摘要：当前阶段，我国矿井开采的规模和深度都在逐渐的增加，这种情况下井下采掘所面临的问题也越来越严重，这在很大的程度上增加了综掘作业面的安全风险，不断地推动综掘作业面智能化发展是当前发展的必然选择。针对综掘工作面智能化开采技术进行全面的分析，不断的提高智能化开采技术，不断地推动综掘作业面智能化的发展，本文将展开讨论。
关键词：综掘工作面；煤矿开采；智能化开采
引言：
当前煤矿开采技术水平在不断的提高，我国信息化发展非常的迅速，综掘技术也进入了智能化的时代。在综采工作面上，一些智能化的技术已经被逐渐的应用。这些技术的应用能够在很大的程度上减少工人的数量同时不断的提高工作的效率，也能够有效的提高企业的经济效益，并且能够不断地提高工作人员的安全性。
1煤矿智能化开采模式概述
我国煤炭工业经过改革开放40年的不断创新与发展，逐步从人工采煤、半机械化采煤向机械化、综合机械化、自动化采煤发展，并已开始由自动化开采向智能化开采迈进，建成了一批具有世界领先水平的现代化大型煤矿。由于我国煤层赋存条件复杂多样，煤矿智能化开采尚处于初级阶段，现有智能化开采技术与装备主要应用于我国中西部煤层赋存条件较优越的矿区，取得了较好的使用效果。
1.1内涵概述
煤矿智能化是采用物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、移动互联网、智能装备等技术，促使煤矿开拓设计、地测、采掘、运通、洗选、安全保障、生产管理等主要系统形成具有自主感知、智能分析与决策、精准控制与执行的能力。开采模式是指针对某一类煤层赋存条件与开采目标设计研发的具有指导意义和实用价值的标准开采工艺、工序流程与配套装备系统。煤矿智能化开采模式则是指针对某一类煤层赋存条件与开采目标，基于煤矿智能化开采技术与装备阶段性发展成果，创新设计的煤炭资源开采标准工艺流程及智能化开采装备配套系统，是一种具有示范性、典型性和对同类煤层赋存条件具有普适性的煤矿智能化开采方案，能够实现该类煤炭资源开采过程的自主感知、智能分析与决策、自动精准控制与执行。
1.2特征
1.2.1创新性与多样性
由于我国煤层赋存条件复杂多样，应按煤层赋存条件与开采目标的差异，建立不同类型的煤矿智能化开采模式，且每种类型的煤矿智能化开采模式均应具有创新性的智能化开采工艺、技术与装备，提高对特定煤层赋存条件的适应性。
1.2.2可靠性与可操作性
煤矿智能化开采模式应基于物联网、云计算、大数据、人工智能等创新性发展成果，选择稳定、可靠的工艺、技术与装备，提高相关技术与装备的可靠性与可操作性。
1.2.3力求简单和可复制、可推广
由于受煤矿井下恶劣生产环境、狭小工作空间等因素制约，煤矿智能化开采相关技术与装备应优先采用模块化设计，简化开采工艺与流程，提高智能化开采技术与装备的适用性，且对不同区域类似煤层条件具有普适性、可复制性与可推广应用价值。
1.2.4阶段性与动态性。由于受制于煤矿智能化开采技术与装备的发展水平，煤矿智能化开采模式并不是一成不变的，而是随着煤矿智能化开采技术与装备的不断进步而发展进步，具有显著的阶段性与动态发展特征。
2综掘工作面智能化采煤关键技术
2.1智能化采掘设备
采煤机是综采工作面中完成割煤破煤任务的大型设备，其调高控制是指采煤机的摇臂高度根据煤层厚度及倾角的变化进行调整，便于截割部对煤层进行精准截割。当前采煤机的摇臂高度调整方式为记忆截割式，通过摇臂高度调整油缸上的传感器记录摇臂高度信息，同时通过记录采煤机行走机构上安装的位置传感器获得的位置信息绘制截割曲线，并进行储存，后续开采时以此曲线调整摇臂高度。这种方式只适用于稳定且变化不大的煤层，不能根据煤层的变化做出相应调整。从原理上来讲，必须实时识别煤和岩的分界面，并通过逻辑计算合理的摇臂高度与当前摇臂高度的差值，才能实现摇臂高度的精确调整，以便实现精确截割。为此，技术人员作出了很多努力，试图利用红外线探测、图像识别、激光粉尘探测等方式识别煤岩分界面，但由于探测精度差、探测范围小等原因，实际效果无法达到理想水平。因此需要转换研究思路，通过精准预测地质信息、工作面三维精准测量、采动应力场和截割参数动态分析等方法，提高煤岩分界面的识别精度，通过智能化调高控制策略实现对采高的精准智能控制。
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2.2物联网技术
煤矿智能化开采的先决条件是实现物联网技术。现有各类传感器与监控技术的发展，使井下设备可以采集与传输相关关键信息，但由于各设备厂家采用的信号格式和接口有差异，缺乏相互之间的通信，数据只进行了单独处理，没有实现数据互通，整体处理，孤岛化问题严重，难以形成有效的分析模型与算法，不能用于指导生产。物联网技术就是要打破这种数据壁垒，打开设备、环境、技术人员之间的信息交互通道，进行数据传输与共享，最终实现万物互联。因此，物联网技术是实现煤矿智能化开采的必要条件和核心技术。
3煤矿综采工作面智能化开采整体架构
煤矿智能化开采与现有的机械化开采最大的区别是具备自主学习能力，能够根据井下开采情况自主决策，因此必须具备自我感知、自我控制和自我修正的能力。只有具备这些能力才能实现对不断变化的生产环境的识别、分析和响应，最大程度上减少人工参与，实现少人甚至无人化的智能开采。目前国内外的井下开采模式最常见的是长壁开采，需要完成支护围岩防止塌陷、截割并破碎煤岩以及将工作面的煤岩运输出工作面这三大任务，为了完成这三项任务，综采工作面需要配置液压支架和超前液压支架进行围岩控制，配置采煤机进行煤岩截割，配置刮板输送机和转载机实现煤流运输[1]。各设备需要在实现自身自动化的基础上，提升感知、决策和执行能力，并实现各设备间的信息通信，协调工作，才能实现综采工作面一体智能化，提高生产效率和生产安全性，其主要技术特征有：（1）液压支架实现智能支护与喷雾降尘，在支护围岩的同时能够进行围岩耦合监测，超前压力预报，实时进行支护姿态监测与压力反馈，自动移架，记忆时序控制放煤。（2）能够对采煤机的采掘姿态进行准确定位，自主识别煤岩并调整采姿，智能控制采掘轨迹，根据额定产量、运输设备负荷等信息进行调速，实现防碰撞避险，对截齿寿命进行管理，及时进行寿命预警，提醒相关人员进行更换。（3）运输设备实现在线状态监测，自动张紧，自我故障诊断，并能根据运输量在一定范围内调整运行速度[2]。（4）工作面智能控制系统将工作面各主要设备连接在一起，通过智能决策系统下达指令，实现各设备间的联动运行，对各设备关键信息进行采集，并进行集中显示，方便技术人员实时了解综采工作面运行情况，并实现人工远程参数调整。
4煤矿综掘工作面智能化操控分析
我国自1982年引进综放开采技术与装备，通过反复进行井下试验与创新设计，研发了适用于不同厚煤层条件的系列综放开采技术与装备，促使综放开采技术在厚及特厚煤层得到广泛推广应用。对于煤层厚度较大、赋存条件较优越、适宜采用综采放顶煤开采方法的厚煤层，可采用综放工作面智能化操控与人工干预辅助放煤模式。由于放顶煤工作面采煤机截割高度不受煤层厚度限制，因此不需要采用采煤机智能调高技术，但仍需要根据煤层底板起伏变化对采煤机的下滚筒卧底量进行智能控制。根据放顶煤智能控制原理的差异，可根据放煤工艺流程将其分为时序控制自动放煤工艺、自动记忆放煤工艺、煤矸识别智能放煤工艺。其中时序控制自动放煤工艺主要通过放煤时间及放煤工艺工序对放煤过程进行智能控制，可分为单轮顺序放煤、单轮间隔放煤、多轮放煤等。
当放顶煤液压支架收到放煤信号时，将放煤信号发送至放煤时间控制器，对放煤时间进行记录，并将放煤执行信号发送至液压支架控制器，通过打开液压支架放煤机构的尾梁插板进行放煤；当达到预设的放煤时间时，则将停止放煤信号发送至液压支架控制器，通过关闭液压支架放煤机构的尾梁插板停止放煤。由于采用放煤时间控制原理，所以时序控制自动放煤工艺适用于顶煤厚度变化不大的综放工作面。自动记忆放煤工艺控制主要通过液压支架控制器对示范放煤过程进行自记忆学习，并根据学习的示范放煤过程进行自动放煤控制。
首次放煤时，需要开启液压支架控制器的学习模式，由人工进行放煤示范，支架控制器对人工示范过程进行记忆学习，并将学习记录的放煤示范数据发送至示范数据分析处理模块，形成自动放煤控制工艺流程，完成人工示范放煤后，关闭液压支架控制器的学习模式，液压支架控制器则将按照自记忆学习形成的自动放煤控制工艺流程执行记忆参数，通过对液压支架放煤机构进行控制实现智能放煤过程。煤矸识别智能放煤工艺控制主要通过煤矸识别装置对液压支架尾梁放出的煤块或矸石进行智能识别，并依据识别结果进行放煤口的开启或关闭操作。当放煤信号传送至液压支架的控制器时，液压支架控制器打开液压支架放煤机构的尾梁插板进行放煤，同时开启煤矸识别装置，当煤矸识别装置的识别结果为煤流时，则继续打开尾梁插板放煤；当煤矸识别装置的识别结果为矸石流时，则关闭尾梁插板，结束放煤操作。
结束语：
综掘工作面智能化采煤技术是当前非常先进的技术，这项技术的充分使用能够不断地提高采煤的工作效率。这项技术是系统化的，他需要很多的先进技术作为支持。当前我国这方面技术还不是非常的完善，需要对各项技术进行不断的创新和研究，不断提高这项技术的使用能力，提高煤矿开采的工作效率，保证煤矿开采的安全。
参考文献：
[1]孙强，宋广占，薄文忠.浅谈煤矿综采工作面智能化开采[J].山东工业技术，2018（08）：81.
[2]崔健.煤矿综采工作面设备智能化推广应用的几点思考[J].山西焦煤科技，2018，42（04）：55-56.
[3]张彩峰.塔山煤矿综采放顶煤工作面智能化开采技术的探讨及应用[J].煤矿机电，2018（02）：68-73.
[4]符如康，张长友，张豪.煤矿综采综掘设备智能感知与控制技术研究及展望[J].煤炭科学技术，2017，45（09）：72-78.
论文作者:贺治刚
论文发表刊物:《基层建设》2019年第27期
论文发表时间:2020/1/18
标签：工作面论文; 煤矿论文; 煤层论文; 技术论文; 支架论文; 液压论文; 装备论文; 《基层建设》2019年第27期论文;