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煤礦智能化掘進工作面應(yīng)用分析

2024-04-13 10:18:22唐銨
科學與信息化 2024年1期
關(guān)鍵詞:掘進機工作面煤礦

唐銨

貴州盤江精煤股份有限公司山腳樹礦 貴州 六盤水 553533

引言

煤炭在中國的能源結(jié)構(gòu)中占比最大,是中國經(jīng)濟快速發(fā)展的重要保障。巷道掘進工作是工作面布置的重要基礎(chǔ)工程,很容易受到陷落柱、斷層、采空區(qū)等地質(zhì)環(huán)境的影響,如果操作不當,就可能需要大量的后期維護費用,給煤礦生產(chǎn)帶來無法估計的損失。隨著智能化技術(shù)的誕生,煤礦掘進技術(shù)有了進一步提升,使煤礦掘進效率大幅度提高,同時降低了安全事故的發(fā)生率,保障了煤礦產(chǎn)業(yè)綠色、穩(wěn)定發(fā)展。

1 掘進工作面智能化控制系統(tǒng)功能特征

1.1 掘進工作面智能化控制系統(tǒng)特征

掘進工作面智能化控制系統(tǒng)在處理中可以對各個系統(tǒng)進行集中式的串聯(lián)處理[1]。①通過PLC控制系統(tǒng)利用抗干擾設(shè)備進行處理,保障了裝置的穩(wěn)定性,增強了可靠性;②可以通過PLC技術(shù)集中處理多臺設(shè)備,在一次停運后整個輸送線會停止運轉(zhuǎn);③通過集中管理的方式實現(xiàn)對多個系統(tǒng)的視頻控制處理。隨著人們對資源需求的日益增長,傳統(tǒng)的工作模式無法滿足實際需求,通過現(xiàn)代化的方式進行處理可以提高工作效率與質(zhì)量;④綜合實際狀況做好技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)化,提高工作效率與質(zhì)量,優(yōu)化設(shè)備的整體結(jié)構(gòu),推動智能化、自動化、機械化的發(fā)展。

1.2 掘進工作面智能化控制系統(tǒng)功能

1.2.1 智能感知系統(tǒng)。在掘進工作面智能化控制系統(tǒng)的支持下,通過人工智能、大數(shù)據(jù)以及物聯(lián)網(wǎng)等現(xiàn)代技術(shù)手段,實現(xiàn)掘進設(shè)備的智能化升級優(yōu)化。在多種技術(shù)的支持下了解掘進作業(yè)中瓦斯變化狀態(tài)、截割對象的動態(tài)變化,了解風筒風速以及風量環(huán)境等異常信息、狀態(tài)等,只有配合信息數(shù)據(jù),才能支持掘進作用的有效優(yōu)化[2]。在智能系統(tǒng)的支持下了解掘進機械、皮帶機械的運行狀態(tài),分析探放水以及瓦斯抽采鉆孔的質(zhì)量數(shù)據(jù),為生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的人機環(huán)數(shù)據(jù)的分析處理提供了平臺與技術(shù)手段。

1.2.2 智能決策系統(tǒng)。掘進工作面智能化控制系統(tǒng)利用智能決策系統(tǒng)可以實現(xiàn)對工程設(shè)計數(shù)據(jù)信息、作業(yè)過程中產(chǎn)生的人機環(huán)智能感知數(shù)據(jù)的分析與融合,根據(jù)礦井作業(yè)的各項規(guī)程要求,實現(xiàn)對系統(tǒng)異常狀態(tài)的智能化識別,具有自動報警以及設(shè)備聯(lián)動控制的智能化決策功能。

1.2.3 自動報警系統(tǒng)。掘進工作面智能化控制系統(tǒng)可以根據(jù)各項信息數(shù)據(jù),了解工作人員、崗位職責以及實際的信息數(shù)據(jù),根據(jù)具體的信息數(shù)據(jù)通過智能決策系統(tǒng)形成報警信息,將各項信息及時上報給各級管理人員。

1.2.4 聯(lián)動控制系統(tǒng)。在AI+IOT技術(shù)的支持下,掘進工作面智能化控制系統(tǒng)與設(shè)備充分融合,下發(fā)各項指令信息,通過掘進工作面設(shè)備進行處理,實現(xiàn)了多種設(shè)備的聯(lián)動處理,在處理中也可以與工作人員進行連接,實現(xiàn)遠程輔助操作。

1.2.5 維修、維檢修人員智能調(diào)度?;谥悄軟Q策系統(tǒng)以及不同工作崗位的責任,及時上報各項信息數(shù)據(jù),實現(xiàn)智能化調(diào)度管理。在掘進工作面智能化控制系統(tǒng)通過自動化控制模式實現(xiàn)對綜采工作面、聯(lián)采自動化以及供電、通風、排水系統(tǒng)的智能化控制,真正實現(xiàn)“井下作業(yè)少人化、生產(chǎn)過程透明化、數(shù)據(jù)分析智能化”的目標[3]。

2 智能化掘進技術(shù)的關(guān)鍵

2.1 遠程智能截割

遠程智能截割控制系統(tǒng)是智能化掘進技術(shù)的核心,主要由慣性導(dǎo)航系統(tǒng)、光纖通信環(huán)網(wǎng)、中央控制單元、遠程視頻監(jiān)控分站和井下各種設(shè)備組成,如圖1所示。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)主要是由高精度陀螺儀和加速度計組成,主要用于對掘進機車身位置參數(shù)的測量;光纖通信環(huán)網(wǎng)是由光纖和交換機組成,用于對采集信息和控制信號的高效傳輸;中央控制單元主要是由工業(yè)計算機組成,用于對采集的信息進行處理并發(fā)出相應(yīng)的控制信號;遠程視頻監(jiān)控分站主要是由安裝在掘進機上的攝像頭組成,用于采集現(xiàn)場實時畫面,便于進行控制。

2.2 掘進機本體完全遙控

掘進機本體完全遙控就是通過巷道內(nèi)的遙控裝置對掘進機的作業(yè)狀態(tài)進行完全控制。進行控制時,需要參考遠程傳輸回來的實時畫面。為了實現(xiàn)對掘進機本體的完全遙控,一方面要實現(xiàn)控制信號的低延時傳輸,保證控制的實時性;另一方面要采用微機和伺服電機對掘進機的操控桿進行控制。總的來說,完全遙控本質(zhì)上還是一種初級的智能化,還需要人的干預(yù)完成。

2.3 遠程可視化

在目前情況下,智能化掘進還要依賴于人工干預(yù)來完成,很多情況下需要操作員對現(xiàn)場的情況進行判斷。但是操作人員不在工作面,而是在巷道集控中心內(nèi)或地面上,這就需要采用視頻技術(shù)來查看現(xiàn)場的實際情況。通過遠程可視化技術(shù),可以查看真實的設(shè)備運行情況[4]。為了實現(xiàn)可視化,必須準確地采集現(xiàn)場的實時畫面。這就要求在掘進機上安裝足夠數(shù)量的攝像機。

2.4 掘進機截割軌跡和機身參數(shù)實時監(jiān)控

在對掘進機進行實時智能控制時,需要用到掘進機的位置信息和狀態(tài)參數(shù)信息。為此,需要對掘進機運行軌跡進行監(jiān)控。通過對掘進機的軌跡參數(shù)進行實時處理,形成相應(yīng)的控制信號,進而實現(xiàn)對掘進機位置狀態(tài)的實時調(diào)節(jié)。

3 如何提高煤礦綜掘智能化開采技術(shù)的運用效率

3.1 注重視頻監(jiān)控智能化技術(shù)方案的完善

煤礦企業(yè)在對綜掘面智能化開采技術(shù)進行方案創(chuàng)新設(shè)計的過程中,一定要注重對視頻監(jiān)控智能化技術(shù)進行更加全面的分析,要重點對智能化技術(shù)在提高綜掘面開采工作質(zhì)量與效率提高的方面進行分析總結(jié),從而使綜掘面智能化開采技術(shù)的運用效果能夠充分滿足煤礦生產(chǎn)工作的精準開采要求。同時要對綜掘面的具體環(huán)境進行更加精準的研究。并在視頻監(jiān)控技術(shù)的運用過程中對監(jiān)控設(shè)備的晃動情況,監(jiān)控場景的粉塵量以及遠程視頻的實際效果進行全面分析,為智能化綜掘面開采技術(shù)的科學運用提供較強的數(shù)據(jù)支持。

3.2 提高綜掘面運輸系統(tǒng)的質(zhì)量

在完善綜掘面的運輸系統(tǒng)時,往往需要相關(guān)人員綜合智能化技術(shù)的詳細特點設(shè)計出更加符合綜掘面規(guī)模的運輸策略,并確保設(shè)計出的運輸系統(tǒng)可以有效滿足綜掘面智能化開采技術(shù)的運用需求,從而確保煤礦綜掘面智能化開采技術(shù)運用過程中的物資需求得到滿足[5]。在對綜掘面運輸系統(tǒng)進行完善的過程中,要注重對煤礦智能化開采技術(shù)運用特點的全面分析,充分結(jié)合煤礦的原煤運輸工作中所需要滿足的一些要求,并對綜掘面的空間環(huán)境進行更加全面的觀察分析,為綜掘面智能化開采技術(shù)的運用進行更好的輔助。此外,對綜掘面運輸系統(tǒng)進行完善時,還要注重對相關(guān)智能化設(shè)備特點的全面分析,結(jié)合其特點設(shè)計出更加創(chuàng)新完善且高質(zhì)量的綜掘面運輸方案。

3.3 加強掘進機的實際運用效果

掘進機作為綜掘面開采工作中的重要設(shè)備,在對綜掘面智能化開采技術(shù)的運用方案進行設(shè)計時,往往需要更加重視對掘進機等設(shè)備的實際運用效果。在實際的設(shè)計環(huán)節(jié)中,必須根據(jù)煤炭開采工作中煤礦斷面的具體特征,把智能開發(fā)技術(shù)和掘進機的有關(guān)技術(shù)加以有機融合,確保煤礦開采過程中的智能成型控制技術(shù)可以和掘進機的姿態(tài)調(diào)節(jié)技術(shù)在需求上保持一致,以便適應(yīng)煤炭開采工作在使用智能開發(fā)技術(shù)后所產(chǎn)生的新的開采生產(chǎn)需求。此外,相關(guān)工作人員要注重實際測量工作準確性的提升,并充分結(jié)合各種智能化技術(shù),如慣性導(dǎo)航技術(shù)與激光制導(dǎo)技術(shù),結(jié)合這些技術(shù)的創(chuàng)新特征,設(shè)計制定出更加科學合理的巷道掘進方案,以此為掘進機自主導(dǎo)航系統(tǒng)的構(gòu)建提供更加高質(zhì)量的保障。

3.4 完善綜掘面的智能化開采工序

在運用了綜掘面智能化開采技術(shù)后,傳統(tǒng)的煤礦開采工序已經(jīng)不再適用,因此其也要積極結(jié)合自身的開采情況,設(shè)計更加科學且創(chuàng)新的開采工序。在完善的過程中,工作人員要將煤礦的煤壁作為重點關(guān)注對象,結(jié)合所運用的智能化開采技術(shù)對煤礦巷道的實際情況加以分析,使開采工序的實際設(shè)計情況與煤礦綜掘面各項開采技術(shù)實際運用需求相符,盡可能滿足綜掘面開采技術(shù)的運用要求[6]。同時,在智能化開采技術(shù)的實際運用過程中,一定要對其各功能模塊的特點進行全面的分析,尤其是一些重要的參數(shù)以及數(shù)據(jù)資源,這樣才能確保掘進面的具體開采需求得到充分滿足。此外,掘進面的地質(zhì)條件也是智能化技術(shù)運用過程中需要重點勘探的內(nèi)容,綜掘面的水源與瓦斯情況往往是影響智能化開采工序的重要因素。

3.5 加強數(shù)據(jù)的多源傳輸與存儲

為了解決礦井智能化綜掘開采工作中礦井地質(zhì)模型與圍巖特征等數(shù)據(jù)的變化對其造成的影響,數(shù)據(jù)的多元傳輸與存儲作為一種運用通訊互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸、處理,儲存與決策,并將相應(yīng)操作反饋給具體設(shè)備的技術(shù),相關(guān)工作人員就可運用其在對煤礦地質(zhì)模型與圍巖特征等數(shù)據(jù)進行采集與傳輸后,通過服務(wù)器對其實際的波動情況進行處理分析,并根據(jù)分析結(jié)果發(fā)布更加科學的指令,以此實現(xiàn)煤礦綜掘智能化開采工作的正常開展。

4 智能化掘進技術(shù)的發(fā)展趨勢

4.1 更加全面的智能化

總體來看,目前的智能化是不全面的,只是初步的,主要體現(xiàn)在掘進機并不能實現(xiàn)完全自動化運行,在很多情況下還需要工人在井下集控中心內(nèi)進行操控[7]。造成這種現(xiàn)象的主要原因是工作面情況比較復(fù)雜,而現(xiàn)有的智能學習算法難以對這種復(fù)雜的情況做出最優(yōu)判斷。鑒于這方面原因,掘進機的運行并未實現(xiàn)完全的自動化,這使得巷道的掘進速度與傳統(tǒng)的掘進方式相比提升并不是太大。因此,在未來應(yīng)該加大智能算法的研發(fā)力度,使掘進機在沒有人干預(yù)的情況下能正常高速運轉(zhuǎn)。一方面,應(yīng)該加快對現(xiàn)場復(fù)雜情況的收集與建模;另一方面,要采用智能算法對復(fù)雜情況下的掘進進行學習,以提高智能化水平。

4.2 更加標準的智能化

由于目前煤礦智能化還處于發(fā)展的初級階段,各個煤礦的智能化建設(shè)方案存在較大的差別。這些差別不僅體現(xiàn)在硬件方面,還體現(xiàn)在軟件方面。造成這種現(xiàn)象的原因主要包括兩方面,一方面是煤礦地質(zhì)條件不同,另一方面是資金投入不同。雖然這種方案能滿足當前礦井智能化的需要,但是不利于煤炭行業(yè)智能化水平的提升。換句話說,有的煤礦智能化方案并不能為其他煤礦的智能化提供相應(yīng)的參考。因此,未來應(yīng)該加快煤礦智能化、標準化建設(shè),增強技術(shù)的通用性,這樣可以加快整個行業(yè)的智能化進步。

4.3 更加可靠的智能化

煤礦智能化掘進的實現(xiàn)依賴于掘進設(shè)備上安裝的一些智能芯片、攝像頭和傳感器。然而由于煤礦掘進工作面內(nèi)環(huán)境惡劣,智能設(shè)備上安裝的各種設(shè)備很容易損壞。例如:當工作面粉塵濃度較高時,安裝的可視化攝像頭很容易被磨損;煤塵附著在精密傳感器芯片的表面很容易損壞芯片。一旦智能設(shè)備發(fā)生損壞,不但維修成本較高,而且排查故障所消耗的時間也較長。因此,未來應(yīng)該采取措施提高智能設(shè)備的性能,使得智能設(shè)備具有較高的開機率,這樣才能發(fā)揮智能化開采的優(yōu)勢。

5 結(jié)束語

煤礦智能化掘進是煤炭行業(yè)發(fā)展的重要趨勢。就目前的情況,煤礦企業(yè)首先應(yīng)該建立智能化控制所需要的信息化設(shè)施,然后根據(jù)行業(yè)的先進案例選擇合適的智能化建設(shè)方案。與此同時,應(yīng)該加緊對智能化掘進關(guān)鍵技術(shù)的攻關(guān),以進一步提高巷道掘進的效率。

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河南科技(2014年18期)2014-02-27 14:14:51
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