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摘要:為了進(jìn)一步提升開采的效率和安全性,煤礦開始發(fā)展智能化開采技術(shù)。智能化開采現(xiàn)在還處于起步階段,很多關(guān)鍵問(wèn)題還未得到解決,因此,認(rèn)識(shí)智能化開采的發(fā)展現(xiàn)狀十分重要。分析了煤礦智能化開采的發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的問(wèn)題,并探究了智能化綜采工作面設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)。
關(guān)鍵詞:煤礦開采;智能化;綜采工作面;關(guān)鍵技術(shù)
煤炭是中國(guó)的主要能源,保證其安全高效開采具有十分重要的意義。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,煤礦開采技術(shù)實(shí)現(xiàn)了由炮采向綜采的轉(zhuǎn)化,開采效率和安全性大幅度提高,例如工人的效率大幅度提高、百萬(wàn)噸死亡人數(shù)大幅下降。為了響應(yīng)國(guó)家節(jié)能減排的號(hào)召和進(jìn)一步提升煤礦生產(chǎn)的效率及安全性,煤礦企業(yè)開始研究智能化開采技術(shù)[1-2]。所謂的“智能開采技術(shù)”,就是在綜采技術(shù)的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)無(wú)人化及自動(dòng)化開采。然而中國(guó)現(xiàn)在還處于智能化開采的初級(jí)階段,很多技術(shù)還有待突破。因此,認(rèn)識(shí)智能化開采的發(fā)展現(xiàn)狀及智能化綜采工作面設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)是十分必要的。本文將圍繞智能化開采的發(fā)展現(xiàn)狀和智能化綜采工作面的初步設(shè)計(jì)展開論述。
1智能化開采發(fā)展現(xiàn)狀及面臨的問(wèn)題分析
1.1智能化開采發(fā)展現(xiàn)狀分析
隨著人工智能技術(shù)的快速發(fā)展,現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入了人工智能時(shí)代。為了緊跟時(shí)代的潮流,煤礦行業(yè)也要實(shí)現(xiàn)智能化開采。所謂的“智能化開采”,就是自動(dòng)化開采的高級(jí)階段,通過(guò)機(jī)械的自我學(xué)習(xí)而實(shí)現(xiàn)開采的自動(dòng)化和智能化。智能化開采減少了煤礦開采過(guò)程中人的參與,煤炭資源開采的效率更高且更安全,體現(xiàn)了科學(xué)技術(shù)對(duì)于生產(chǎn)力提升的作用。經(jīng)過(guò)多年的發(fā)展,中國(guó)的煤礦開采由最初的手工作業(yè)(炮采)、半機(jī)械化(普采)以及現(xiàn)在的完全機(jī)械化(綜采),正在向自動(dòng)化開采轉(zhuǎn)化。目前,只有薄煤層實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化開采,而對(duì)于厚煤層,還未實(shí)現(xiàn)開采的自動(dòng)化?,F(xiàn)在越來(lái)越多的煤礦應(yīng)用了傳感器,中國(guó)煤礦已經(jīng)具備了實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化開采的能力。需要區(qū)分的是自動(dòng)化開采和智能化開采這兩個(gè)概念,自動(dòng)化開采強(qiáng)調(diào)機(jī)電設(shè)備按照預(yù)定的軌跡運(yùn)行,而智能化開采要求設(shè)備按照實(shí)際情況選擇最優(yōu)的軌跡運(yùn)行,顯然智能化開采更高級(jí)[3]。從自動(dòng)化開采過(guò)渡到智能化開采至少需要10~20a,因此可以說(shuō),中國(guó)的智能化開采還處于初級(jí)階段,很多技術(shù)還處于摸索中。
1.2智能化開采面臨的問(wèn)題分析
雖然很多煤礦已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了信息化,但是這對(duì)于智能化開采來(lái)說(shuō)還遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠。智能化開采不僅僅注重一些智能算法的開發(fā),更注重的是硬件設(shè)備。與此同時(shí),煤礦智能化開采還需要大量的信息化專業(yè)方面的人才,但是這個(gè)條件很多煤礦不具備。不僅煤礦企業(yè)缺少智能化方面的人才,其他企業(yè)也缺少相關(guān)方面的人才。這些因素導(dǎo)致煤礦智能化開采進(jìn)展比較緩慢。用于煤礦井下智能控制的硬件設(shè)備還不成熟,主要是因?yàn)槊旱V井下環(huán)境惡劣,例如溫度高、粉塵多以及電磁干擾強(qiáng)。沒(méi)有穩(wěn)定可靠的硬件設(shè)備,就難以實(shí)現(xiàn)智能化開采這種精確的控制?,F(xiàn)在設(shè)備的生產(chǎn)廠家很多,但是在采集數(shù)據(jù)時(shí)使用了不同的信號(hào)傳輸協(xié)議,導(dǎo)致在使用時(shí)需要進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,給設(shè)備的集中控制帶來(lái)了巨大的障礙??紤]到井下設(shè)備使用的安全性,不得不進(jìn)行防爆設(shè)計(jì),這也會(huì)在一定程度上對(duì)設(shè)備的運(yùn)行造成干擾。在進(jìn)行智能化開采時(shí),需要解決的問(wèn)題主要有以下幾方面:a)采煤機(jī)的定位和工作面的自動(dòng)調(diào)斜。準(zhǔn)確的采煤機(jī)定位是實(shí)現(xiàn)智能化開采的前提條件,如何使采煤機(jī)以限定的準(zhǔn)確的厚度進(jìn)行切割,這是一個(gè)需要解決的問(wèn)題。同時(shí),為了保證支架和刮板機(jī)的受力處于平衡狀態(tài),需要使工作面與液壓支架保持平行。b)穩(wěn)定、高速、抗干擾的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸平臺(tái)。在智能化開采過(guò)程中,需要不斷地采集周圍的環(huán)境信息來(lái)進(jìn)行控制,如何穩(wěn)定、可靠地傳輸這些信息是一個(gè)非常重要的問(wèn)題。c)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的開發(fā)和建設(shè)。智能化綜采工作面井上和井下的傳輸數(shù)據(jù)量龐大,包括監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)、圖像、語(yǔ)音和視頻數(shù)據(jù)等,其需要更復(fù)雜、更精準(zhǔn)的處理手段,以實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面信息的查詢分析和應(yīng)用。
2智能化綜采工作面初步設(shè)計(jì)
2.1智能化綜采工作面系統(tǒng)
與傳統(tǒng)的綜采工作面不同的是,智能化綜采工作面更加復(fù)雜,需要控制的信息和設(shè)備也更多。智能化綜采工作面由多個(gè)智能控制子系統(tǒng)組成,如圖1所示[4]。由圖1可知,智能化綜采工作面主要由工作面定位系統(tǒng)、圍巖控制系統(tǒng)及運(yùn)輸控制系統(tǒng)組成,包含井下定位、井下視頻、裝備操作和機(jī)器人控制4個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái),其實(shí)現(xiàn)的關(guān)鍵在于智能化開采的成套設(shè)備。由此可見,要實(shí)現(xiàn)智能化開采,就要突破各種關(guān)鍵的控制技術(shù)。信息傳輸和處理是智能控制所要用到的核心技術(shù),而各種硬件設(shè)備是實(shí)現(xiàn)控制的基礎(chǔ)。智能化開采可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程在線控制和自動(dòng)化控制,具有較高的效率。
2.2智能化工作面設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)
井下設(shè)備位置、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及姿態(tài)的測(cè)量是實(shí)現(xiàn)智能化開采的基礎(chǔ)。為此,需要對(duì)工作面三維成像、井下高清視頻圖像的獲取以及綜采設(shè)備實(shí)時(shí)位置和運(yùn)動(dòng)狀況的監(jiān)測(cè)等方面進(jìn)行研究。工作面三維成像是為了實(shí)時(shí)了解工作面的實(shí)際開采情況,這個(gè)過(guò)程通常需要采用先進(jìn)的三維激光掃描來(lái)完成。由于工作面附近的粉塵濃度過(guò)高且光線比較暗,必須采用具有很強(qiáng)防塵能力的鏡頭和低亮度感光元件,通??梢圆捎肅CD元件的感光元件。井下衛(wèi)星定位信號(hào)比較弱,很難對(duì)設(shè)備進(jìn)行定位,為此采用慣性導(dǎo)航的方式來(lái)進(jìn)行綜采工作面的定位。穩(wěn)定的圍巖控制是實(shí)現(xiàn)安全開采的根本,這就要求液壓支架具有足夠的工作阻力。為此,需要對(duì)液壓支架與圍巖的自適應(yīng)控制、采煤機(jī)的自適應(yīng)控制進(jìn)行研究。為了使液壓支架與圍巖具有一定的自適應(yīng)能力,需要液壓支架能對(duì)工作面的頂板應(yīng)力進(jìn)行實(shí)時(shí)的測(cè)量,并對(duì)工作阻力做出調(diào)整。目前,液壓支架與圍巖相互作用的機(jī)理比較復(fù)雜,這使得對(duì)圍巖的自適應(yīng)控制具有一定的難度。智能化開采的關(guān)鍵在于使綜采工作面設(shè)備具有一定的自主學(xué)習(xí)能力,能根據(jù)實(shí)際情況做出最有利的判斷。而要使機(jī)械設(shè)備具備自主學(xué)習(xí)的能力,就要使機(jī)械設(shè)備具有一個(gè)“大腦”。對(duì)于機(jī)械設(shè)備而言,“大腦”指的是微處理器和智能學(xué)習(xí)算法,而智能學(xué)習(xí)算法則是實(shí)現(xiàn)自主學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。雖然現(xiàn)在開發(fā)了一些智能算法,例如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)算法、模糊算法以及混沌算法等,但是這些算法都有著其特有的使用環(huán)境。
3結(jié)語(yǔ)
隨著智能化時(shí)代的到來(lái),智能化開采成為煤礦行業(yè)重要的發(fā)展方向。所謂的“智能開采技術(shù)”,就是在綜采技術(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)無(wú)人化及自動(dòng)化開采。然而中國(guó)現(xiàn)在還處于智能化開采的初級(jí)階段,很多技術(shù)有待突破。智能化開采不僅僅注重一些智能算法的開發(fā),更注重的是硬件設(shè)備。與此同時(shí),煤礦智能化開采還需要大量的信息化專業(yè)方面的人才,但是現(xiàn)在很多煤礦不具備這個(gè)條件。與傳統(tǒng)的綜采工作面不同的是,智能化綜采工作面更加復(fù)雜,需要控制的信息和設(shè)備也更多。智能化綜采工作面主要由工作面定位系統(tǒng)、圍巖控制系統(tǒng)及運(yùn)輸控制系統(tǒng)組成,包含井下定位、井下視頻、裝備操作和機(jī)器人控制4個(gè)基礎(chǔ)平臺(tái)。
參考文獻(xiàn):
[1]邢呈呈.煤礦智能化綜采工作面管理平臺(tái)設(shè)計(jì)[J].煤礦機(jī)電,2019,40(6):44-46.
[2]張華.煤礦綜采工作面智能化開采技術(shù)研究[J].裝備維修技術(shù),2019(4):42.
[3]李首濱.煤炭智能化無(wú)人開采的現(xiàn)狀與展望[J].中國(guó)煤炭,2019,45(4):5-12.
[4]王國(guó)法,張德生.煤炭智能化綜采技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐與發(fā)展展望[J].中國(guó)礦業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2018,47(3):459-467.
作者:和蘭根 單位:山西呂梁西山德威礦業(yè)管理有限公司
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