关键词：煤矿；综采工作面；智能化开采技术；发展方向；无人化技术
一、前言
随着科技的发展和互联网技术的不断进步，我国的传统工业不断结合先进技术进行改进，我国的工业产业等发展方向也相应进行了变革，同时，未来的工业也会与科技和互联网的相关技术结合的越来越紧密，互联网与传统行业的相互融合已是大势所趋，为了迎合时代的发展和科技的进步，进一步符合社会发展需求，企业的转型刻不容缓。煤炭开采产业在传统上往往需要大量的人力资源，在黑暗恶劣的环境下长期工作，且昼夜不分，还随时面临塌方等危险对人身安全及生命安全带来的危害，工人们在恶劣的环境下，往往饮食等不利于身体健康，确实为高危行业，同时，依靠人力的开采，其工作效率已经严重落后与当代社会的发展需求。为了保护工人的生命安全和身体健康，也为了在恶劣的环境下，快速科学的进行煤炭开采工作，让技术人员将智能化逐渐融入煤炭综采工作面中，甚至实现无人开采的目标，促进煤炭综采工作的开展，推动煤炭综采工作面智能化开采技术的创新和发展。
二、煤矿综采工作面智能化技术的影响因素
（一）环境因素
煤矿综采工作面在开采过程中受环境的影响很大，采矿工人在工作当中会面临由井下的顶底板、才高、瓦斯、煤层倾角问题等问题的存在导致的塌方、爆炸，之前新闻中也频频报道，可见种种问题的高发性和危险性，采用智能化技术尤其是无人的智能化技术进行煤矿综采工作并积极落实应用就显得尤为重要。
（二）设备因素
想要实现煤矿综采工作面智能化技术，减少人力在该工作中的数量和作用，对机器设备的要求很高。首先设备要具有很高的可靠性和稳定性，设备的稳定可靠才能使智能化技术长期的投入到煤矿综采工作中。同时，机器要有实时在线监测和出现故障进行自我检测的能力，监测人员可以实时了解机器的运作状况，一旦出现故障，机器可以自行检测出来并停止运作，防止由机器故障运作导致的危险和损失。另外，液压支架的电液控制系统应该具有围岩自应力和全工作面可以自动跟机的功能，设备的运行状况和工作情况等的反馈就需要设备的通信、监控的实时性和清晰程度等方面都有更高的要求。
（三）技术因素
目前，我国大部分地区，仍采用人工的手段进行煤矿综采工作，现有的从事煤矿综采工作的设备和技术的智能化程度还很低，甚至其工作效率还远不如人工操作，更多的地区愿意选择人工的方式进行煤矿综采工作。如何用机器代替人的感官、人的大脑，让机器可以自我判断和模仿人类，这些智能化技术还尚在研究，与实际上的人工开采仍有很大差距，只有彻底的解决技术问题才能让煤矿综采工作面智能化实现。
（四）管理因素
如果要实现煤矿综采技术工作面智能化，现有的也就是传统的管理模式必将不再适应智能化发展，传统的支架工和采煤机司机在只能靠实现后必须转换工作，现场的技术人员也将进行远程操控，原本实施煤矿综采工作的工人也会与原有的有所不同，所以管理体系和管理方式也应改变。
三、煤炭综采工作面智能化开采的实现思路
（一）简单地质条件转变为复杂地质条件
煤矿井下的工作环境一般都很复杂，井下的顶底板、采高、瓦斯、煤层倾角问题都各不相同，要想实现煤矿综采工作面智能化，要先从简单的地质条件入手，连简单的地质条件的智能化都无法实现，复杂地质条件的各种综合问题无疑是必然解决不了的，只有在简单的地质条件下先使用，然后在实际情况当中，不断地调整和改进现金的技术，才能使煤矿综采工作面智能化开采技术不断成熟，最后应用到复杂的地形当中。
（二）远程遥控型无人化开采到智能型无人化开采
现在我国的开采状况，普遍是由工人在矿井进行人工开采，要想实现智能化的无人开采，就要先从远程遥控型无人化开采开始，先将现场的技术人员撤离，用远程遥控的方式，是机器可以模拟人的感官，比如视觉、听觉、触觉等，让现场没有工作人员在这种危险、恶劣的环境下进行工作，将人员调到地上远程操控并监督工作的实施，达到无人化开采，同时也使员工能够远程对机器的运作、故障、开采情况等有系统的把握，在需要的时候，可以及时地由人工进行调整。
远程遥控型无人化开采知识煤矿综采工作面智能化开采技术的第一步，我们要实现的是真正的智能化无人化开采，是在恶劣环境下，应用煤岩识别、信息传输、视频监控、工作面直线控制等关键技术进行开采，是一整套集结检测、控制和视频、音频为一体的综合性技术，可以确保综采设备的连续开采、协调和高效安全运行。现有的一些监控设施和导航系统，可以实现对煤矿综采工作的实时监控，并可以采用记忆切割功能和预想切割技术，准确的对煤矿进行切割。采煤的位置和方向、动作可以利用高精度的陀螺仪来准确检测。控制中心将刮板运输机采集到的的信息进行收集整理，并进行合理调度，将数据传输到液压支架电液控制系统，从而实现煤矿综采工作面的直线度调直，种种方式的结合，可以在最大程度上减少人工的工作程度和参与度，让顺槽集控中心远程控制煤矿综采设备，实现对煤矿综采工作面的设备、人员的无盲区监视，和对工作的无人化智能化操作，保证工人安全，提高工作效率。
以综采工作面为例说明：在设备列车集控中心建立综采工作面集中控制系统，下设分为7个子系统，分别为：工作面视频系统、智能电液控系统、智能泵站控制系统、三机控制系统、采煤机控制通讯系统、工作面人员识别系统、设备故障诊断。各系统之间通过TCP/IP和RS485通讯协议和综采工作面集中控制系统建立通讯。8个子系统需要具备的功能为，工作面视频系统（实现根据视频切换、视频识别、自动清洗）；智能电液控系统（实现邻架、隔架、成组、计算机遥控功能、实现单台支架的“降、移、升自动控制、根据采煤机位置和方向跟随采煤机实现自动推溜、自动移架、自动辅助采煤机喷雾、支架初撑力自动连续补偿功能、实现对护帮板运行姿态控制和更精确的姿态测量）；智能泵站控制系统（泵站乳化液配比通过交换机接入到自动化平台上，实现乳化液泵站，清水泵，液箱以及配比箱的自动化配置的实时状态显示；实现乳化液泵，清水泵的启停控制，远程控制;通过变频器调节泵流量，实现泵站系统的节能运行；历史数据分析和评估，现综合自动化管理。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆显示功能:所显示数据包含：泵站工作状态，控制模式，泵站油温油位，出口压力及压力差，液箱液位以及乳化液配比浓度和工作状态等数据信息，控制功能:实现泵站系统和自动配比系统远 程控制功能，单台乳化泵/喷雾泵启动停， 自动配比功能启停，泵站联动，泵站急停，以及泵站和液压支架系统联动）；三机智能控制系统（智能启停控制功能、功率协调控制功能、根据煤量的智能链条调速功能、链条自动张力控制、和皮带联通的其它自动功能控制）；采煤机控制通讯系统（采煤机具备就机操作、端头操作、离机遥控操作、应急近控操作等常规操作手段，也可实现顺槽远端操作和自动运行等操作方式）；工作面人员识别系统（系统识别到自动化生产时，监测有人员进入生产区域时系统能停止自动化生产的一切控制功能，保证人员安全；设备故障诊断（各子系统出现问题，自动停止自动化控制并显示出故障点所在位置和解决处理方案）。8个子系统同时联系，总体实现：1、将工作面各系统工作进行集成与协调。2、综采工作面智能化系统要实现具备故障自诊断功能。3.综采工作面智能化系统要实现具备自动跟机功能。4、实现工作面智能找直功能、具备完善的直线度控制功能。5、实现自动调高功能。支架初撑力自动连续补偿功能。6、实现智能工作面煤流与负荷之间协调功能。7、大型设备故障诊断。8、实现采煤机与支架的智能防碰撞功能。9、实现支架和刮板机间隙自动补偿功能。10、智能视频切换识别。11、人员精确定位。12、采煤机精确定位技术。
以先进可靠的电液控系统，三机智能通讯系统，泵站系统，采煤机控制子系统为基础；以工作面人员识别系统、顶板压力检测系统、安全监测监控系统，光纤测温系统和工作面视 频系统为保障；以工业总线网络为通道；以大数据分析和处理为依据；以高端集控设备为平台。建议实现井下集控，地面远控为目标,具有智能信息获取，智能决策分析的安全，高效节能的自动化综采工作面。
四、煤矿综采工作面智能化技术的发展现状
我国自20世纪80年代以来，一直在进行电液控制系统的研究，但真正的大范围的推广应用是从2007年开始，电液控制系统的相关技术也逐渐发展。目前，由于我国国家政策的支持，近几年煤矿综采工作面智能化开采技术也越来越受到重视，取得了以“支架电液控制+记忆割煤+可视化远程干预控制”的综合自动化控制为代表的一系列创新成果，郑州煤矿机械集团作为全国最大的煤机制造企业, 近几年投入巨资, 联合国内研究机构及重点企业先后研发了采煤机自动调高、自动化放煤、自动跟机等技术, 实现了工作面采煤机、刮板输送机、液压支架的“三机”联动控制、远程可视化干预控制等关键技术。可以说近些年来，关于煤矿综采工作面智能化开采的关键技术的发展迅速，并由于国家政策的支持，积极投入一些地区进行煤矿综采工作面智能化开采的实践当中去。
五、煤矿综采工作面智能化技术应用主要存在的问题
（一）重硬件、轻软件
重视硬件投入，轻视对专业分析软件和技术的研究、开发和应用,海量数据没有得到深层次的使用，只是数据的堆砌。子系统独立建设，缺乏整体规划与统一集成实施，无法实现智能分析。
（二）对重大危险源的分类模糊
集成的重大危险源辨识、检测和预警模型还没有完全建立，特别是基于多专业或多源信息的检测、辨识 、预测和预警模型还没有实质的进展。无法实现智能安全风险分级管控和事故隐患排查治理。
（三）缺乏有效的三维动态 数据处理平台
综合自动化、在线检测等系统的集合不紧密。更为关键的，现有的系统动态数据处理功能弱，无法适应煤矿动态生产的需求。
（四）缺乏与信息化相 适应的企业管理制度
煤炭企业的管理模式还是为传统的手工管理模式服务的，无法适应信息化管理的需求，不能充分发挥信息技术快速、准确、实时的优点。
六、煤矿综采工作面智能化技术的未来发展方向
（一）煤矿综采工作面智能化开采技术的发展环节
第一阶段首先要实施一设备单机自动化，且主要应用于简单地形，并由人工进行实时监测的简单的智能化开采，比如液压支架自动跟机、采煤机记忆割煤可视化远程干预控制，采煤机自动调高、自动化放煤、自动跟机等技术。
第二阶段是以全工作面设备的自动化为主，让各简单的单机自动化的设备童工技术联合起来，形成一整个体系，有控制中心统一操控并发布命令，并在最终达到以综采设备自适应开采+深度智能学习替代人工干预的智能化开采阶段，真正实现煤矿综采工作面的智能化、无人化开采。
（二）煤矿综采工作面智能化开采技术的未来展望
从短期目标到长期目标看我国煤矿智能化规划，预计到2021年，建成多种类型、不同模式的智能化示范矿井，初步形成煤矿开拓设计、地质保障、生产、安全等主要环节的数字化传输、自动化运行技术体系，基本实现掘进工作面减人提效、综采工作面内少人或无人操作、井下固定岗位的无人值守与远程监控。预计到2025年大型煤矿基本实现智能化，形成煤矿智能化建设技术规范与标准体系，实现开拓设计、地质保障、采掘运通、洗选物流等系统的智能化决策和自动化协同运行，井下重点岗位机器人作业。预计到2035年，各类煤矿基本实现智能化，构建多产业链、多系统集成的煤矿智能化系统，建成智能感知、智能决策、自动执行的智能化煤矿体系，实现煤炭工业高质量发展。
要想实现上述目标，首先，要提高智能化开采设备的可靠性，这是首先要解决的问题，其中最重要的就是解决装备固有的可靠性和装备配置的传感器元件的可靠性。装备固有的可靠性，可以保证设备自身单机稳定的运转，使其制造、测试、使用、维护都有可靠的保障。装备配置的传感器元件的可靠性要求传感元件在复杂、恶劣的工作环境下，仍然可以持续的正常运作，对设备的工作状态和对命令的执行等都能稳定的运作、执行和反馈。
其次，要加强设备的感知能力，不仅要了解自身状态，还要对工作环境、其他机器的运作状况都有感知能力，可以根据实际情况，自行调整工作状态和运行模式，可以让多个传感器融合技术实际应用起来，收集大量的数据进行建模，为技术的研究提供数据支持。
最后，建立全方位的井下透明工作面，利用成熟的成像技术，了解当地的复杂的地形特点，形成矿山及其附近的三维地理信息的透明工作面，在新的技术无法实现突破的情况下，可以暂时使用该技术，全面观察到当前推进位置处的顶底板变化状况，并以此为依据，指导设备的运转好开采工作的正常进行。全方位的井下透明工作面，也可以模拟相关设备在井下的工作状态，提前检测到工作面顶底板和每层的变化，以及在运作过程中可能出现的问题，确保煤矿综采工作的正常运行。
七、结束语
煤炭综采工作面智能化开采技术，不仅仅包含了煤矿综采本身的技术，还要结合地理相关知识、互联网技术以及很多先进的科学技术等多个专业的专业知识，是一个集综合性与发展性为一身的先进技术，是我国未来煤矿综采技术的重点，也是我国煤炭行业在当代这个快速发展的社会中，如何适应社会发展、结合社会发展进行转型的重点发展方向，是推动煤矿综采工作面智能化开采技术的发展、转型、升级的一个重要的方法和途径，让传统的煤炭产业从劳动密集型产业逐渐转化为技术密集型产业，增强煤炭综采行业的技术性、智能化和信息化，甚至随着技术的进一步发展，逐渐实现真正的无人化开采，是我国未来煤炭行业的重点发展方向。不断推动煤矿综采工作面智能化开采技术，可以良好的解决从事煤矿开采工作这一高危职业的工人们的安全和健康问题，提高煤矿综采的开采技术和效率，从而不仅推动煤炭产业的发展，也使我国的经济发展结构进行改革，使经济及社会能够快速、健康的发展。
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论文作者:金多
论文发表刊物:《科学与技术》2019年19期
论文发表时间:2020/4/28
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