开滦能源化工股份有限公司范各庄矿业分公司 河北唐山 063100
摘要：在煤矿综采作业中采煤机是最关键的设备。只有实现采煤机的智能化，才能实现综采作业智能化。智能化要求采煤机可以根据煤层条件和自身状态实现自动调整。在采煤机智能技术中智能控制和状态感知是核心技术。当前，国内综采智能化主要是对采煤机的定位技术和记忆截割技术进行研究。目前国内虽然已经有部分带记忆截割功能的采煤机，但是由于技术不成熟问题颇多需要进一步研究。
关键词：煤矿采煤机；智能化；技术
1 引言
随着开采技术的发展煤矿无人化综采成为未来发展的趋势。基于智能化采煤机的功能需求，对采煤机智能控制、智能截割和智能感知技术进行了深入研究，以实现煤矿综采无人化作业。通过对智能化采煤机的自动调高、自动定位以及自适应牵引等方面的现场实践，为煤矿无人化综采作业提供了重要的参考。
2 我国采煤机智能化及辅助设备技术的发展及现状
目前我国对于煤的开采方式主要是深井开采，煤矿中还含有很多的化学元素，在地下深处经常会有含量不等的瓦斯存在。瓦斯在深井这种相对密闭的空间中如果遇到明火或者高温热源，很容易发生爆炸，造成人员伤亡，同时还需要进行事后处理，严重影响开采进度。工人在井下作业也会因为长期待在不好的环境中，对其身心造成不良影响。尽管现在我国采煤的设备是采煤机，但是在实际开采过程中，还是需要人工操作，为了避免开采时可能造成人员伤亡，研发人员已经在积极开发高端技术。目前采煤机智能化技术的发展方向在于利用预设程序和指令让系统能够对井下环境进行感知，并且通过互联网技术将信息传递给地面控制端，这样工作人员就能在不深人的情况下也能快速得知井下的具体情况，并根据实际情况设计出最佳的开采方案。
3 采煤机相关状态的感知智能技术
3.1 煤岩综采界面的感知
属于自然性成藏结构的煤层的边界大都不规则，底板的岩石升、顶板的岩石陷，及煤层普遍存在的夹岩石状况，如果达不到自动界面识别，就不能实现综采无人化。目前国内外识别煤岩的界面技术主要包括r射线和雷达以及激光技术探测等。近年来，多参数感知协同法采用较广，并收到良好的较果。这种办法重点检测的参数包括：滚筒的转矩、摇臂的震动、电流驱动、油缸压支撑以及截割产生的噪声等。经过基函数径向神经（RBF）网格，把多个功能传感器的检测数据相融合，实现对煤岩的精准识别。
3.2 采煤机定位技术
采煤机按照刮板输送机的导轨走向确定行走轨迹对液压支架的自动调直有直接影响，也对作业面煤壁的截割笔直程度有决定作用，同时也为.截割滚筒自动调高提供参考。所以在采煤机综采作业智能化中地质空间三维定位是核心技术。当前主要运用无限传感网定位、红外线定位、地理信息系统定位以及超声波定位等作为采煤机定位原理。通过在采煤机上安装惯性导航装置，实现对采煤机姿态和行走方位的确定；通过在机身铰接轴和摇臂上安装轴编码器对摇臂的旋转角度进行测量通过在采煤机行走部位安装轴编码器，对其行走速度和距离进行测量。
3.3 刮板输送机智能化技术
刮板输送机的在煤矿开采中的主要用途在于将煤一层层的刮下来，刮下来的部分才能够交由另外的设备从开采区域运出来，功能类似于挖土机，否则人力开采劳时费力。在互联网+条件下，其智能化的发展方向有以下几点：首先是启动方面，传统的刮板机强行启动或者启动不当时，有可能会出现各种问题，如果能为其添加一个启动管理程序，就能在很大程度上避免这样的问题；其次是链条收缩，对工作人员来说不能完美把控链条收缩进给量，但是对机器来说却不然，通过预设程序机器能够在需要的时候自动控制链条的进给，实现安全操作；最后是信号传输，自动工作的设备添加信号传输功能能够让工作人员随时可以对当前的工作情况进行检测，出现问题也能随时通知叫停，大大增加了开采的安全系数。
4 采煤机智能截割技术
4.1 自适应牵引控制技术
深井之下的工作环境不是一成不变的，截割起；来可能这一秒与上一秒的参数要求就不一样，因此采煤机如果按照恒定功率等进行工作时，就不能保证工作状态的稳定，从而影响到正常的工作。自适应牵引控制技术能够避开这样的问题，通过实况和调节程序进行调节。滚筒能够在牵引下进行符合深井环境的工作，将粒子群算法运用到该技术中能够起到很好的效果。
4.2 自适应调高控制技术
当煤层地质条件发生变化时，如果仍然采用记忆的位置会导致截割滚简截割到顶板岩石、夹矸或者断层，致使采煤机截割部损害，或者带来严重的生产事故。为了解决此问题，基于人工免疫模型的采煤机截割滚简自动调高技术，将人工免疫理论与记忆截割相结合，实现采煤机截割滚简的自适应调高。
在路径记忆与数据处理阶段，由人工操作采煤机沿工作面截割1次，采煤机在每个记录点处记录采煤机的当前位置、调高油缸位移、摇臂倾角、行走速度、左右截割电动机电流和温度。左右截割部行星头温度、左右牵引电动机电流和温度、左右牵引变频器温度破碎电动机电流和温度以及泵电动机温度等传感器信息。试验表明，基于人工免疫的滚筒调高控制能够较好地拟合所记忆的截割路径，当煤层条件发生变化时，能够自适应地调整截割滚简高度。
4.3 采煤机自动纠偏技术
基于地理信息系统（GIS）的采煤机定位定姿新方法，提出了采煤机自动纠偏控制技术，分为以下4个步骤：
1）建立局部地理坐标系下采煤机截割轨迹的数学模型与工作面煤层断层、褶皱等复杂地质构造的数学描述模型。
2）利用3次样条曲线插值算法得到褶皱顶底板煤岩界面曲线，以获得的顶底板曲线为参照，利用循环坐标变换法对采煤机的截割路径进行规划，可以获得煤机每一刀挖底量的调整量和俯仰采角度的计算方法。
3）将断层地质构造的特征参数作为输人量，准确表示断层带的整体构造，以实现最大回采率和最少割岩量为研究目标，综合考虑设备的通过能力、前后2刀截割的连续性等约束条件，对采煤机截割轨迹进行规划。
4）根据采煤工艺要求，建立基于插补算法和循环坐标变换算法的采煤机理论规划路径的修正方法，由此实现采煤机在复杂地质构造下的自动纠偏。
5 采煤机智能化技术的发展方向
实现设备的智能化是降低工作中人力要求的最佳方法，可以实现不需要工作人员进行现场频繁的手动操作，目前我国煤矿行业正在向这方面努力，成效还不错，但是还需要在一些特定的方面多加努力：第一是从自主截割人手。目前虽然也有成型的自主截割技术，但是其效果并不理想，因此要研发更高效的截割技术，使智能化后的效果更好。第二是从自适应牵引人手。工作环境的改变会打乱既定的工作进程，要让设备能够有一的适应环境变化的能力，需要针对该功能进行深人研究。第三是从感知功能人手，虽然我国研究人员已经研究出来一种运用多种不同类型的数据对周遭环境进行检测的方法，而且国际上也有几十种别的方法可以使用，但是采煤时对工作环境的感知要求是没有上限的，要想提高工作效率，真正实现智能化就需要在这方面多下功夫。
6 结语
为了掌握电牵引智能采煤机关键技术，重点研究路径截割跟踪及运行智能机状况评价控制的方法，通过速度牵引调节、截割滚筒高度的调节，实现采煤机可靠而稳定工作。以此为基础，深入分析了采煤机关于智能自动控制操作系统中的截割跟踪路径及运行状况的相关评价和牵引的控制及其协调的控制等重要技术。
参考文献：
[1]李子彦.煤矿采煤机智能化关键技术探析[J].能源技术与管理，2019，44（4）：151-153.
[2]卢川川.采煤机智能控制系统的总体结构设计[J].矿业工程研究，2018，33（1）：54-57.