煤炭智能化開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)展探究

煤炭智能化開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)展探究摘要：煤炭開(kāi)采工作是煤礦生產(chǎn)過(guò)程中非常重要的一個(gè)環(huán)節(jié)，智能化技術(shù)的應(yīng)用是保證煤礦開(kāi)采效率與質(zhì)量不能缺少的一部分，如何做好智能化開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用是每個(gè)煤炭企業(yè)需要關(guān)注的問(wèn)題。文章通過(guò)對(duì)智能化開(kāi)采現(xiàn)狀進(jìn)行分析，探討智能化開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)的應(yīng)用與未來(lái)發(fā)展。

關(guān)鍵詞：煤礦開(kāi)采；開(kāi)采技術(shù)；智能化；技術(shù)創(chuàng)新

引言

智能化開(kāi)采的突出特點(diǎn)是智能化開(kāi)采系統(tǒng)具有自主學(xué)習(xí)和自主決策功能,減少人工干預(yù)和控制,通過(guò)自身具備的感知能力、控制能力、自我調(diào)整和修復(fù)能力,實(shí)現(xiàn)環(huán)境和設(shè)別的管控、精度和準(zhǔn)度的控制以及異常故障的自我診斷與修復(fù),進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全智能開(kāi)采。近年來(lái),煤炭智能化開(kāi)采技術(shù)不斷推廣和應(yīng)用,在一定程度上取得了較好的成效,但是在關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新方面仍有所不足,如何立足煤炭行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀,結(jié)合實(shí)際技術(shù)與裝備情況進(jìn)行妥善管理成為煤炭智能化開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵突破點(diǎn)。

1智能開(kāi)采應(yīng)用現(xiàn)狀

由于煤礦工作面開(kāi)采條件的多樣性與復(fù)雜性，以及現(xiàn)階段設(shè)備可靠性與系統(tǒng)穩(wěn)定性等因素，在智能開(kāi)采實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，仍存在一些問(wèn)題與難點(diǎn)，工作面自動(dòng)化的常態(tài)化運(yùn)行依舊無(wú)法保障，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中普遍存在以下問(wèn)題：第一，工作面惡劣環(huán)境下，攝像儀清晰度受粉塵、水霧影響較大，尤其是逆風(fēng)開(kāi)采時(shí)，難以看清煤巖界面及采煤機(jī)滾筒上沿與支架頂梁間的干涉關(guān)系，通過(guò)視頻遠(yuǎn)程干預(yù)采煤機(jī)進(jìn)行常態(tài)化開(kāi)采困難較大，實(shí)際應(yīng)用中仍以人工現(xiàn)場(chǎng)干預(yù)為主。第二，液壓支架自動(dòng)自動(dòng)化并未達(dá)到理想的應(yīng)用效果，僅在條件較好的工作面階段性的應(yīng)用，不能作為主流生產(chǎn)模式長(zhǎng)期運(yùn)行，只有少數(shù)礦區(qū)在持續(xù)使用，主要問(wèn)題是支架跟機(jī)自動(dòng)化程序、流程及參數(shù)的靜態(tài)化與單一化，不能適應(yīng)多變的工作面環(huán)境、設(shè)備和配套供液系統(tǒng)的要求，主要集中為丟架及拉架不到位的問(wèn)題，不能滿足采煤機(jī)高速割煤，支架快速推移的要求。第三，采煤機(jī)記憶截割技術(shù)不能自動(dòng)適應(yīng)工作面煤層賦存的變化，依賴采煤機(jī)司機(jī)的現(xiàn)場(chǎng)試教，煤層賦存發(fā)生變化時(shí)，采煤機(jī)司機(jī)必須現(xiàn)場(chǎng)重新進(jìn)行試教，適合于條件較為簡(jiǎn)單的工作面。第四，綜采工作面成套裝備、執(zhí)行機(jī)構(gòu)、控制元件以及傳感器的可靠性仍有待提高，同時(shí)由于綜采工作面自動(dòng)化系統(tǒng)缺乏行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，且目前接入控制系統(tǒng)良莠不齊，造成總體系統(tǒng)可靠性、控制及時(shí)性難以保障，這也是目前自動(dòng)化工作面實(shí)施難以達(dá)到預(yù)期效果的關(guān)鍵所在。

2實(shí)用的采礦智能技術(shù)

2.13D建模技術(shù)的應(yīng)用

3D建模技術(shù)是數(shù)字化采礦領(lǐng)域備受關(guān)注也是最具影響力的一項(xiàng)技術(shù)。3D建模技術(shù)一直以來(lái)作為新礦山建設(shè)前勘探工作的一部分在應(yīng)用，一般是憑借計(jì)算機(jī)程序，主要用來(lái)創(chuàng)建地下區(qū)域圖。利用建模能夠有效地捕捉到人員無(wú)法到達(dá)地點(diǎn)的圖像，以此擴(kuò)大勘探工作所覆蓋的范圍。另外，建模還可以將未知和潛在不安全的地下區(qū)域的工人撤離，提高勘探作業(yè)的安全性。創(chuàng)建地下區(qū)域詳細(xì)圖像的能力也是eMesent懸停地圖系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，該系統(tǒng)可使用無(wú)人機(jī)完成一個(gè)更大區(qū)域的建模和繪圖工作，廣為采礦技術(shù)所用。

2.2地下開(kāi)采裝備需要具備精確的定位和導(dǎo)航功能

在智能化煤炭開(kāi)采的過(guò)程中，準(zhǔn)確的定位和導(dǎo)航是煤炭開(kāi)采的重要環(huán)節(jié)。只有通過(guò)地下采礦定位導(dǎo)航模型，才能確保煤礦開(kāi)采設(shè)備清楚地定位和測(cè)量采礦路線，嚴(yán)格遵循煤礦開(kāi)采路線。在當(dāng)前的地下煤礦開(kāi)采過(guò)程中，定位和導(dǎo)航一般是通過(guò)GIS地理信息系統(tǒng)導(dǎo)航等方法實(shí)現(xiàn)的，但該技術(shù)的應(yīng)用仍然存在很多問(wèn)題，如技術(shù)成本較高、精度不夠、定位不夠精確等。在煤礦開(kāi)挖過(guò)程中，掘進(jìn)機(jī)尚不能提供準(zhǔn)確的指導(dǎo)。在該技術(shù)中，輔助無(wú)人駕駛系統(tǒng)尚未開(kāi)發(fā)。這也要求研究人員對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行深入的分析和研究，盡快找到技術(shù)突破方向，并促進(jìn)該技術(shù)的發(fā)展。

2.3圍巖-裝備耦合自適應(yīng)控制技術(shù)

液壓支架是煤炭安全開(kāi)采的重要保障，其與圍巖的耦合狀態(tài)是安全生產(chǎn)的核心。雖然支架調(diào)整動(dòng)作已基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，但主要作用在工作面整體協(xié)調(diào)推進(jìn)上，對(duì)支架本身和圍巖的支護(hù)調(diào)節(jié)還是靠人為操作實(shí)現(xiàn)，效率低、精度一致性差，不能達(dá)到目標(biāo)效果。因此，提出了圍巖-裝備耦合自適應(yīng)控制技術(shù)，液壓支架自適應(yīng)圍巖智能控制邏輯如圖2所示。對(duì)工作面圍巖狀態(tài)感知與液壓支架智能控制方式進(jìn)行系統(tǒng)研究，為實(shí)現(xiàn)綜采工作面智能化開(kāi)采提供圍巖-裝備耦合智能控制思路。通過(guò)建立圍巖-支架耦合的力學(xué)模型及液壓支架支護(hù)監(jiān)測(cè)狀態(tài)模型，對(duì)工作面圍巖控制效果進(jìn)行多方位評(píng)價(jià)，建立圍巖控制效果評(píng)價(jià)模型，通過(guò)對(duì)比評(píng)價(jià)，得到液壓支架控制模型，實(shí)現(xiàn)液壓支架自適應(yīng)圍巖智能控制

2.4特厚煤層綜放開(kāi)采智能化技術(shù)

特厚煤層主要分布在我國(guó)特大型煤礦企業(yè),資金和技術(shù)實(shí)力雄厚,開(kāi)采技術(shù)和投入相對(duì)超前,開(kāi)采前景相對(duì)廣泛。特厚煤層智能化開(kāi)采技術(shù)采用各類綜合先進(jìn)設(shè)備入場(chǎng),操作范圍廣、生產(chǎn)規(guī)模大,在相當(dāng)程度上提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率,降低了勞動(dòng)成本。以兩柱式放頂煤液壓支架及自動(dòng)化放煤技術(shù)在推廣應(yīng)用中,面臨著現(xiàn)場(chǎng)頂板管控復(fù)雜,難度加大,頂板風(fēng)險(xiǎn)加大,依托現(xiàn)有的傳感技術(shù),對(duì)作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備和環(huán)境信息進(jìn)行綜合搜集,自動(dòng)分析,在使用過(guò)程中,受到作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)高溫、高濕度、高粉塵的影響,紅外及其他在線監(jiān)測(cè)功能設(shè)施,在數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)值收集過(guò)程中,頻繁故障,影響連續(xù)開(kāi)采,同時(shí)也暴露出檢測(cè)對(duì)象影響因素復(fù)雜等情況。此外,超厚煤層綜放開(kāi)采智能化技術(shù)通過(guò)采用優(yōu)化參數(shù),構(gòu)建合理的動(dòng)態(tài)約束方程和控制模型,通過(guò)自主分析和決策控制參數(shù),實(shí)現(xiàn)支架與綜放工藝的有序耦合,自主決策支架和綜放控制,在一定程度上實(shí)現(xiàn)了連續(xù)高效生產(chǎn)。

2.5礦井機(jī)器人技術(shù)

煤礦井下作業(yè)機(jī)器人屬于防爆重載機(jī)器人，機(jī)器人工作環(huán)境極其復(fù)雜，這就要求機(jī)器人系統(tǒng)不僅要具備基本的感知監(jiān)控功能，還要具備必須的運(yùn)移、避障、導(dǎo)航和抗顛覆功能。當(dāng)前，以智能化綜采工作面系統(tǒng)組成的采煤機(jī)器人群已在70多個(gè)煤礦得以應(yīng)用，部分裝備巡檢機(jī)器人、固定崗位機(jī)器人和危險(xiǎn)環(huán)境探測(cè)機(jī)器人初級(jí)產(chǎn)品已有使用。針對(duì)井下復(fù)雜環(huán)境的機(jī)器人沖擊碰撞問(wèn)題，可通過(guò)研究機(jī)器人與環(huán)境間接觸阻力的變化規(guī)律，搭建接觸阻力與控制參數(shù)之間的作用模型，對(duì)不同的接觸阻力設(shè)置不同的控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)器人的自適應(yīng)跟蹤控制，可以有效解決井下復(fù)雜環(huán)境下的機(jī)器人沖擊碰撞問(wèn)題，保障機(jī)器人安全、高效運(yùn)行。對(duì)于井下機(jī)器人電池續(xù)航問(wèn)題，由于煤礦井下電氣設(shè)備相關(guān)安全規(guī)范對(duì)機(jī)器人電池容量和防護(hù)殼體有極為嚴(yán)格的要求，因此應(yīng)當(dāng)研發(fā)可長(zhǎng)時(shí)間可靠供電的技術(shù)，可將防爆電池輕量化，還可尋求無(wú)線充電裝置，從而保障井下機(jī)器人長(zhǎng)時(shí)間可靠工作。

3智能采礦的局限性與發(fā)展前景

從采礦全自動(dòng)化實(shí)驗(yàn)應(yīng)用效果分析，全自動(dòng)采礦目前尚處于實(shí)驗(yàn)與部分應(yīng)用階段，設(shè)備接收信號(hào)的靈敏度、執(zhí)行指令的速度方面依然有一定局限性，相比一些半人工操控的機(jī)械作業(yè)，在生產(chǎn)效率方面存在一定的差距，實(shí)現(xiàn)全部智能化采礦在技術(shù)設(shè)計(jì)上仍需不斷的完善，另一方面，這些智能設(shè)備的操作技術(shù)難度比較大，設(shè)備正確的操作與維護(hù)對(duì)采礦人員的技術(shù)要求也比較高，需要高端熟練型技術(shù)人才的參與，為此，智能化全自動(dòng)采礦設(shè)備能否大批量投入生產(chǎn)和使用，全面實(shí)現(xiàn)無(wú)人機(jī)械自動(dòng)化采礦，還會(huì)有一段漫長(zhǎng)的路要走。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，煤礦智能開(kāi)采技術(shù)是當(dāng)代煤礦開(kāi)采技術(shù)發(fā)展的前沿技術(shù),是未來(lái)煤礦發(fā)展的最終方向,不斷發(fā)展完善煤礦智能開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)是發(fā)展綠色礦山、清潔煤礦、安全社會(huì)，推動(dòng)我國(guó)煤礦產(chǎn)業(yè)的良性發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]徐建軍.煤礦智能化綜采技術(shù)現(xiàn)狀