综采工作面智能化开采技术浅析

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摘要：随着互联网人工智能时代的到来，各行各业紧跟时代发展脚步完成企业转型调整。煤矿企业借助各类智能化开采技术提高开采效率成为大势所趋。鉴于此，对综采工作面智能化开采技术如位置监测技术、煤岩界面识别技术、记忆采煤技术、溜坡控制技术、连续生产保障技术等展开论述，分析应用智能化开采技术所带来的一系列影响，针对当下煤矿智能化开采技术应用所面临的问题，指出相应的优化解决措施，以期为煤矿工作者提供指导，进而呈现更好的技术应用效果。

关键词：综采工作面；智能化；开采技术；优化措施

为保证新时代经济发展的煤炭需求量，保证开采工作的有序开展，应用智能化开采技术成为一种必然。但就当前情况来讲，中国综采工作面智能化开采技术水平较低，应用范围和应用深度都需要进一步扩展。因此，本文结合智能化开采技术实际应用情况，研究其当前所遇到的问题，提出智能化开采技术的优化方案，这将对提高煤矿开采效率，保障煤矿开采人员的人身安全，实现煤矿开采事业的可持续发展等方面具有重大意义。

1综采工作面智能化开采的主要技术

1.1位置监测技术

之前，国内外对于采煤机的位置监测先后应用了无线雷达测距、光栅位移识别倾角传感器等技术，这些技术的测量精度较低，无法满足自动化开采的环境要求。目前，普通的位置监测技术借助惯性导航确定采煤机的位置，利用加速度计和陀螺仪确定采煤机的实时位置，使得设备位置漂移率高达0.004°/min，角度量程为25°～70°。虽然惯性导航监测设备位置精度较高，但是受限于长时间的误差累积，导致较容易出现误差，需要对其测量系统误差进行补偿。智能化的位置监测技术则可以解决这类问题，利用GIS（GeographicInformationSstem，地理信息系统）技术进行地图匹配，y结合航位推算法和闭合路径算法，通过截深不变进行补偿，其可以利用校正传感器的方式纠正位置数据误差[1]，进一步提高精度，降低误差，精确定位采煤机的位置和方向（见图1），这对于有效开采、实现采煤自动化摆脱人工采煤的困境具有关键意义。

1.2煤岩界面识别技术

目前，煤岩界面识别技术（见图2）的应用需要借助以下三种方法：a)NGR传感器法（“NGR”即NaturalGmmaRdiation，自然伽马辐射）。这种方法是aa基于煤岩自然伽马射线的辐射性质，应用于高瓦斯矿井条件下，但受制于地理构造等条件，实际应用和推广程度并不高，仅仅有20%的矿井可以利用这种方法。b)煤岩界面识别传感器法。该方法借助采煤机的切割力响应原理，通过收集摇臂振动信号、调高油缸压力信号和滚筒轴扭矩信号，从而精确定位、识别煤岩界面。该方法在中国的应用尚未成熟，应用较少。c)煤层界面红外线探测装置法。采用该方法时需要热成像红外摄像机发挥探测功能，由于煤岩的红外反射波长不同，对煤层中夹矸层特征进行图像采集，通过像素扫描获得煤岩界面和煤层倾角信息，从而调整采煤机姿态[2]。

1.3记忆采煤技术

记忆采煤技术是通过引进PLC（ProgrammableLgicoControler，可编程逻辑控制器）电控系统实现矿山设备与计算机网络设备的结合，采煤机司机首先进行示范刀采煤，自动化系统记录工作面采高数据，控制系统将采煤机的滚筒上下高度（采高卧底数据）、摇臂倾角补偿、机身位置信息等运行信息进行保存，在减少工作人员的前提下完成对采煤机的远程操作，从而不断优化生产过程，提高采煤效率。记忆采煤技术在中国得到了较好的实际应用，促进了中国煤矿综采工作面无人值守的长足发展，且创造了较好的经济效益。

1.4溜坡控制技术

一些煤矿开采区地形复杂，走势险峻，在作业的过程中极有可能发生溜坡状况，因此溜坡控制技术对坡道的控制极为必要。溜坡控制技术主要是利用激光扫描及无线变形监测传感器的方式进行扫描，防止出现液压支架不垂直的现象，以及与计算机网络结合对出现的紧急情况进行准确且迅速的预警，并将扫描的巷道信息及时反馈到GIS，实时更新工作面边界图形，增强液压支架的安全性和可靠性，提高对采矿工人的安全保护系数，保障工作面与煤层走向保持垂直。这项技术在中国应用得较为成熟，且未来拥有良好的发展空间。

1.5连续生产保障技术

随着工艺的发展与进步，新的开采工艺层出不穷，对生产的保障就显得尤为重要。连续生产保障技术主要基于输送平衡控制技术和防撞技术的原理，从而实现对采运过程的平衡控制。智能化采煤中割煤过程主要取决于采运过程中的平衡控制，从而可以形成高效且安全的良好发展过程。同时连续生产保障技术还包括利用摄像类的图像采集方法、雷达探测、三维扫描等对采矿过程中所发生的实时情况进行记录，从而避免采矿设备之间发生碰撞，进而对采矿人员造成二次伤害。但连续生产保障技术需要一些工作人员利用雷达及三维技术对设备进行远程控制，因此仍然需要人力因素的参与[3]。由于该技术显著的优势，在中国煤矿开采过程中得到了很大程度的应用和推广，并且在煤矿生产过程中发挥了巨大作用，为中国煤矿综采工作面智能化开采做出了巨大的贡献。

2综采工作面智能化开采技术现状及问题

2.1综采工作面智能化开采技术现状

新时期，煤炭行业应紧跟人工智能发展潮流，充分应用技术工艺实现行业内的智能化开采，提高经济增长总量。煤矿智能化开采一方面可以降低人工劳动压力，规范开采流程，提高煤炭资源开采效率，充分发挥智能化开采技术的价值；另一方面则可以保障采矿工人的人身安全，规避危险隐患，减少安全事故的发生。中国煤炭行业经过漫长的发展，在开采方式上已实现了重大突破，呈现了从手工作业、半机械化开采到完全机械化、自动化开采的转变。但是，受技术、资金、地质构造等限制，自动化开采技术的应用程度还不够，仍处于初级摸索阶段，厚煤层还未真正实现开采的自动化。因此，综采工作面智能化开采技术还需要经历很长的发展历程，煤矿企业应积极实现向智能化开采的转变，通过引入现代化传感器，加大设备和资金投入，研发新型技术等措施加快智能化开采进程[2]。

2.2综采工作面智能化开采技术问题

智能化开采不仅注重智能算法的应用，还强调硬件设备的适配和高水平信息化专业人才的支撑，但是这个条件恰恰是许多煤矿所不具备的，导致煤矿智能化开采进展较缓慢。一方面是因为当代青年对煤炭行业的认知较为模糊，社会各界未及时进行引导；另一方面是因为煤矿工作条件较艰苦，工作薪酬、晋升条件等对高水平人才的吸引力不够。另外，井下环境温度高、粉尘多、电磁干扰强，使得井下的硬件设备稳定性和可靠性不高，智能化控制不够精确。原因则是硬件设备生产厂家利用不同的信号传输协议收集信息，在数据转换的过程中很难实现集中控制，并且从安全角度出发矿井安装了防爆装置，这会对开采设备的运行造成干扰。这些都是当前综采工作面智能化开采技术所面临的急需解决的问题。

3综采工作面智能化开采技术问题的解决措施

a)实现采煤机的定位和工作面的自动调斜。首先准确的采煤机定位是实现综采工作面智能化开采的前提条件。同时，为了保证支架和刮板机的受力处于平衡状态，还需要使工作面与液压支架保持平行。b)建立稳定、高速、抗干扰的网络信息传输平台。因为在智能化开采过程中，为了保障采矿过程的正常进行，需要不断地采集周围环境的信息来进行控制，所以建立一个稳定、可靠的网络信息运输平台极为必要。c)开发和应用数据库技术。在智能化综采过程中，井上和井下的传输数据量庞大，包括监测数据、图像、语音和视频数据等，因此需要更复杂、更精准的处理手段，例如加强对数据库技术的开发和应用，以实现对工作面信息的查询分析和应用。d)引进高水平人才。高水平人才是应用综采工作面智能化开采技术的必要条件，因此可以通过优厚的薪资待遇等方式引进高水平人才为企业发展助力[4]。

4结语

综上所述，综采工作面智能化开采技术对生产作业效率的提高、煤炭行业的转型、工人的安全保障等起着举足轻重的作用。但该技术的具体应用还存在着一定的问题，其发展将是一个必然且长期的过程。不管是国家，还是煤矿企业，都应积极推进智能化开采技术的应用，为行业的可持续发展贡献力量。

参考文献：

［1］王金华，黄乐亭，李首滨，等.综采工作面智能化技术与装备的发展［J］.煤炭学报，2014，39(8)：1418-1423.

［2］王虹.综采工作面智能化关键技术研究现状与发展方向［J］.煤炭科学技术，2014，42(1)：60-64.

［3］杨文鹏.浅析综采工作面采煤工艺技术［J］.山东煤炭科技，2013，31(3)：65-66.

［4］张良，李首滨，黄曾华，等.煤矿综采工作面无人化开采的内涵与实现［J］.煤炭科学技术，2014，42(9)：25-29.

作者:张晓铖 单位:晋能控股煤业集团浙能麻家梁煤业公司