王海燕

摘要：煤矿自动化开采是科技与社会发展的必然趋势，文章介绍了国内外自动化采煤技术的发展现状，分析了目前我国煤矿自动化开采面临的困难，然后分析了煤矿自动化开采的发展方向。

关键词：煤矿开采;自动化

传统的煤矿开采，以井工开采为主，自动化程度低，需要大量的人工作业。而井下环境差，危险性很高，煤矿开采行业每年都会有大量的人员伤亡。自动化技术、信息技术的不断发展，为煤矿的智能化开采提供了技术基础。另一方面，国家对安全生产的重视程度越来越高，对事故的处罚程度越来越重，发生人员伤亡后，企业需要承担的赔偿费用越来越高，这也刺激企业要加强科技研发力度，不断提高煤矿开采的自动化程度，实现机器换人。“十二五”期间，随着“智能制造”在我国的不断推进，我国煤炭机械科研工作者已经在综采成套装备感知、信息传输、高可靠性等一些领域取得了突破性进展， 研制出了具有自主知识产权的综采成套智能控制系统。

1 自动化采煤技术在国外的发展状况

1.1统一的信息平台

澳大利亚 Landmark 公司利用 Rockwell 的 Ethernet /IP 工业以太网对综采工作面采煤机、支架及相关设备的联动控制及水平导航控制进行了有益的尝试。2010 年的 4 月， 比赛洛斯将研制的新技术（ PMC Evo - S） 用于综采工作面自动化系统复杂的信息通讯， 只利用一个网络实现各子系统间信息的连接和交流， 所有设备只使用一个网络信息平台， 提高了设备的通信效率。

1. 2 LASC 技术

澳大利亚综采长壁工作面自动控制委员会（ 简称 LASC） 开展了煤矿综采智能化技术研究， 采用高精度光纤陀螺仪和定制的定位导航算法， 应用于综采工作面设备操控， 取得了三项主要成果： 采煤机三维精确定位（ 误差 ± 10 cm） 、工作面矫直系统（ 误差± 50 cm） 和工作面水平控制， 完成了工作面自动化系统原型， 同时实现了采煤机自动控制、煤流负荷平衡、巷道集中监控等。该成果突破煤岩识别难题， 解决了采煤机准确割煤问题。LASC 系统在国外煤矿的应用， 使矿井煤炭产量提高了 5% ～ 25% ， 减少工人暴露在高危工作环境的时间， 提高了矿井安全水平; 也减少了煤炭产量波动， 达到了均衡生产。

1. 3 IMSC 技术

美国 JOY 公司推出了一种适用于长壁工作面的远程智能增值产品 /服务系统（ 简称 IMSC） ， 可实时监控煤矿设备运行， 根据出现的报警故障信息， 及时发布邮件或电话通知矿井工程师进行调整。智能化开采服务中心每日、周、月和季度向矿井提交运行分析报告， 指导矿井提高运行管理水平， 合理安排设备检修。同时， 在澳大利亚的 Anglo 矿业公司总部设置总调度室， 对所管辖的矿井进行实时监控， 利用数据监测与分析系统， 分析生产过程设备运行参数，指导矿井生产。

1. 4 综采自动化综合技术

澳大利亚联邦科学与工业研究组织（ CSIRO） 专门从事煤矿综采自动化技术和无人工作面的自动化装备和技术方面的研究， 近年来启动了“Landmark”研究计划， 探索先进、安全、高效的自动化技术和模式， 代替人工实际操作的系统模式。

2自动化采煤技术在国内的发展状况

党和国家一直高度重视我国科学技术的发展，而煤矿作为我国的主要能源，其开采技术自然也备受关注。近年来，随着我国科研人才队伍不断壮大，煤矿开采技术取得了长足的发展，特别是在煤矿的智能化、无人化开采方面，实现了跨越式发展。主要表现在以下几个方面：

2.1 采煤机记忆截割技术

通过在采煤机牵引部安装位置传感器，在控制器中利用位移信息计算采煤机位置，实现了采煤机精确定位。研发出了符合煤矿实际生产工序的采煤机记忆截割程序，有效解决了回刀扫煤不彻底、三角煤截割与端头支架自动跟机拉架、推溜等问题，实现了采煤机在工作面内自动记忆截割。

2.2 液压支架跟机自动化技术

液压支架跟机自动化技术的原理如下：首先在每台采煤机上安装一个红外线发射装置，同时在每台液压支架上安装一个红外线接收装置。工作时，采煤机上的红外线发射装置发射信号，被液压支架上的接收装置接收，接收到的信息传到控制系统，控制系统根据这些信息可以判断采煤机所处的位置和方向，并控制液压支架做出自动移架、自动推溜、跟机喷雾等动作，从而完成液压支架动作与采煤机运行位置动态匹配，实现工作面液压支架与刮板输送机跟随采煤机自动化运行。通过分析端头支架与转载机的动作逻辑与时间差异，优化控制程序，实现了端头支架与转载机连锁自移程序化控制。

2.3 煤流负荷反馈采煤控制技术

我国自主研发了 “高压变频器、高压电机、摩擦限矩阵 与 行 星 减 速 器”相 结 合 驱 动 的 刮 板 输 送机，配套开发了专用智能控制系统，实现了跟随煤负荷大小自动调节刮板输送机速度，具备了智能启动、煤量检测与智能调速、链条自动张紧控制、远程监控与功率协调等功能。可根据实时检测到的刮板输送机煤流负载，利用变频器控制技术自动协调工作面采、装、运的运行。

2.4 远程控制技术

地面监控系统包括远程控制系统、地面语音系统;综采装备控制系统安装于井下综采工作面;综采装备信息及监视视频图像信息通过井下数据通讯系统经由井上井下环网传输到地面监控系统中，地面监控系统据此对井下综采装备进行控制，包括启停控制、运行状态监测、自动化开采、远程干预、故障诊断及报警、历史数据分析等。该系統有效地将井下监控中心功能转移至地面，极大地提高了开采人员的安全性。

3 自动化开采面临的困难

3.1 地质围岩智能探测

目前煤矿的智能综采技术仅限于在人工示范刀基础上的采煤机记忆截割工艺，需要经常进行人工干预，尚不能真正做到无人化作业。要想进一步提高智能化水平，应采用智能探测技术对综采工作面进行自动探查和检测，并根据探测到的信息结合钻孔数据生成综采工作面三维地质模型， 在此基础上完成顶层推采控制程序的优化， 指导采煤机记忆截割， 保证智能化综采装备的高效运行。

3.2 设备的性能有待提高

智能化开采对设备的性能有很高的要求，而我国的国产设备在这一方面还不能很好地满足要求。比如，国产设备的传感器的机载稳定性差，精度偏低;智能化控制计算机信息处理能力不足， 经常死机; “三机”整体智能化水平有偏低，需要在此基础上增加感知、决策、控制和智能化功能， 由单机向成套智能化装备转变。

3.3 复杂条件下的智能化开采

我国很多地区的煤矿赋存条件比较复杂，开采难度较大。比如存在工作面水害严重、高地压、煤层薄、倾角大、“三下”开采条件、瓦斯含量高甚至煤与瓦斯突出等，这些特殊开采条件给智能化开采带来了不小的困难，需要针对这些条件展開专门的研究，实现技术突破。

4 自动化开采的发展方向

4.1 开采智能导航技术

利用先进的计算机、光电和导航技术对开采设备进行自动定位， 解决工作面地质探测、三维空间定位、智能控制等问题， 实现安全监控和精确开采。

4.2 智能化掘进技术

进一步研究探索智能化掘进技术， 提升掘进设备的智能化控制水平， 打造协调、连续、高效的智能化掘进工作面， 实现智能化无人掘进， 推动煤矿生产与工艺的变革。

4.3 巡检机器人

通过遥控机器人辅助完成智能化工作面的维护和管理， 通过加装合适性能的传感器， 经过人工智能化处理， 进行智能化工作面的自主开采作业。

4.4 “三无”开采技术

积极探索“无人、无煤柱、无巷道”的“三无”开采技术， 推广应用“110”工法下的智能化无人开采技术， 实现开采技术的跨越式发展。

5结束语

尽管现在太阳能、风能、可燃冰、地热能等新能源开发技术不断发展，石油产量也不断提升，但是煤炭资源依然是我国最主要的能源，而且还会在相当长的一段时间内占据着主要能源的位置。因此，煤矿开采依然是今后相当长时期内的一项重要工作。而随着大数据、人工智能、5G通信等新技术的不断发展与成熟，煤矿的智能化、无人化开采必将成为现实。目前，该技术尚处于起步阶段，还有相当长的路要走。作为科研人员，只有不断创新，快人一步，占领科学技术的制高点，才能在全球化竞争中胜出。

参考文献

[1]田成金 .煤炭智能化开采模式和关键技术研究[J].工矿自动化，2016 （11）.

[2]单天琦，靳远志，姜辉 .薄煤层综采自动化设备在滨湖煤矿的研究与应用 [J] .山东工业技术，2017（1）.

[3]宋兆贵 .LASC技 术 在 煤 矿 综 采 工 作 面自动化开采中的应用 [J] .神华科技，2018 （10）.