综采工作面智能化开采技术研究

综采工作面智能化开采技术研究

魏利昌

兰花集团东峰煤矿有限公司 山西省晋城市 048000

摘要：煤炭资源作为我国基础能源的主要构成部分，长期以来在我国能源结构中占据着重要地位，并且在未来很长一段时间仍将作为中国难以替代的主体能源。现阶段，随着信息化技术的发展，我国工业技术与网络技术水平不断提升，促进了我国各个产业的改革与发展，智能化将成为我国产业未来发展的主要方向。我国煤矿工作环境恶劣，煤矿安全一直以来都是各界关注的重点。随着信息化与智能化技术的发展，如何将智能化技术引入到煤矿开采工作中以及提高煤矿作业的安全性成为重点。将智能化技术应用于煤矿综采工作面可以实现无人开采，提高煤矿开采工作安全性，而且有利于煤矿综采工作效率的提升。

关键词：综采工作面；智能化开采；技术研究

引言

近年来，随着煤矿井下开采技术和生产装备水平的不断提高，煤矿开采方式已经从机械化开采逐步向自动化、智能化方向发展。目前，智能化技术在国内外煤矿开采过程中已经得到广泛应用。近10年来我国通过不断采取国外引进、自主研发和创新等方式，煤炭自动化、智能化开采装备和技术得到了快速发展和提升。

1技术研究现状

国内在这方面的研发包括以下2个基本阶段:①引进、消化和研制阶段。②自主开创、设计和发展阶段。现阶段，国内掘进机及综掘技术已经达到相对较好的水平，在煤巷中大量应用轻、中型设备是以后的发展趋势，半煤岩巷和大断面掘进应用重型机，今后国内将重点探讨采掘锚机组。当前综采工作面相关开采技术包括以下4种:①大断面连续采煤机高效掘进。②煤巷综合机械化掘进。③悬臂式掘进机和机载锚杆钻机为基础的掘锚机组一体化高效掘进。④连续采煤机为基础的掘锚机组一体化高效掘进。

2综采工作面智能化开采技术研究

2.1液压支架跟机自动化技术

液压支架跟机自动化技术是指以采煤机的位置为基准，结合矿井开采工艺，依据工作面顶板压力、倾角、液压支架姿态、采煤机运行状态等信息，将整个生产过程划分为不同的阶段，确定合适的割煤工艺，自动决策并控制液压支架中部跟机、端头清浮煤、转载机自动推进等动作，液压支架跟机自动化工艺能够有效保证工作面生产的衔接性，实现安全高效的生产。液压支架跟机自动化工艺实现的主要条件包括:①采煤机位置的确定;②智能工作面设备处于正常运行状态;③正确配置液压支架电液控制系统的参数;④合理控制采煤机推进速度，保证工作面平稳推进。

2.2记忆截割

采煤机在进行煤矿开采中应用，记忆截割就是采煤机在自动模式下，依据记忆对各项数据内容进行全面学习，通过自动方式对采煤机位置进行切换，进而得到相应工艺段，而且要随着采煤机在煤矿开采中位置的改变，要自动调整采煤机在运行时牵引速度和滚动高度，从而使自动割煤期间在应用过程中，能够进行记忆截割，一旦遇到异常问题，例如，煤层发生断裂，煤层厚度发生改变等各种对煤层开采，采煤机运行造成影响时，作业人员要依据具体情况，采用人工方式干预，若异常问题在本次煤矿开采切割中出现，此时，要将记忆切割中断，采取人工手段方式完成割煤作业，煤矿开采中，采煤机在经过异常煤壁后，再开展记忆截割。若该段煤层的具体状态发生了改变，而且该变化还继续下去，方便进入到在线修改模式，操作采煤机的作业人员对采煤机的运行情况进行操控，系统将采煤机在运行过程中的各项数据内容精准记录，然后依据数据，对采煤机在应用时的状态进行修改，利用新数据覆盖原记忆数据，进而自动切割。

2.3刮板输送机煤量负载平衡协调控制技术

因受工作面煤层赋存、生产环节等因素影响，工作面在生产期间经常会出现煤流量不均衡，造成刮板输送机运输过程中负载量出现较大波动变化。当煤流量过大时，可能会造成刮板输送机过载压死；当煤流量过小或无煤时，会出现刮板输送机轻载或空载现象，造成电能浪费，同时也会对设备产生损耗。针对此情况，提出了刮板输送机基于变频调速的煤流量负载平衡控制技术。刮板输送机控制箱利用安装在机头位置的煤量监测仪对刮板输送机上的煤量进行实时监测，并根据刮板输送机电机在运行过程中实时输出的功率进行对比分析，来判定刮板输送机负载量。当工作面煤量减少时，变频器输出频率会及时降低，使刮板输送机低速运行，降低电耗，减小设备磨损，达到节能降耗和延长设备服务年限的目的。当煤量监测仪监测到煤流量过大、刮板输送机出现过载时，智能化操作控制系统会及时操控采煤机降低截割运行速度，减小出煤量；当刮板输送机负荷超过规定的上限值时，智能化控制系统会控制采煤机自动停机并进行闭锁。

2.4运输系统智能化技术

运输系统智能化的实现主要取决于以下几方面:原煤运输、材料运输和补给的智能化。其中，已经解决原煤运输智能化问题，但是材料运输和补给智能化受客观因素的影响，例如材料的搬运、工作面空间等一直没有实现突破，日后可以尝试着用矿用机器人等相关设施取代人工装卸的操作模式，从而提高运输系统的智能化水平。

2.5大断面巷道变形智能控制技术

科技的进步提高了综采工作面的信息化水平，同时，各种先进的设备被引入到煤矿生产中，对回采巷道提出加大巷道断面的要求。大断面巷道与目前一般断面的巷道变形破坏规律存在相同之处，开挖巷道之后，若不及时选择科学合理的支护措施，就会导致巷道的塑性区和破坏区逐渐增大。而这2个区域的扩展是循序渐进的过程，如果及时施加高预紧力锚杆支护，就能够确保巷道的稳定性。因此，当前大断面煤巷围岩变形的有效控制方法是及时采用高预紧力锚杆及锚索支护措施。但综掘智能化工作面对大断面巷道变形要求具有智能感知与控制的功能，所以应深入探索其围岩稳定机理及变形规律，从而实现良好的自动化控制效果。

2.6三控融合技术

在实际操作中，需要串联控制系统、CST控制系统以及自动化控制系统。在实际的应用过程中，CST自行控制CST离合器流量、输出比例、输出温度、比例阀输出以及输出压力等相关参数，并且在出现故障信号后可自行停车。监控系统在这里主要负责皮带的带速、张力以及烟雾等相关保护参数的控制。综采SAM系统将多种信号进行有机融合后，实现对操纵指令的收发。从整体上来说，系统负责开停机信号、执行语音；自动化控制系统提供指令；CST根据命令按照“三控”逻辑方式运行，从而提供一键启停功能。

结语

推进煤矿自动化和智能化建设从而实现矿井少人、无人化开采是保障我国煤炭工业安全发展、技术提升和产业升级的重要手段。 煤矿智能化开采最主要的目标就是通过技术创新研究和机械装备研制开发等方式来实现工作面减人、增产和提效。煤矿通过对矿井智能化开采系统进行升级改造，实现了工作面采煤机的自动找直、液压支架的自动跟机移架，工作面真正实现了无人操作、有人巡检的生产作业模式。通过采取采煤机高速截割运行、采装运平衡协调控制和工序工艺优化及加强生产组织等措施，工作面生产能力达到了 4 Mt/a ，为我国中厚煤层煤矿推进工作面智能化开采提供了参考。

参考文献

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