（山西澤州天泰坤達(dá)煤業(yè)有限公司 山西 048100）

煤炭是影響國(guó)家經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要因素，煤炭開(kāi)采受到了社會(huì)各界的廣泛關(guān)注。隨著科學(xué)技術(shù)不斷發(fā)展，機(jī)械化、自動(dòng)化及智能化技術(shù)逐漸應(yīng)用于煤礦開(kāi)采作業(yè)，極大地提高了開(kāi)采質(zhì)量與效率，為煤礦行業(yè)的健康發(fā)展注入了新的活力。煤礦企業(yè)應(yīng)加強(qiáng)重視，逐步完善綜采工作面智能開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)，使其為生產(chǎn)服務(wù)，提高自身的經(jīng)濟(jì)競(jìng)爭(zhēng)力與社會(huì)競(jìng)爭(zhēng)力。

1.概述

(1)綜采工作面智能開(kāi)采現(xiàn)狀分析

21世紀(jì)后，智能技術(shù)飛速發(fā)展，綜采工作面智能開(kāi)采研究如火如荼，但受地形、設(shè)備限制，我國(guó)煤礦綜采工作面智能開(kāi)采中還存在幾項(xiàng)問(wèn)題。①攝像清晰度低。攝像設(shè)備在井下工作時(shí)受粉塵、水霧等因素影響，清晰度難以保證，無(wú)法拍攝清晰的設(shè)備運(yùn)行狀況與巖層形態(tài)，阻礙遠(yuǎn)程監(jiān)控與操作。②工作面自動(dòng)找直系統(tǒng)不完善。結(jié)合現(xiàn)有經(jīng)驗(yàn)，采煤作業(yè)一定時(shí)間后，工作面會(huì)發(fā)生偏移，影響刮板輸送機(jī)、采煤機(jī)等設(shè)備的穩(wěn)定運(yùn)行，需要找直系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控工作面數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)整。③液壓支架自動(dòng)化程度較低。此問(wèn)題主要出現(xiàn)在地質(zhì)條件較差的綜采工作面，支架跟機(jī)自動(dòng)化程序較為單薄，配套設(shè)施不完善，無(wú)法結(jié)合井下環(huán)境實(shí)現(xiàn)快速推移，丟架及拉架不到位問(wèn)題時(shí)有發(fā)生。④智能設(shè)備性能較差。目前煤礦行業(yè)尚未建立科學(xué)完善的自動(dòng)化系統(tǒng)標(biāo)準(zhǔn)，系統(tǒng)質(zhì)量參差不齊，嚴(yán)重影響綜采工作面智能開(kāi)采的可靠性、穩(wěn)定性與及時(shí)性。

(2)綜采工作面智能開(kāi)采階段劃分

煤礦開(kāi)采作業(yè)中受地質(zhì)水文條件影響，智能開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用受限，需要分階段、分地形逐步實(shí)施完善，可先在地質(zhì)條件良好的區(qū)域?qū)嵤?，然后向全區(qū)域過(guò)渡，先實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單的集中控制與自動(dòng)化生產(chǎn)，再逐漸發(fā)展為智能控制與無(wú)人化生產(chǎn)，從而全面提升煤礦開(kāi)采的科技含量與智能化水平。綜合分析，綜采工作面智能開(kāi)采可劃分為以下4個(gè)階段。①監(jiān)控工作面關(guān)鍵設(shè)備運(yùn)行，基本實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)集中化自動(dòng)控制，但還需要人工輔助，智能化程度較低。②同時(shí)感知設(shè)備信息與部分圍巖信息，若地質(zhì)條件良好，可根據(jù)反饋信息實(shí)現(xiàn)自動(dòng)開(kāi)采控制。③全面感知地質(zhì)信息，實(shí)現(xiàn)復(fù)雜地形的規(guī)劃開(kāi)采。④全程智能感知，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化智能調(diào)節(jié)，降低人力成本，工作效率大幅度提升。目前我國(guó)綜采面開(kāi)采尚停留在第一階段，部分企業(yè)應(yīng)用了第二階段的關(guān)鍵技術(shù)，智能化水平需持續(xù)提升。

2.綜采工作面智能開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)分析

(1)遠(yuǎn)程遙控技術(shù)

遠(yuǎn)程遙控技術(shù)在綜采工作面中應(yīng)用較為廣泛，一定程度上減少現(xiàn)場(chǎng)操作，有利于營(yíng)造安全舒適的工作環(huán)境，為員工的生命安全保駕護(hù)航。遠(yuǎn)程遙控技術(shù)需要建立科學(xué)可靠的通訊網(wǎng)絡(luò)，借由計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)等控制采煤設(shè)備進(jìn)行生產(chǎn)。該項(xiàng)技術(shù)除可遠(yuǎn)程操作設(shè)備外，還可以監(jiān)控煤炭開(kāi)采過(guò)程，及時(shí)發(fā)現(xiàn)生產(chǎn)異常，為后續(xù)開(kāi)采工作提供支持。隨著遠(yuǎn)程遙控技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)場(chǎng)操作逐漸減少，但距離實(shí)現(xiàn)完全無(wú)人化還有較大距離，應(yīng)加大研究力度，精進(jìn)遠(yuǎn)程遙控技術(shù)等智能開(kāi)采技術(shù)，以此提高煤炭開(kāi)采效率，推動(dòng)煤礦企業(yè)更快更好的發(fā)展。

(2)煤巖自動(dòng)識(shí)別技術(shù)

煤巖自動(dòng)識(shí)別技術(shù)在煤炭智能開(kāi)采中占有舉足輕重的地位，與開(kāi)采方向及效率息息相關(guān)。此項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用時(shí)，技術(shù)人員操控相關(guān)設(shè)備自動(dòng)識(shí)別煤礦巖層數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)精密計(jì)算后制定合理的開(kāi)采方案，幫助企業(yè)盡可能多的開(kāi)采煤炭，提高經(jīng)濟(jì)收益。在開(kāi)采過(guò)程中，煤巖自動(dòng)識(shí)別技術(shù)還能及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常巖層信息，方便及時(shí)應(yīng)對(duì)處理，避免不必要的經(jīng)濟(jì)損失與人員傷亡?，F(xiàn)階段，煤巖識(shí)別包括超聲波、紫外線、紅外線、雷達(dá)脈沖等多種形式，可深入煤層探測(cè)煤炭種類及分布情況等信息，企業(yè)可根據(jù)實(shí)際情況選擇合適的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。由于地質(zhì)水文條件復(fù)雜，煤巖自動(dòng)識(shí)別技術(shù)還需繼續(xù)完善，須提高識(shí)別的準(zhǔn)確度與精確度，使其在復(fù)雜環(huán)境中仍有良好的識(shí)別效果。

(3)工作面直線度檢測(cè)與控制技術(shù)

綜采工作面的直線度是保證機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵，但工作面調(diào)直操作難度較大，無(wú)法滿足設(shè)備正常使用需求。目前，我國(guó)大多數(shù)煤礦企業(yè)使用工作面直線度檢測(cè)與控制技術(shù)進(jìn)行工作面自動(dòng)調(diào)直，針對(duì)地質(zhì)條件較為簡(jiǎn)單的綜采工作面應(yīng)用效果良好，但在復(fù)雜地形中精準(zhǔn)度還需繼續(xù)提高。工作面直線度檢測(cè)與控制技術(shù)應(yīng)用時(shí)需綜合考慮采煤設(shè)備間隔、工作面頂?shù)装迩闆r、供液壓力、傳感器精度等多項(xiàng)因素，盡可能保證支架在自動(dòng)跟機(jī)過(guò)程中精準(zhǔn)移位。值得注意的是，現(xiàn)有的直線度檢測(cè)設(shè)備十分昂貴，為降低成本需研究更經(jīng)濟(jì)的檢測(cè)裝置，并進(jìn)一步優(yōu)化調(diào)直程序，提高精確度。

(4)多傳感器技術(shù)

綜采工作面智能開(kāi)采的特征之一是實(shí)現(xiàn)無(wú)人化操作，基于此，需發(fā)展多傳感器技術(shù)將井下機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行數(shù)據(jù)、周圍環(huán)境數(shù)據(jù)（溫度、壓力、氧氣含量、有害氣體含量等）實(shí)時(shí)傳輸至地面控制中心的計(jì)算機(jī)內(nèi)，利用大數(shù)據(jù)分析技術(shù)分析煤礦開(kāi)采的具體情況。多傳感器技術(shù)即可保證眾多數(shù)據(jù)及時(shí)傳輸至地面，又能確保數(shù)據(jù)不失真，有利于快速找出井下的安全隱患，降低事故發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。此外，該項(xiàng)技術(shù)還能幫助技術(shù)人員實(shí)時(shí)調(diào)整開(kāi)采方案、完善生產(chǎn)計(jì)劃，有效提高生產(chǎn)效率，為煤礦企業(yè)的良好發(fā)展提供助力。

(5)高速通訊技術(shù)

高速通訊技術(shù)是實(shí)現(xiàn)綜采工作面智能開(kāi)采的基礎(chǔ)，為其他智能開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用提供支持。目前，煤礦生產(chǎn)的各個(gè)環(huán)節(jié)都需要進(jìn)行信息交流，傳統(tǒng)開(kāi)采模式中，因煤礦開(kāi)采需深入地下，地上地下溝通費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不僅影響生產(chǎn)效率，還存在安全隱患，高速通訊技術(shù)的應(yīng)用可實(shí)現(xiàn)高效溝通，確保信息傳遞及時(shí)準(zhǔn)確，保證了人員生產(chǎn)安全，同時(shí)提高開(kāi)采效率，有利于促進(jìn)煤礦企業(yè)的快速發(fā)展。

(6)大數(shù)據(jù)集成與共享協(xié)同控制

在綜采工作面實(shí)現(xiàn)智能開(kāi)采需要設(shè)備自身及鄰間配合產(chǎn)生感知，安裝大量的傳感器，設(shè)備運(yùn)行產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)，確保數(shù)據(jù)快速準(zhǔn)確的傳輸、分析、應(yīng)用十分重要，有利于進(jìn)一步提高設(shè)備感知識(shí)別效率，確?？刂葡到y(tǒng)安全穩(wěn)定的運(yùn)行。大數(shù)據(jù)集成技術(shù)可有效融合不同類型數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)共享協(xié)同控制可形成智能控制系統(tǒng)，為綜采工作面開(kāi)采工作提供方案支持。大數(shù)據(jù)集成與共享協(xié)同控制還具有模擬和報(bào)警功能，通過(guò)歷史數(shù)據(jù)建立監(jiān)控模型，針對(duì)井下開(kāi)采狀態(tài)控制多個(gè)機(jī)械設(shè)備，實(shí)現(xiàn)智能協(xié)同控制。

(7)液壓支架控制技術(shù)

液壓支架是煤礦開(kāi)采中不可或缺的重要設(shè)備，起支撐作用，保障井下作業(yè)安全。因綜采工作面凹凸不平，底座與頂梁出現(xiàn)傾斜在所難免，同時(shí)液壓支架使用過(guò)程中會(huì)與工作面圍巖產(chǎn)生耦合作用，為保證設(shè)備正常運(yùn)行，液壓支架頂梁會(huì)呈現(xiàn)俯、仰狀態(tài)。針對(duì)這一情況，需對(duì)液壓支架狀態(tài)信息進(jìn)行監(jiān)控，防止液壓支架倒塌造成嚴(yán)重的安全事故。液壓支架控制技術(shù)應(yīng)用中需重視以下幾點(diǎn)：第一，提高精準(zhǔn)度。支架狀態(tài)需要自動(dòng)感知，及時(shí)了解關(guān)鍵位置的受力情況，提高感知精準(zhǔn)度才能真實(shí)反映支架支護(hù)狀態(tài)。第二，創(chuàng)新自主調(diào)控支架。液壓支架的自適應(yīng)控制需要相應(yīng)結(jié)構(gòu)支持，應(yīng)擴(kuò)大支架的可調(diào)節(jié)范圍，從而更好的適應(yīng)采高和圍巖條件變化。第三，實(shí)現(xiàn)液壓支架群組控制，綜采工作面需要多個(gè)液壓支架提供支撐力，實(shí)現(xiàn)群組控制能更好的分配阻力，確保井下作業(yè)安全。

3.綜采工作面智能開(kāi)采的發(fā)展趨勢(shì)

隨著科技水平不斷提高，智能化生產(chǎn)已經(jīng)成為煤礦行業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，基于此背景，未來(lái)提高綜采工作面開(kāi)采的智能化程度需從以下兩方面入手。首先，完善軟件系統(tǒng)。工作人員需在現(xiàn)有操作系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，融合智能軟件，確保每一個(gè)系統(tǒng)都能獨(dú)立運(yùn)行，經(jīng)過(guò)智能設(shè)計(jì)連接后可實(shí)現(xiàn)集中控制與統(tǒng)一調(diào)度，提高智能開(kāi)采系統(tǒng)的兼容性與高效性。完善系統(tǒng)軟件能在系統(tǒng)出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)將不良影響控制在一定范圍，確保開(kāi)采工作順利推進(jìn)。其次，開(kāi)發(fā)智能生產(chǎn)設(shè)備。未來(lái)綜采工作面智能開(kāi)采以無(wú)人化為建設(shè)目標(biāo)，需配備智能化程度較高的生產(chǎn)設(shè)備，并建立煤基多元協(xié)同與原位流態(tài)化開(kāi)發(fā)一體化的新型能源系統(tǒng)。煤礦企業(yè)應(yīng)加大科研投入，研究開(kāi)發(fā)成套的智能開(kāi)采設(shè)備，為實(shí)現(xiàn)智能生產(chǎn)提供硬件支持。

4.總結(jié)

綜上所述，智能開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)對(duì)綜采工作面開(kāi)采效果有著至關(guān)重要的影響，需加大開(kāi)發(fā)研究力度才能提高企業(yè)競(jìng)爭(zhēng)力，同時(shí)為整個(gè)行業(yè)的良好發(fā)展添磚加瓦。目前，綜采工作面智能開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)在應(yīng)用中還存在部分問(wèn)題，煤礦企業(yè)應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況選擇合適的智能開(kāi)采技術(shù)，并從軟件與設(shè)備方面進(jìn)行優(yōu)化，充分發(fā)揮智能技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，全面提高生產(chǎn)效益。