无人工作面的采煤机智能控制关键技术分析

2023-01-27

前言

无人工作面智能采煤技术对煤炭生产来说,是一项伟大的研究课题。煤矿开采工作环境向来是异常恶劣的,虽然我国是一个煤矿大国,对于煤炭生产工作的投入也相当巨大,但是相对于工作强度和难度来说,这些投入显然是不够的,在煤矿开产中,我们需要投入更多的研究,为了实现采煤自动化、智能化的目标,无人工作面采煤技术就此诞生。

1.无人工作面采煤的概念及特点

(1)无人工作面采煤的概念

无人工作面采煤是指在采煤工作中无工作人员在回采工作面上,工作人员都在回采工作面以外的地方操作和控制智能采煤系统设备,完成工作面内的破煤、装煤、运煤、支护和处理采空区等一系列工序,是一种先进、高效的回采技术。

(2)无人工作面采煤的特点

①提高了采煤的安全性

无人工作面采煤的特点之一就是把广大采煤工作人员从艰苦危险的工作环境中解放出来了。在采煤过程中往往伴随着瓦斯气体,这是一种有毒的气体,如果人为开采,虽然也会在提前就抽放出瓦斯气体,但是这也不能说就是百分百安全的,在采煤的时候偶尔还会有矿井塌陷的可能,这些都是潜在的危险,但是如果是无人工作面的采煤机代替人为采煤,这样安全问题就得以解决了[1]。

②提高了资源利用率

在有煤炭资源的区域,有些煤区的煤层开采难度极大甚至无法开采,仅用传统人为的开采方式做不到去开采这些煤层,而无人工作面采煤机不存在这样的困难,它是可以在人工无法开采或者开采难度极大的采煤区工作的,这样的技术使得以往无法开采的煤层得以开发,极大的减少了资源浪费和提高了资源的使用率。

③节约了劳动成本

利用无人工作面的采煤机进行煤炭开采,这个过程只需要少数工作人员操作采煤机来完成,不需要传统的人为采煤那样投入大量的人力资源。

④提高了工作效率

无人工作面的采煤机作业全程都是智能化操控生产,这样就形成了一条完整的流水线作业,不存在哪个环节掉链子的情况发生,这为采煤工作节省了大量的时间,大大的提高了工作效率。

2.无人工作面采煤系统组成

无人工作面采煤系统是一个高度智能化的综合系统,主要是由工作面集中控制系统、设备姿态监测系统、视频监控系统、通讯网络平台与多项关键技术组成的三位一体的大型智能控制系统。这套智能综合系统是无人工作面采煤的技术核心装备,也是连接操作人员的接口。

整个智能系统还包括以下十个子系统:地面调度中心综采作业面数据监控与三维展示子系统、井下顺槽设备列车的集控平台与软件子系统、有线通讯网络及无线覆盖子系统、综采工作面视频监控子系统、具有远程测控和姿态检测的智能化采煤机、支架姿态检测及支架电液控制子系统、刮板、转载、破碎、皮带运输连锁控制与工况检测子系统、供电设备及数据监控子系统、泵站控制与数据监测子系统、刮板机俯仰倾角及曲直变化检测传感器子系统。这些系统是通过建立工作面实时工业以太网与无线覆盖网络,将各个相关设备联系在一起,完成对整个工作面的智能化操作管理。

3.无人工作面的智能采煤机技术发展现状

在实际工作中,无人工作面的采煤技术已经在煤炭开采中得到了广泛应用,并且也已经取得了较好的成效,无人工作面的采煤机克服了煤炭开采工作范围广,工作难度大、工序繁琐的问题,在采煤过程中实现全自动化以及智能化的操作,由采煤机自动控制无人工作面采煤系统,在采煤过程中,如果系统产生偏差,采煤机也可自行进行调整系统。这些操作和煤岩自动识别系统以及井下的高速双向通讯系统共同组成了无人工作面开采技术,加上和各个分系统之间的相互联系协作,目前,已经能够有效完成无人工作面的采煤工作。

4.无人工作面的采煤机智能控制关键技术分析

众所周知,煤炭是属于不可再生资源,由于大量的需求所致,煤炭开采已经达到了一个高峰,随着机械化程度的提高,煤炭的厚煤层及中厚煤层被开采的已经近乎枯竭了,储量急剧减少,基于这样的条件下,薄煤层的开采技术研究正式登上历史舞台,世界各国都在争相研究关于薄煤层的开采技术课题[2]。在前言中讲到人工不可开采以及开采难度极大的煤区是需要借助无人工作面的采煤机工作的,而薄煤层就是属于这一类人工不可开采或者开采难度极大的煤区,在发达国家,开采薄煤层已经普遍采用无人工作面的采煤机了。以下就无人工作面采煤机的关键技术进行阐述分析。

(1)采煤机自主定位与自动导航技术

无人工作面采煤技术是基于高速地下通讯系统和高精度地下定位、定向系统的结合研究的,在这个方面中国没有取得有效进展,而与GIS技术相结合的无人采矿定位技术更是在国内外都处于空白阶段,研究出具有自主定位系统的无人工作面采煤机是实现无人工作面的一个突破,其主要研究内容包括以下5个方面:采煤机动力学模型、移动目标的位置与速度精确计算、航位推算系统误差补偿模型、航位推算系统环境适应性问题、矿井电子地图导航数据库的建立与地图匹配(MM)算法的研究。

(2)井上、井下的双向高速通讯技术

在采煤过程中,矿井的通信显得尤为重要,在采煤时,如何准确、清晰、完整并且快速的把矿井下的采集到的各类指标数据、实地工况、实际参数等传输出去,而且还要进行井上井下的双向传输,如何实现信息的双向传递,这是一个有待研究改进的课题。

(3)采矿工艺智能化技术

无人工作面采煤技术本来就是属于高度智能化的技术,无人工作面采煤机的主要核心就是智能化,它的所有研究方向都是围绕“智能”这一要点展开的,而之所以要发明无人采煤这一技术,主要就是为了实现煤矿生产的智能化。要实现整个采矿设备与整体作业流程相协调、适配、调整与修复,甚至于做到再生,在工艺智能化方面,还需要继续研究和试验。

(4)工作面组件式软件与模型

工作面的组件式软件与模型都是在无人工作面采煤机针对不同应用和需求上研究建立的,它们主要是作用于对工作面的灾害预警,“采煤-环境”安全分析系统,模拟无人采矿的情景,还有对实际工况的检测与诊断。为了实现这些目标,应该致力于开发更多的品种、型号和更多功能的模型以及组件式软件。

(5)多传感器技术

无人工作面采煤机智能技术在工作的时候需要采集各种各样的信息,这些信息的采集需要大量的不同功用的传感器,多个传感器的配合使用,这样才能更加准确的采集到所需的大量信息,有时候采集信息需要多传感器的融合技术才能做到,而这些都是作为无人工作面智能采煤机的关键技术,这些技术也需要进一步的研究与完善。

(6)无人工作面数据库技术

数据库在哪个行业都很重要,因为很多工作只有依靠海量的详细数据才能展开,比如做计划、查询、修改等都需要数据库。而建立无人工作面的数据库,不仅可以直观的反应无人工作面的生产状况,还可以为可视化技术提供三维数据,从而实现工作面信息的查询、分析与应用及对采矿安全问题进行模拟、分析和预测。无人工作面数据库技术所涉及到的数据信息量极大,包括了地质和工程数据,在此之外,还有这些数据经过处理生成的中间数据等。尽快攻克3D实体拓扑描述、表达、组织与动态维护以及数据库大量信息的维护成为数据库技术需要解决的难题。

5.总结

就煤矿生产这个工作来讲,它包含的范围很广,需要研究的课题也很多,而就无人工作面的采煤机智能控制技术来说,它涉及到的技术范围多且广,程序也比较繁杂,具有一定的特殊性,要想真正实现无人工作面的采煤智能化,这还需要大量的研究,尤其是针对以上几个关键技术领域的研究更是要保持不懈努力的精神。必须要进行更加深入的研究,以此完善整个无人工作面的智能采煤机系统。

摘要：中国是一个地大物博,资源丰富的国家,其中煤炭占了很大的比例,所以煤炭生产的工作很重要。采煤工作是劳累且伴随危险的,所以把采煤工作人员从繁重的劳动和危险环境中解放出来,根本的解决办法就是发明无人工作面采煤技术。以实际应用为着力点,最终实现采煤技术的智能化、自动化。本文主要围绕无人工作面的智能采煤关键技术进行分析阐述。

关键词：无人工作面,智能采煤,关键技术,智能化,自动化