白莹

【摘 要】煤矿综采是一项智能化程度较高的大型煤炭开采技术，需要多种智能设备配合完成，综采技术已经向智能化、少人化甚至无人化方向发展。本文分析了目前国内外智能化无人开采技术应用现状及推广制约因素，并结合人工智能及新一代工业革命发展方向对煤炭智能开采技术进行了展望。

引言

随着智能化、互联网、大数据、人工智能、智能制造等技术日趋成熟，国家安全生产及科技管理等部门，在煤炭行业大力推进智能开采技术。2015年国家安全生产监督管理总局在煤矿等重点行业领域开展“机械化换人、自动化减人”科技强安专项行动，重点是以机械化生产替换人工作业、以自动化控制减少人为操作，大力提高企业安全生产科技保障能力。2016年国家发展改革委和国家能源局发布的《能源技术革命创新行动计划（2016—2030年）》，明确了能源技术创新的15个重点任务，其中首要一条，就是要实现煤炭无害化开采技术创新，2030年实现智能化开采，重点煤矿区基本实现工作面无人化，全国采煤机械化程度达到95%以上。2017年，科技部牵头相关部委制定了“十三五”国家重点研发计划“公共安全风险防控与应急技术装备”重点专项，如目前由20家产学研单位承担的“煤矿智能开采安全技术与装备研发”项目，分课题重点研究煤层智能开采基于煤岩界面识别的工作面智能调高技术、煤矿智能开采透明工作面的构建技术、巡检机器人、智能开采大数据采集分析处理平台、智能开采安全技术和装备集成与示范等，精准攻关煤炭开采新技术，科学引领煤炭行业科技发展方向，实现智能化无人综采技术水平的不断提升。

1综采自动化发展概况与技术特征

1.1综采自动化发展概况

美国和澳大利亚煤矿开采自动化水平普遍较高，自20世纪80年代起，就建立了“一井一面”高效集约化的长壁开采模式，在工作面采用了计算机技术、大功率变频牵引采煤机控制技术、液压支架电液控制技术、刮板输送机软启动和变频技术，逐步实现了工作面少人操作自动化采煤，每个生产班工作面全员仅有6-8人。

1.2综采自动化概念和技术特征

1）自动化综采工作面，是指综采工作面采用了具有自动化控制功能的液压支架、采煤机、刮板输送机等机电一体化成套装备，实现了工作面少人操作、安全高效开采。自动化综采工作面主要技术特征是：①液压支架电液控制，可实现邻架、成组、程序控制和跟机移架等功能;②采煤机电牵引、自动调高控制、自定位、故障自诊断，可实现与液压支架及工作面控制系统的通信和自动控制功能;③工作面运输设备具有电气软启动、机尾自动张紧、故障诊断及与工作面控制系统的通信和自动控制功能;④工作面自动控制系统能实现工作面设备间的信息通信、工作面人工干预协调控制等。

2）智能化综采工作面，是指综采工作面采用了具有充分全面的感知、自学习和决策、自动执行功能的液压支架、采煤机、刮板输送机等机电一体化成套装备，实现了工作面的高度自动化少人远程监控、安全高效开采。智能化综采工作面主要技术特征是：①液压支架智能控制，液压支架以电液控制系统为基础，同时，具有支架与围岩耦合监测控制、超前压力预报、初撑和移架状态自决策控制、姿态监测与智能决策控制、煤帮智能决策控制、记忆时序控制放煤、智能喷雾降尘控制等功能;②采煤机智能控制，采煤机具有位置监测精确定位、自学习智能轨迹规划、基于智能决策或煤岩识别的滚筒自动调高、自动记忆割煤、防碰撞安全避险、故障自诊断等功能，并具有基于产量需求、输送机设备负荷、工作面环境等信息的智能决策调速、采高自动控制、远程可视化控制等功能。

2煤矿智能化无人开采支撑体系建设

2.1研发机架协同“割三角煤”工艺

原有三角煤截割工艺主要依靠采煤机自动记忆截割来执行割煤任务，液压支架则根据采煤机的实时位置进行三角煤区域的跟机。但在实际运行过程中，由于两者动作完成信息不能实现数据交互，容易出现支架与采煤机同步配合不到位，影响三角煤截割效果，为此，开发了“机架协同控制”割三角煤工艺。其技术核心是通过加大两者数据交互应用范围，使采煤机和液压支架在执行当前动作和转换下一动作时，都能从对方得到“其动作执行是否到位”的信号;当对方上个动作还未完成时，自身则要逐渐减速甚至停机等待对方完成动作后，才触发执行下一道工序，大幅提升了三角煤自动化截割水平。

2.2综采工作面智能技术

（1）综采工作面连续推进影响因素研究。建立完整的数据模型，分析影响工作面连续推进的因素，摸清目前国内外综采工作面的自动化现状，对现有的自动化综采工作面进行调研、数据采集和分析建模，形成综采工作面连续推进影响因素研究报告。

（2）综采工作面连续推进方法研究。研究内容包括3个方面：①设计综采工作面设备运行统计分析程序，建立设备运行时间、开机率、故障率等数据库，实现设备故障的分析功能;②设计综采工作面设备运行优化控制程序，提高设备使用寿命，减少维护量和维护时间;③综采工作面推进精准控制系统，通过高精度定位技术，实现对支架千斤顶推移动作的精确控制。

（3）设备姿态定位及防碰撞实时检测控制技术。内容包括：综采工作面坐标系建立的研究，自动化操作连续推进过程中设备的姿态实时检测、控制技术研究及装置研制实现设备姿态定位，采煤机、液压支架、刮板输送机协调动作过程中的自我防碰撞感知技术研究，例如采煤机滚筒与护帮板之间的碰撞问题，能够达到智能化工作面装备姿态定位的精度≤5°。

（4）综采工作面连续推进实时检测控制技术研究及装置研制。研究内容包括自动化操作连续推进运动过程中设备的直线度实时检测、控制技术研究及装置研制，实现综采装备的直线度控制，在工作面连续推进的过程中，保证工作面的倾斜长度方向上始终处于直线状态，确保输送机、支架排列整齐，避免因弯曲度过大导致设备的损坏。进行自动化综采工作面調伪斜技术研究，解决倾斜工作面自动化操作过程中综采装备的防滑防侧倒问题。

2.3开发超前支架远程监控系统

在智能化综采监控系统及超前支架电液控制系统的基础上，扩展开发了超前支架远程监控系统，建立符合实际的仿真界面，利用“视频 + 模型”的监控方式，实现超前支架的选架、移架等远程自动化控制。

结语

智能化无人综采技术的成功实践，填补了煤炭智能化开采技术空白，是中国煤炭工业开采史上的重大创举，引领了煤炭行业技术发展方向，推动了我国煤炭工业升级转型和科技进步。但该技术的成功实践离不开机械化、自动化、信息化技术的广泛应用，需要规范化、精细化管理水平的支撑，更要有一支素质高、执行力强的职工队伍作保障;这些因素的叠加，加大了该项技术的推广应用难度。同时，目前我国智能化无人开采技术尚处于起步阶段，从技术、工艺、管理上还存在许多未解的难题，还需要在传感、监测、控制等方面继续加大研发力度，不断提高综采装备的智能控制水平，提升智能化综采技术的系统性、适用性、稳定性和协调性，全面推动我国采煤技术的持续进步，实现煤炭的安全、高效、绿色开采。

参考文献：

[1]范京道.智能化无人综采技术[M].北京：煤炭工业出版社，2017：1-18.

[2]黄乐亭，黄曾华，张科学.大采高综采智能化工作面开采关键技术研究[J].煤矿开采，2016，21（1）：1-6.

[3]王金华，黄曾华.我国煤矿智能化采煤技术的最新发展[J].矿业工程，2017，3（4）：24-35.

（作者单位：河南平宝煤业有限公司）