张建
金泥集团干法二厂 737100
摘要：随着经济和各行各业的快速发展，煤炭是中国的主要能源，保证其安全高效开采具有十分重要的意义。经过多年的发展，煤矿开采技术实现了由炮采向综采的转化，开采效率和安全性大幅度提高，例如工人的效率大幅度提高、百万吨死亡人数大幅下降。为了响应国家节能减排的号召和进一步提升煤矿生产的效率及安全性，煤矿企业开始研究智能化开采技术。所谓的“智能开采技术”，就是在综采技术的基础上，实现无人化及自动化开采。然而中国现在还处于智能化开采的初级阶段，很多技术还有待突破。因此，认识智能化开采的发展现状及智能化综采工作面设计的关键技术是十分必要的。本文将围绕智能化开采的发展现状和智能化综采工作面的初步设计展开论述。
关键词：电气化自动控制；自动化智能无人综采技术；应用研究
引言
为了顺利完成矿井“机械化换人、自动化减人”的目标，完善安全科技保障能力，针对目前的智能化综采技术中的问题，在简述国内外自动化、智能化综采技术发展过程基础上，结合铁法能源公司小青矿中厚煤层智能化无人综采技术的成功实践经验，研究了小青矿智能采煤工作面的三大核心技术与四项关键技术，分析了当前小青矿中厚煤层智能化无人综采技术应用中存在的问题，有针对性地提出未来智能综合采矿技术的研究重点和创新发展方向。
1自动化综采工艺方案
由于煤矿井下的机械化综采作业实际上是以采煤机的截割运行状态为基础，来实现对液压支架、刮板输送机的控制，因此，本自动化综采工艺方案的控制逻辑便基于该控制流程。在该控制系统中，首先对采煤机的综采作业进行自动化控制，控制的基础为记忆截割控制理论，通过该控制方案，实现采煤机在煤矿井下复杂环境中的自动截割作业。系统将采煤机截割作业路径规划传递给液压支架控制装置及刮板输送机控制系统，控制采煤机前后的液压支架在运行过程中自动实现护帮板收放及移架作业，同时根据液压支架的调整情况，结合采煤机的位置和截割作业时的进给速度，实现对刮板输送机直线度的灵活调整，根据采煤机的截割速度实现对刮板输送机运行速度的灵活调整，满足采煤机、液压支架、刮板输送机的联合运行控制需求。
2综采自动化智能无人化技术在电气自动化控制中的应用现状
2.1在系统运行监视机报警功能的实现
综采自动化智能无人化技术在电气自动化控制中的应用还可以监测模拟量，以及电气设备的运行信息，从而为设备事故报警提供条件，在设备运行信息超出预设报警值区间时便会发动报警。在此期间，系统中的多个结构都要根据设计模型与功能计算来运行，若其中出现偏差，则会对整个系统的稳定运行带来不利影响。所以在自动化控制中应用综采自动化智能无人化技术时，系统各个结构都会实时监控其运行情况并对系统的异常状况发出报警。
2.2煤矿井下智能控制的硬件设备还不成熟
主要是因为煤矿井下环境恶劣，例如温度高、粉尘多以及电磁干扰强。没有稳定可靠的硬件设备，就难以实现智能化开采这种精确的控制。现在设备的生产厂家很多，但是在采集数据时使用了不同的信号传输协议，导致在使用时需要进行数据转换，给设备的集中控制带来了巨大的障碍。考虑到井下设备使用的安全性，不得不进行防爆设计，这也会在一定程度上对设备的运行造成干扰。
3电气自动化控制中综采自动化智能无人化技术的应用分析
3.1采煤机记忆截割技术
记忆切割控制程序实现了采煤机在工作面的自动记忆切割操作，并根据采煤工艺的需要对配置进行了修改。将采煤机操作设定为学习模式，手动控制采煤机采煤(示范刀)，此时控制程序将所有割煤参数进行储存，并根据工作面的状态及采煤工艺的需要，及时做出改变。采煤机智能运行时，可根据储存的截割轨迹自动截煤。当煤层条件发生变化时，可就地或远程干预。
3.2无人值守运输系统技术
配套应用大功率矮机身采煤机和智能型刮板输送机、永磁直驱系统、液压自控拉紧及自移机尾，通过集控中心对沿线运输设备进行远程控制，实现设备启停及监测。转载机与自移机尾配合实现转载机每割一刀移动800mm，移动三次后，通过带式输送机液压自控张紧装置和自移机尾配合自动移动2．4m，自动收带，代替了传统人工收带。配套的带式输送机永磁直驱系统，可在线根据割煤量调整带速，起到节能降耗的目的。整个操作全部由集中控制中心完成，实现了智能采运协同控制、在线监测与无人职守。
3.3复杂地质条件下智能化综采技术
详细分析矿井复杂地质条件和灾害存在的隐患对智能开采技术应用的制约，解决推广应用在复杂开采条件下矿井的诸多问题，建立安全保障体系，实现安全生产环境，特别是对各种致灾因素的实时监控和管理保障信息系统，实现智能化开采系统在复杂开采条件的应用，从而形成不同地质条件下的全面智能化开采技术和设备系统，实现智能化综合开采技术在矿井开采的全面应用和推广。
3.4智能化工作面设计的关键技术
井下设备位置、运动状态以及姿态的测量是实现智能化开采的基础。为此，需要对工作面三维成像、井下高清视频图像的获取以及综采设备实时位置和运动状况的监测等方面进行研究。工作面三维成像是为了实时了解工作面的实际开采情况，这个过程通常需要采用先进的三维激光扫描来完成。由于工作面附近的粉尘浓度过高且光线比较暗，必须采用具有很强防尘能力的镜头和低亮度感光元件，通常可以采用CCD元件的感光元件。井下卫星定位信号比较弱，很难对设备进行定位，为此采用惯性导航的方式来进行综采工作面的定位。稳定的围岩控制是实现安全开采的根本，这就要求液压支架具有足够的工作阻力。为此，需要对液压支架与围岩的自适应控制、采煤机的自适应控制进行研究。为了使液压支架与围岩具有一定的自适应能力，需要液压支架能对工作面的顶板应力进行实时的测量，并对工作阻力做出调整。目前，液压支架与围岩相互作用的机理比较复杂，这使得对围岩的自适应控制具有一定的难度。
3.5在采煤机设备控制中的应用
采煤机是煤矿综采工作面开展作业的主要设备，采煤机的自动化智能控制能够进一步降低人力成本投入，实现全机械自动化的煤矿开采，而人为干预的部分只需要进行开采作业的全局规划即可。采煤机的运作需要依靠自动化技术，利用数据控制的方式来管控采煤机的运作，在开采作业中，采煤机需要掌握好自身的牵引力和滚筒高度等，运行之前要针对采煤机进行首刀限制，规划好采煤机割煤的首刀数据，保证之后的自动割煤操作能够稳定进行，但割煤量不能高于实际存储尺寸值。综采自动化智能无人化技术能够有效提高采煤机等设备运作的规范性和效率性，并提高其自动化作业水平。
结语
目前，我国智能无人开采技术还有很大的发展空间，在技术和管理等方面还有许多问题需要解决。智能化采煤已成为行业发展趋势和国家发展战略。就是在综采技术的基础上实现无人化及自动化开采。然而中国现在还处于智能化开采的初级阶段，很多技术有待突破。
参考文献
[1]赵军.综采自动化智能无人化技术与应用[J].山东煤炭科技，2019，222（2）：206-208.
[2]范京道，徐建军，张玉良，张科学，李川.不同煤层地质条件下智能化无人综采技术[J].煤炭科学技术，2019，47（3）.
[3]荆晶.综采工作面设备自动化技术方案设计及试验[J].自动化应用，2020（6）：39-40；43.