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綜采工作面智能化開采技術(shù)淺析

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綜采工作面智能化開采技術(shù)淺析

摘要:隨著互聯(lián)網(wǎng)人工智能時(shí)代的到來(lái),各行各業(yè)緊跟時(shí)代發(fā)展腳步完成企業(yè)轉(zhuǎn)型調(diào)整。煤礦企業(yè)借助各類智能化開采技術(shù)提高開采效率成為大勢(shì)所趨。鑒于此,對(duì)綜采工作面智能化開采技術(shù)如位置監(jiān)測(cè)技術(shù)、煤巖界面識(shí)別技術(shù)、記憶采煤技術(shù)、溜坡控制技術(shù)、連續(xù)生產(chǎn)保障技術(shù)等展開論述,分析應(yīng)用智能化開采技術(shù)所帶來(lái)的一系列影響,針對(duì)當(dāng)下煤礦智能化開采技術(shù)應(yīng)用所面臨的問題,指出相應(yīng)的優(yōu)化解決措施,以期為煤礦工作者提供指導(dǎo),進(jìn)而呈現(xiàn)更好的技術(shù)應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞:綜采工作面;智能化;開采技術(shù);優(yōu)化措施

為保證新時(shí)代經(jīng)濟(jì)發(fā)展的煤炭需求量,保證開采工作的有序開展,應(yīng)用智能化開采技術(shù)成為一種必然。但就當(dāng)前情況來(lái)講,中國(guó)綜采工作面智能化開采技術(shù)水平較低,應(yīng)用范圍和應(yīng)用深度都需要進(jìn)一步擴(kuò)展。因此,本文結(jié)合智能化開采技術(shù)實(shí)際應(yīng)用情況,研究其當(dāng)前所遇到的問題,提出智能化開采技術(shù)的優(yōu)化方案,這將對(duì)提高煤礦開采效率,保障煤礦開采人員的人身安全,實(shí)現(xiàn)煤礦開采事業(yè)的可持續(xù)發(fā)展等方面具有重大意義。

1綜采工作面智能化開采的主要技術(shù)

1.1位置監(jiān)測(cè)技術(shù)

之前,國(guó)內(nèi)外對(duì)于采煤機(jī)的位置監(jiān)測(cè)先后應(yīng)用了無(wú)線雷達(dá)測(cè)距、光柵位移識(shí)別傾角傳感器等技術(shù),這些技術(shù)的測(cè)量精度較低,無(wú)法滿足自動(dòng)化開采的環(huán)境要求。目前,普通的位置監(jiān)測(cè)技術(shù)借助慣性導(dǎo)航確定采煤機(jī)的位置,利用加速度計(jì)和陀螺儀確定采煤機(jī)的實(shí)時(shí)位置,使得設(shè)備位置漂移率高達(dá)0.004°/min,角度量程為25°~70°。雖然慣性導(dǎo)航監(jiān)測(cè)設(shè)備位置精度較高,但是受限于長(zhǎng)時(shí)間的誤差累積,導(dǎo)致較容易出現(xiàn)誤差,需要對(duì)其測(cè)量系統(tǒng)誤差進(jìn)行補(bǔ)償。智能化的位置監(jiān)測(cè)技術(shù)則可以解決這類問題,利用GIS(GeographicInformationSstem,地理信息系統(tǒng))技術(shù)進(jìn)行地圖匹配,y結(jié)合航位推算法和閉合路徑算法,通過截深不變進(jìn)行補(bǔ)償,其可以利用校正傳感器的方式糾正位置數(shù)據(jù)誤差[1],進(jìn)一步提高精度,降低誤差,精確定位采煤機(jī)的位置和方向(見圖1),這對(duì)于有效開采、實(shí)現(xiàn)采煤自動(dòng)化擺脫人工采煤的困境具有關(guān)鍵意義。

1.2煤巖界面識(shí)別技術(shù)

目前,煤巖界面識(shí)別技術(shù)(見圖2)的應(yīng)用需要借助以下三種方法:a)NGR傳感器法(“NGR”即NaturalGmmaRdiation,自然伽馬輻射)。這種方法是aa基于煤巖自然伽馬射線的輻射性質(zhì),應(yīng)用于高瓦斯礦井條件下,但受制于地理構(gòu)造等條件,實(shí)際應(yīng)用和推廣程度并不高,僅僅有20%的礦井可以利用這種方法。b)煤巖界面識(shí)別傳感器法。該方法借助采煤機(jī)的切割力響應(yīng)原理,通過收集搖臂振動(dòng)信號(hào)、調(diào)高油缸壓力信號(hào)和滾筒軸扭矩信號(hào),從而精確定位、識(shí)別煤巖界面。該方法在中國(guó)的應(yīng)用尚未成熟,應(yīng)用較少。c)煤層界面紅外線探測(cè)裝置法。采用該方法時(shí)需要熱成像紅外攝像機(jī)發(fā)揮探測(cè)功能,由于煤巖的紅外反射波長(zhǎng)不同,對(duì)煤層中夾矸層特征進(jìn)行圖像采集,通過像素掃描獲得煤巖界面和煤層傾角信息,從而調(diào)整采煤機(jī)姿態(tài)[2]。

1.3記憶采煤技術(shù)

記憶采煤技術(shù)是通過引進(jìn)PLC(ProgrammableLgicoControler,可編程邏輯控制器)電控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)礦山設(shè)備與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的結(jié)合,采煤機(jī)司機(jī)首先進(jìn)行示范刀采煤,自動(dòng)化系統(tǒng)記錄工作面采高數(shù)據(jù),控制系統(tǒng)將采煤機(jī)的滾筒上下高度(采高臥底數(shù)據(jù))、搖臂傾角補(bǔ)償、機(jī)身位置信息等運(yùn)行信息進(jìn)行保存,在減少工作人員的前提下完成對(duì)采煤機(jī)的遠(yuǎn)程操作,從而不斷優(yōu)化生產(chǎn)過程,提高采煤效率。記憶采煤技術(shù)在中國(guó)得到了較好的實(shí)際應(yīng)用,促進(jìn)了中國(guó)煤礦綜采工作面無(wú)人值守的長(zhǎng)足發(fā)展,且創(chuàng)造了較好的經(jīng)濟(jì)效益。

1.4溜坡控制技術(shù)

一些煤礦開采區(qū)地形復(fù)雜,走勢(shì)險(xiǎn)峻,在作業(yè)的過程中極有可能發(fā)生溜坡狀況,因此溜坡控制技術(shù)對(duì)坡道的控制極為必要。溜坡控制技術(shù)主要是利用激光掃描及無(wú)線變形監(jiān)測(cè)傳感器的方式進(jìn)行掃描,防止出現(xiàn)液壓支架不垂直的現(xiàn)象,以及與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合對(duì)出現(xiàn)的緊急情況進(jìn)行準(zhǔn)確且迅速的預(yù)警,并將掃描的巷道信息及時(shí)反饋到GIS,實(shí)時(shí)更新工作面邊界圖形,增強(qiáng)液壓支架的安全性和可靠性,提高對(duì)采礦工人的安全保護(hù)系數(shù),保障工作面與煤層走向保持垂直。這項(xiàng)技術(shù)在中國(guó)應(yīng)用得較為成熟,且未來(lái)?yè)碛辛己玫陌l(fā)展空間。

1.5連續(xù)生產(chǎn)保障技術(shù)

隨著工藝的發(fā)展與進(jìn)步,新的開采工藝層出不窮,對(duì)生產(chǎn)的保障就顯得尤為重要。連續(xù)生產(chǎn)保障技術(shù)主要基于輸送平衡控制技術(shù)和防撞技術(shù)的原理,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)采運(yùn)過程的平衡控制。智能化采煤中割煤過程主要取決于采運(yùn)過程中的平衡控制,從而可以形成高效且安全的良好發(fā)展過程。同時(shí)連續(xù)生產(chǎn)保障技術(shù)還包括利用攝像類的圖像采集方法、雷達(dá)探測(cè)、三維掃描等對(duì)采礦過程中所發(fā)生的實(shí)時(shí)情況進(jìn)行記錄,從而避免采礦設(shè)備之間發(fā)生碰撞,進(jìn)而對(duì)采礦人員造成二次傷害。但連續(xù)生產(chǎn)保障技術(shù)需要一些工作人員利用雷達(dá)及三維技術(shù)對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制,因此仍然需要人力因素的參與[3]。由于該技術(shù)顯著的優(yōu)勢(shì),在中國(guó)煤礦開采過程中得到了很大程度的應(yīng)用和推廣,并且在煤礦生產(chǎn)過程中發(fā)揮了巨大作用,為中國(guó)煤礦綜采工作面智能化開采做出了巨大的貢獻(xiàn)。

2綜采工作面智能化開采技術(shù)現(xiàn)狀及問題

2.1綜采工作面智能化開采技術(shù)現(xiàn)狀

新時(shí)期,煤炭行業(yè)應(yīng)緊跟人工智能發(fā)展潮流,充分應(yīng)用技術(shù)工藝實(shí)現(xiàn)行業(yè)內(nèi)的智能化開采,提高經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)總量。煤礦智能化開采一方面可以降低人工勞動(dòng)壓力,規(guī)范開采流程,提高煤炭資源開采效率,充分發(fā)揮智能化開采技術(shù)的價(jià)值;另一方面則可以保障采礦工人的人身安全,規(guī)避危險(xiǎn)隱患,減少安全事故的發(fā)生。中國(guó)煤炭行業(yè)經(jīng)過漫長(zhǎng)的發(fā)展,在開采方式上已實(shí)現(xiàn)了重大突破,呈現(xiàn)了從手工作業(yè)、半機(jī)械化開采到完全機(jī)械化、自動(dòng)化開采的轉(zhuǎn)變。但是,受技術(shù)、資金、地質(zhì)構(gòu)造等限制,自動(dòng)化開采技術(shù)的應(yīng)用程度還不夠,仍處于初級(jí)摸索階段,厚煤層還未真正實(shí)現(xiàn)開采的自動(dòng)化。因此,綜采工作面智能化開采技術(shù)還需要經(jīng)歷很長(zhǎng)的發(fā)展歷程,煤礦企業(yè)應(yīng)積極實(shí)現(xiàn)向智能化開采的轉(zhuǎn)變,通過引入現(xiàn)代化傳感器,加大設(shè)備和資金投入,研發(fā)新型技術(shù)等措施加快智能化開采進(jìn)程[2]。

2.2綜采工作面智能化開采技術(shù)問題

智能化開采不僅注重智能算法的應(yīng)用,還強(qiáng)調(diào)硬件設(shè)備的適配和高水平信息化專業(yè)人才的支撐,但是這個(gè)條件恰恰是許多煤礦所不具備的,導(dǎo)致煤礦智能化開采進(jìn)展較緩慢。一方面是因?yàn)楫?dāng)代青年對(duì)煤炭行業(yè)的認(rèn)知較為模糊,社會(huì)各界未及時(shí)進(jìn)行引導(dǎo);另一方面是因?yàn)槊旱V工作條件較艱苦,工作薪酬、晉升條件等對(duì)高水平人才的吸引力不夠。另外,井下環(huán)境溫度高、粉塵多、電磁干擾強(qiáng),使得井下的硬件設(shè)備穩(wěn)定性和可靠性不高,智能化控制不夠精確。原因則是硬件設(shè)備生產(chǎn)廠家利用不同的信號(hào)傳輸協(xié)議收集信息,在數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換的過程中很難實(shí)現(xiàn)集中控制,并且從安全角度出發(fā)礦井安裝了防爆裝置,這會(huì)對(duì)開采設(shè)備的運(yùn)行造成干擾。這些都是當(dāng)前綜采工作面智能化開采技術(shù)所面臨的急需解決的問題。

3綜采工作面智能化開采技術(shù)問題的解決措施

a)實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的定位和工作面的自動(dòng)調(diào)斜。首先準(zhǔn)確的采煤機(jī)定位是實(shí)現(xiàn)綜采工作面智能化開采的前提條件。同時(shí),為了保證支架和刮板機(jī)的受力處于平衡狀態(tài),還需要使工作面與液壓支架保持平行。b)建立穩(wěn)定、高速、抗干擾的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸平臺(tái)。因?yàn)樵谥悄芑_采過程中,為了保障采礦過程的正常進(jìn)行,需要不斷地采集周圍環(huán)境的信息來(lái)進(jìn)行控制,所以建立一個(gè)穩(wěn)定、可靠的網(wǎng)絡(luò)信息運(yùn)輸平臺(tái)極為必要。c)開發(fā)和應(yīng)用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)。在智能化綜采過程中,井上和井下的傳輸數(shù)據(jù)量龐大,包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、圖像、語(yǔ)音和視頻數(shù)據(jù)等,因此需要更復(fù)雜、更精準(zhǔn)的處理手段,例如加強(qiáng)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用,以實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面信息的查詢分析和應(yīng)用。d)引進(jìn)高水平人才。高水平人才是應(yīng)用綜采工作面智能化開采技術(shù)的必要條件,因此可以通過優(yōu)厚的薪資待遇等方式引進(jìn)高水平人才為企業(yè)發(fā)展助力[4]。

4結(jié)語(yǔ)

綜上所述,綜采工作面智能化開采技術(shù)對(duì)生產(chǎn)作業(yè)效率的提高、煤炭行業(yè)的轉(zhuǎn)型、工人的安全保障等起著舉足輕重的作用。但該技術(shù)的具體應(yīng)用還存在著一定的問題,其發(fā)展將是一個(gè)必然且長(zhǎng)期的過程。不管是國(guó)家,還是煤礦企業(yè),都應(yīng)積極推進(jìn)智能化開采技術(shù)的應(yīng)用,為行業(yè)的可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)力量。

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作者:張曉鋮 單位:晉能控股煤業(yè)集團(tuán)浙能麻家梁煤業(yè)公司

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