郅富標(biāo) 袁雪雅 梁娜娜

摘要： 煤礦企業(yè)在當(dāng)下能源緊缺的大背景下，想要提高生產(chǎn)產(chǎn)量與效率，就需要將智能化技術(shù)與采煤裝備相融合，提高技術(shù)應(yīng)用的整體水平。從刮板運輸機、采煤機、液壓支架、帶式輸送機、綜采工作面集成5 個角度出發(fā)，分析了智能化采煤裝備的關(guān)鍵技術(shù)，并提出了智能化采煤裝備未來技術(shù)的發(fā)展方向，希望能夠為煤礦企業(yè)的持續(xù)性發(fā)展提供一些參考與支持。

關(guān)鍵詞： 智能化采煤裝備 關(guān)鍵技術(shù) 智能化技術(shù) 工藝數(shù)據(jù)

中圖分類號： TD632.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A 文章編號： 1672-3791（2023）24-0119-03

信息化時代背景下，煤礦企業(yè)同樣需要緊跟時代發(fā)展的腳步。本文針對當(dāng)下所使用的采煤技術(shù)展開深入分析，融入更多的智能化技術(shù)用以切實推動煤炭開采行業(yè)的變革進程。從實際的技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展情況來看，在智能化采煤裝備大規(guī)模應(yīng)用后，不僅使采掘設(shè)備獲得了智能化的采掘能力，也保證了各類關(guān)聯(lián)工藝數(shù)據(jù)的更新及時性，真正實現(xiàn)了調(diào)度決策與設(shè)備采掘融為一體的工作目標(biāo)。值得注意的是，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)明確未來的智能化采煤裝備技術(shù)的發(fā)展方向，從而進一步細(xì)化技術(shù)的落實內(nèi)容，以達(dá)到提高生產(chǎn)質(zhì)量的目的。

1 智能化采煤裝備的關(guān)鍵技術(shù)

1.1 刮板輸送機

現(xiàn)階段刮板輸送機在我國已經(jīng)實現(xiàn)了自主研發(fā)與批量生產(chǎn)，在融合智能化技術(shù)后，可用于對實際的設(shè)備運行情況進行全面監(jiān)測，并根據(jù)實際需求自動調(diào)節(jié)輸送鏈的松緊程度。

（1）軟啟動，包含了減速器、具有變頻功能的電動機、能夠進行自動控制的動力供給裝置等。為充分發(fā)揮輸送機的應(yīng)用優(yōu)勢，普遍采用由閥門進行全面控制的充液型號的耦合器，整體使用后發(fā)現(xiàn)，無論是應(yīng)用效果還是使用成本均具有一定優(yōu)勢［1］。（2）對刮板鏈條進行自動化的松緊控制。該功能的實現(xiàn)主要基于不同鏈條之間輪盤的懸垂量自動化檢測，進而獲取對應(yīng)的張力變量數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)獲取后可聯(lián)合傳感器對信號進行控制器的傳輸，綜合判斷并分析后，即可對油缸實際伸縮量進行基于發(fā)出命令后的需求控制，達(dá)到對刮板鏈條松緊程度調(diào)節(jié)的目的［2］。（3）融合互聯(lián)網(wǎng)信息技術(shù)實現(xiàn)對輸送機工作狀態(tài)的實時監(jiān)控。包括鏈條輪盤、電動機使用后基于傳感器的狀態(tài)進行的智能化判斷，為故障預(yù)警與斷電控制提供支持。

1.2 采煤機

（1）對采煤機在運行狀態(tài)中所表現(xiàn)出的各類參數(shù)進行集成感知。例如：機器是否存在故障、姿態(tài)是否有異常表現(xiàn)等，進而可在其所處的煤巖環(huán)境對關(guān)聯(lián)參數(shù)進行自動化識別，并保證了故障出現(xiàn)后的預(yù)警和診斷的及時性［3］。

（2）充分發(fā)揮此類設(shè)備的滾筒記憶截割功能優(yōu)勢，能夠基于所獲取的一系列識別參數(shù)，用以對偏移路徑進行自動化糾正處理［4］。

（3）無線狀態(tài)下，基于所提供的對信號的接收與發(fā)送功能。包括液壓支架自動化控制、防爆網(wǎng)關(guān)等設(shè)備，可打造出可對工作狀態(tài)予以完整分析與狀態(tài)監(jiān)控的智能化系統(tǒng)［5］。

（4）融合數(shù)字化技術(shù)，對開采位置的信息可進行自動化識別，同時可自動化規(guī)劃合適的開采路徑，用以規(guī)避可能存在的工作安全隱患。

1.3 液壓支架

對于液壓支架技術(shù)來說，其在融合智能化技術(shù)后所發(fā)揮出的功能控制優(yōu)勢，主要依賴于日益成熟的電液控制技術(shù)。從實際應(yīng)用情況來看，當(dāng)下無論是對支架進行全程自動化的移動還是推移，又或是工作界面內(nèi)的煤炭放置、噴霧等環(huán)節(jié)，均可在控制設(shè)備的遠(yuǎn)程命令輸出后進行全程自動化的工作展開［6］。經(jīng)多年發(fā)展，我國的液壓支架控制技術(shù)獲得了更新，但在圍巖自動化支撐全自動控制層面依舊與其他國家有著一定差距。在未能獲取到協(xié)同控制技術(shù)的支持下，自動化技術(shù)的應(yīng)用效果可能會相對較差。圖1 為液壓支架遠(yuǎn)程控制示意圖。

1.4 帶式輸送機

現(xiàn)階段，我國在煤炭開采行業(yè)所普遍使用的輸送機，已經(jīng)實現(xiàn)了長距離的運輸目標(biāo)，可保證較大的質(zhì)量運送效果，具有功率較大、速度較快等特征。從帶式輸送機的實際應(yīng)用情況來看，可在融合自適應(yīng)松緊控制與軟啟動等智能化技術(shù)后，實現(xiàn)對傳動系統(tǒng)的整體優(yōu)化，能夠根據(jù)實際需求進行較大范圍內(nèi)的無級調(diào)速，并兼顧了對輸出功率進行過載狀態(tài)下自動化保護的功能。這不僅能夠保證整體的輸送效率，而且在使用期間確保了整體運營維護成本相對較低和使用壽命較長。

2 智能化采煤裝備未來技術(shù)的發(fā)展方向

2.1 液壓支架自適應(yīng)控制

從綜合開采界面的支架運用情況來看，液壓類型的支架在使用期間可將具有分布式特點的支護結(jié)構(gòu)應(yīng)用優(yōu)勢予以充分發(fā)揮，不僅保證了結(jié)構(gòu)方面的支護穩(wěn)定性，而且由于融入了基于支架結(jié)構(gòu)的識別裝置，還實現(xiàn)了對搭建框架的綜合性調(diào)控。在這一過程中，若有支架群體控制的需求，同樣可在此類裝置的融合應(yīng)用下保證其使用的協(xié)同度與結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，同時由于建立了與支架控制器之間的聯(lián)系，實現(xiàn)了科學(xué)決策的快速出臺與參數(shù)的及時調(diào)控。

對于融合了電液控制系統(tǒng)的支架結(jié)構(gòu)，實現(xiàn)智能化技術(shù)優(yōu)勢予以充分發(fā)揮目標(biāo)的關(guān)鍵，在于是否能夠保證支架結(jié)構(gòu)的應(yīng)用穩(wěn)定性與適應(yīng)性，并應(yīng)同時考慮其使用層面的自組織性能。當(dāng)下所明確的針對液壓支架的發(fā)展方向，以四連桿的結(jié)構(gòu)優(yōu)化為主，配套科學(xué)的參數(shù)設(shè)計方案，即可起到基于穩(wěn)定科學(xué)程序的結(jié)構(gòu)自動化控制作用。

2.2 煤巖高效自適應(yīng)截割

由于采煤機等裝備已經(jīng)與智能化技術(shù)完美融合，因此具備了可在工作面提供具有高度適應(yīng)性特點的煤巖切割支持，且表現(xiàn)出了高效率的應(yīng)用特點。與此同時，需配套打造出能夠?qū)C械沖擊進行模型層面的敏感性自動化識別的相應(yīng)框架，從而對煤巖硬度的變化情況快速制訂并落實自動化識別的創(chuàng)新方案。融入更多先進技術(shù)，才能全面落實理論的創(chuàng)新?，F(xiàn)階段所使用的多數(shù)截割裝備依舊基于傳統(tǒng)的直線切割模型，未能在理論分析期間預(yù)先對煤巖各個層面的異性或裂隙結(jié)構(gòu)予以充分考慮，導(dǎo)致無論是可能產(chǎn)生的煤巖層面的力量沖擊，還是應(yīng)力破碎效應(yīng)的計算均無法跟上實際的發(fā)展需求。為此，未來如果進行截割機的優(yōu)化，應(yīng)充分考慮沖擊荷載與磨損情況基礎(chǔ)上的技術(shù)更新，圍繞全面提升截割系統(tǒng)的使用可靠性這一關(guān)鍵因素制定并落實合適的改進措施。

2.3 動力傳遞自適應(yīng)調(diào)控

建立與多設(shè)備聯(lián)系的采煤系統(tǒng)的動力控制基礎(chǔ)為機電液系統(tǒng)。由于組成結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，長期使用就很容易產(chǎn)生使用故障，而無法保證應(yīng)用的可靠性，再加上開機率普遍較低的實際情況，使得當(dāng)下想要維持智能化采煤裝備的安全運行較為困難。為此，相關(guān)技術(shù)人員需從裝備實際所處的環(huán)境因素出發(fā)，深入分析與智能化技術(shù)融合后的用于動力傳遞的裝備的使用穩(wěn)定性，細(xì)化具體的漸變失效原因，從而保證動力傳遞的動態(tài)穩(wěn)定性，并制訂一系列的配套優(yōu)化方案。在后續(xù)有重載突變工況出現(xiàn)后，應(yīng)及時深入研究，從而對具有高效性與可靠性的信號傳遞原理有更全面的了解，用以打造在大功率支持下進行穩(wěn)定機電液復(fù)合傳動的控制系統(tǒng)。

2.4 煤巖界面智能識別

如何保證智能化技術(shù)應(yīng)用后采煤裝備的應(yīng)用效果，依舊是當(dāng)下在煤巖層進行智能化識別的關(guān)鍵問題。由于受當(dāng)下地質(zhì)條件的限制，使得無論是對界面的圖像識別還是功率監(jiān)測，均存在著無法保證信息獲取敏感性與完整性的問題。環(huán)境感知狀況相對較差的問題沒有得到徹底解決。為此，需要從煤巖界面的環(huán)境角度入手進行精準(zhǔn)化技術(shù)的深入分析，提高原理的定位科學(xué)性與應(yīng)用可靠性，打造完整的煤巖環(huán)境識別框架。以截割電動機電流、支撐油缸壓力等為例，所傳遞出的負(fù)載參數(shù)可實現(xiàn)對煤巖界面的硬度進行自動化判斷與識別，若能夠?qū)⑵渑c采煤機等裝備進行融合應(yīng)用，可起到較好的動態(tài)化應(yīng)用效果。聯(lián)合紅外遙感技術(shù)，開展對不同煤巖界面的煤層溫度自動化測量工作，進而達(dá)到對煤層結(jié)構(gòu)進行自動化識別的根本目的。從實際應(yīng)用情況來看，該種技術(shù)的應(yīng)用解決了以往需要對采煤機的前搖臂進行調(diào)節(jié)而出現(xiàn)的操作不穩(wěn)定問題，保證了自動高低調(diào)節(jié)的制約效果。

2.5 采煤裝備智能診斷

采煤裝備與智能化技術(shù)之間的結(jié)合優(yōu)勢，同樣體現(xiàn)在設(shè)備使用期間出現(xiàn)故障能否精準(zhǔn)定位。為此，建議預(yù)先打造覆蓋采煤裝備的信息融合模型，配合空間層面的信息實時定位與拾取方案，即可達(dá)到對煤巖界面惡劣環(huán)境予以全面復(fù)現(xiàn)的目的，為后續(xù)自動化的工作信息研究提供支持?，F(xiàn)階段所打造的融入智能化技術(shù)的裝備故障模型，由于融入了智能化識別技術(shù)，所以無論產(chǎn)生何種故障均可進行線上層面的預(yù)先識別，并準(zhǔn)確發(fā)出報警信息。這可以確保故障處理的及時性，延長裝備的使用壽命。而實現(xiàn)這一目標(biāo)的關(guān)鍵，在于采煤裝備中所添加的具有耐高壓與耐腐蝕特點的光纖傳感器，即使在煤巖界面具有易燃易爆特點的環(huán)境中，同樣能夠維持穩(wěn)定運行狀態(tài)，且不會由于信號的傳遞而出現(xiàn)隱患。在傳遞的過程中往往不會受到來自電磁場的干擾，不僅保證了信息傳遞的精準(zhǔn)性，而且傳輸?shù)膱D像分辨率相對較高。

3 結(jié)語

綜上所述，如何保證智能化采煤裝備的應(yīng)用可靠性、環(huán)境適應(yīng)性、參數(shù)調(diào)控精準(zhǔn)性，是更新與應(yīng)用裝備的重要基礎(chǔ)。為此，相關(guān)技術(shù)人員需要在保證動態(tài)化參數(shù)的獲取完整性的同時，聯(lián)合支架支護、傳感定位等技術(shù)，用以實現(xiàn)復(fù)雜煤巖界面的信息獲取目標(biāo)，進而對結(jié)構(gòu)展開自動化分析，以確保開采的高效性，為我國煤炭行業(yè)的可持續(xù)性發(fā)展奠定堅實基礎(chǔ)。

基金項目： 2023河南省科技廳科技攻關(guān)項目；智能化綜采工作面自適應(yīng)關(guān)鍵技術(shù)研究（項目編號：232102220096）。

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