欧阳剑斐
淮河能源集团煤业分公司朱集东矿采煤预备队 安徽淮南 232087
摘 要：在煤矿综采作业中，采煤机是其中最重要的装置。只有达成采煤机的智能化，才能实现综采作业的智能化。智能化要求采煤机可以依照煤层条件与自身状态自动调节。在采煤机的智能技术中，智能控制与状态感知是关键技术。如今，国内综采智能化主要是研究采煤机的定位技术与记忆截割技术。尽管中国现已有一些具有记忆截割功能的采煤机，但由于技术的不成熟，仍然存在许多问题，还需进一步钻研。
关键词：煤矿；采煤机；智能化；关键技术
1 煤炭行业的发展进程
随着我国经济持续不断的发展以及经济模式的转变，煤炭工业也面临着由粗放型向集约型和精细型的巨大转变，由于我国现阶段大多数煤矿仍依靠井下工人的开采方式，井下环境严峻而危险，每年均有数百名矿工丧生。因此，互联网+智能化采矿已成为安全高效采煤的发展方向和必然趋势。
2 采煤机智能化技术概述
如今，我国的煤矿开采方式主要是深井开采，煤矿包含许多化学元素，并且深层地下往往存在不同含量的瓦斯。如果瓦斯在相对狭窄的空间（如深井）中遇到明火或高温热源，则容易爆炸并造成人员伤亡，且需要进行事后处理，这严重地影响了采矿进度。在恶劣的环境中，工人也会由于长期在井下工作，身心造成不利影响。虽然我国的采煤装置是采煤机，但在实际的采矿过程中仍需要手动操作，为了避免采矿过程中造成人员伤亡，研发人员一直在积极开发高端技术。如今，采煤机智能技术的发展方向是使用预设程序及指令使系统感知井下环境，并通过互联网技术将信息传输到地面控制终端，以便员工快速了解井下具体情况，并依据实际情况设计最好的开采方案[1]。
3 煤矿采煤机智能化关键技术
3.1采煤机状态感知技术
3.1.1采煤机定位技术
采煤机根据刮板输送机的导轨方向确定行走轨迹，这直接影响液压支架的自动调直，同时也对作业面煤壁的截割笔直度起着决定性作用，还会自动调整截割滚筒的高度并提供参考。因此，在采煤机综采作业智能化中，三维定位地质空间是核心技术。如今，红外线定位、超声波定位等主要基于采煤机的定位原理。本文主要根据地理信息的系统定位进行研究，鉴于地理信息系统（GIS）定位采煤机。通过在采煤机上安装惯性导航设备，确定采煤机的姿态及行走位置；通过在机身铰接轴与摇臂上安装轴编码器，来测量摇臂的旋转角度；通过在采煤机的行走部位上安装轴编码器，测量其行走速度和距离[2]。
3.1.2采煤机的故障感知技术
在煤炭开采中，井下工作环境恶劣，超负荷运行会使采煤机在工作时发生各种故障。在过去的采煤机故障诊断中，它依靠对员工的现场检查及以往经验的推测，而如今故障感知技术是指采煤机传感器发现故障，统一收集后整理数据，比较全部的机器的标准数据，最后对问题进行诊断的技术。
3.1.3煤岩界面感知技术
自然成藏的煤层的边界通常是不规则的，底板岩石上升、顶板岩石沉降和煤层夹岩石十分普遍，如果不能自动识别煤岩界面，就没办法实现无人化综采。目前世界上主要的煤岩界面识别技术包括雷达检测、r射线探测等。近年来，多参数协同感知法已广泛应用于综采工作，效果较为理想。该方法主要检测采煤机的滚筒转矩、驱动电流等状态参数，多个传感器的检测结果通过径向基函数神经网络（RBF）相融，最后准确识别煤岩。
3.2液压支架智能化技术
煤矿开采不是单点开采，一个煤矿地区有许多深井，每个深井都将配备开采设备，开采的煤炭必须运输到指定区域，所以工具的支撑性能非常重要。经过研究和开发，我国使用的支架均为液压智能化，此类支架的优点是在工作期间无需人员现场操作，工作人员可通过互联网技术进行远程操作，且此类支架的承压能力较强，可以满足煤矿开采的需求。
3.3刮板输送机智能化技术
刮板输送机在煤矿开采中的主要目的是刮除煤层，并通过另一台设备将刮下来的部分运出矿区，其功能类似于挖土机，否则人力开采费时费力。在互联网+条件下，其智能化的发展方向有以下几方面：第一是启动方面，传统的刮板机被强制启动或者启动不当，可能会出现各种问题，如果添加启动管理程序，就可以很大程度的避免此类问题的发生；第二是链条收缩，这对于工作人员控制链条收缩的进给量而言并不理想，但对于机器而言并非如此，通过预设程序，机器可以自动控制链条的进给，以实现安全运行；第三是信号传输，自动工作设备上增加了信号传输功能，使工作人员可以随时检测当前的工作状况，还可以随时通知有问题并叫停，很大程度地增加了采矿的安全系数[3]。
3.4采煤机智能截割技术
截割是煤矿开采的重要步骤之一，实现截割的智能化也是提升煤矿开采效率的要求。记忆截割的实现可以提升截割的智能化，采煤机依据预设程序自我判断。同时，数据通过网络实时参数传输到地面，地面工作者可通过互联网+远程指导实现采煤工作。
3.4.1选择记忆截割路径
尽管感知系统可以让人们知道工作区域中特定的岩石分布，但它并不能清楚地知道岩层的厚度，如果不理解这一点，就很难完全避免煤炭的开采出现的问题，所以有必要开发一种识别岩层厚度的功能。近些年，国际上识别岩石厚度最著名的方法是智能截割技术。该技术分为几小步骤，最优先的步骤是选择记忆截割路径，采煤机在实际工作中依据预设程序进行截割。如果预设程序无法实现实际的开采进程，则需要自动调整滚筒。此外，当工作环境和预期相差很大时，如果无法完成自主调节，还需由工作人员对实际情况进行人工调整，从而适应环境变化。这需要记录工作环境的变化，在下次到达该位置时，依据最新存储数据执行截割工作[4]。
3.4.2自适应牵引控制技术
深井下的工作环境是经常变化的，截割时这一秒和上一秒的参数要求可能会有所不同，所以如果采煤机以恒定的功率工作，则不能确保工作状态的稳定性，影响正常工作。自适应牵引控制技术可以避免此类问题，并通过实况及调整程序进行调节。滚筒在牵引作用下可以适应深井环境进行工作，将粒子群算法应用到该技术中可取得良好效果。
3.4.3自适应调节控制技术
在工作区进行煤矿开采时，尽管有必要依照记忆进行工作，但不排除工作环境会发生变化。如果仅根据记忆进行截割，很可能会与岩石碰撞并损坏刀头，设备损坏会影响采矿进度，严重的话甚至会导致安全事故。针对此类问题，研究人员开发了一种自动调节功能，即可以在一定范围内调节截割滚筒的高度，以适应变化的工作环境。
4 结束语
综上所述，在煤矿无人化综采作业中，智能采煤机是最重要的装置。它是一种基于多种高科技技术的无人化采煤技术，例如自动纠偏、自动煤岩感知等。重视这一技术的发展趋势有利于井下采矿智能化及自动化水平的不断提高。
参考文献：
[1]刘占群，刘运宏，纪茂峰.电牵引采煤机智能化改造[J].煤炭科学技术，2015（10）：57-60.
[2]林涛党，景锋，刘东航.基于CAN总线的采煤机智能化集中控制单元的研究与设计[J].内蒙古煤炭经济，2017（14）：32-35.
[3]胡璟.单滚筒短壁采煤机采高检测装置及检测方法[J].煤矿机电，2016（6）：80-82.
[4]邱锦波.滚筒采煤机自动化与智能化控制技术发展及应用[J].煤炭科学技术，2017（11）：73-75.