shù)改進(jìn)：現(xiàn)在的智能化刮板輸送機(jī)技術(shù)仍有不足之處，主要在于刮板輸送機(jī)的直線問題。綜采工作面由于其自身形狀和煤層的不規(guī)則性以及煤層底部環(huán)境的多變性，給綜采工作面的測(cè)量造成一定的阻礙，改進(jìn)智能化刮板輸送機(jī)技術(shù)主要難點(diǎn)在于改進(jìn)測(cè)量定位技術(shù)。在解決這一問題時(shí)，科研人員不應(yīng)該拘泥于僅檢測(cè)工作面的直線，而應(yīng)該使用多種傳感器測(cè)量與工作面相鄰的支架與輸送機(jī)的相對(duì)位置，不斷調(diào)整相對(duì)位置從而使工作面在動(dòng)態(tài)中調(diào)直。

遠(yuǎn)程監(jiān)督技術(shù)的改進(jìn)：對(duì)綜采工作面實(shí)行遠(yuǎn)程監(jiān)督實(shí)際上就是對(duì)采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)、液壓支架等裝備進(jìn)行監(jiān)控，同時(shí)通過信息化技術(shù)對(duì)工作面進(jìn)行長距離信息傳輸與遠(yuǎn)程監(jiān)控。

3 結(jié)語

在科技飛速發(fā)展的今天，科技信息化智能化在煤礦行業(yè)已經(jīng)進(jìn)行了更深層次的融合，綜采工作面智能化技術(shù)與裝備的發(fā)展速度在逐漸加快。在國家實(shí)行產(chǎn)業(yè)全面升級(jí)和不斷變革的時(shí)代背景下，順應(yīng)時(shí)代的發(fā)展，煤炭行業(yè)持續(xù)將工作人員從勞動(dòng)密集型轉(zhuǎn)到人才技術(shù)型。通過相關(guān)人員的不斷努力，綜采工作面智能化技術(shù)與裝備將以穩(wěn)健的步伐邁向全自動(dòng)化以及全信息化。