摘要：针对滚筒采煤机实现自动化与智能化控制所面临的关键技术难题，介绍了其机载控制计算机、截割高度与行走控制、远程通信与监控、设备间协同自动化控制、故障诊断与早期预警等技术的现状；对比分析了国内采煤机自动化技术与国外先进技术之间的主要差距；最后指出了采煤机自动化智能化技术的进一步发展方向。
关键词：滚筒采煤机；自动化；智能化；发展；应用
1前言
我国资源储备量较多，加大了煤矿开采工作的压力。利用功率高、安全性强的开采设备时，需要结合具体操作环境和情况决定。而如今研发难度高、智能化程度低、工作效率不高等已成为煤层开采过程中亟待解决的问题。应用相关先进技术，实现高效、安全、高效益的工作与开采，促进滚筒采煤机自动化与智能化发展势在必行。
2自动化采煤机的概念及其特征
国内早期研究自动化采煤机主要是为解决薄煤层采高低、设备维护困难等。随着采煤机的品种不断丰富，设计水平的不断提高，针对国内矿井复杂的地质条件，以综合利用矿山资源为原则，以能源的可持续发展依据，自动化采煤机的定义，就是在保证工作面设备和人员安全的情况下，利用有线或无线通讯方式，远程监控采煤机，并监视、监测其工况，利用采煤机的煤岩识别技术、自主定位技术、自动截割技术、工作面视频技术以及高速双向通讯技术等自动完成采煤生产流程，实现综采工作面采煤过程自动化。在整个采煤过程中工艺智能化、实现采煤机操作的少人或无人化。监控系统监控设备出现异常时，指挥维护人员出现在工作面维护采煤机，从而确保整个煤矿高产高效和安全生产。
3自动化采煤机
3.1自动化采煤机系统框架
采煤机是综采工作面重要设备，是自动化工作面的核心设备，实现自动化采煤机的关键技术就是研究适合不同煤层条件的采煤机自动控制系统。自动化采煤机是一个复杂的系统工程，是不同技术的交叉与融合。要实现自动化，采煤机设计需要大量技术投入，同时需要坚持不懈的努力。就目前自动化采煤机技术现状来看，它包括诸多子系统，将其分解为：采煤机基本控制单元、采煤机通讯单元、采煤机远程监控单元、采煤机自主定位单元、采煤机自动调高单元、采煤机数据接口单元、采煤机视频系统和故障专家系统等。
3.2自动化采煤机功能和要求
①自动化采煤机自主定位功能，即采煤机可以通过传感器准确计算出自身的位置、采高、机身倾角及仰俯角等反映采煤机状态的信息，采煤机自主定位包含位置定位和姿态定位；
②自动化采煤机视频系统，是通过摄像仪观察采煤机关键部位运行状况，是监控采煤机运行的重要途径和手段，是自动化采煤机控制不可或缺的重要设备；
③自动化采煤机自动截割，是采煤机采集自身位置、姿态以及采煤机运行电流、温度、速度等信息，通过分析、判断、执行，使得采煤机能够实现自动截煤；
④自动化采煤机具有丰富的数据接口，可用于接入不同数据形式的传感器，测量自动化采煤机需要监控的数据信息，同时，丰富的数据接口可以为自动化采煤机与其他自动化系统（如三机自动化系统、支架自动化控制系统等）的信息交互提供条件；
⑤自动化采煤机本身是对传统采煤工艺的一种颠覆和挑战，必须对传统的采煤工艺进行继承和发展，才能保证汲取传统采煤工艺的优势，保证自动化采煤机自动化运行；
⑥自动化采煤机必须能够实时监测采煤机运行环境信息，同时监测自身运行状态，并对其进行分析、优化、处理、预测等，对自动化采煤机运行提供可靠的专家性指导，保证自动化采煤机正常运行；
⑦自动化采煤必须具有友好人－机交互系统，方便操作人员更好地使用和维护。
4自动化采煤机关键技术
4.1煤岩界面自动识别与自动调高技术
煤岩识别是通过技术手段判断煤岩分界，此项技术是煤矿科研人员努力的方向和攻克的难题，目前理论上有多种煤岩识别传感机理和分析算法。由于井下煤层条件较为复杂，很难准确判断煤岩分界。到目前为止，煤岩识别技术未成功地应用煤炭生产，因此，研制出具有较高分辨率的煤岩识别传感器，是实现采煤机滚筒自动化调高的关键。
4.2采煤机自主定位技术
采煤机自主定位分绝对定位和相对定位，绝对定位是通过高精度传感器采集采煤机运动规律，利用数学算法计算采煤机位置。相对定位是通过编码器测量采煤机行走机构的相对转动角度，通过数学模型计算采煤机在工作面相对输送机的位置。研究具有自主定位技术的采煤机是实现综采工作面自动化的重要环节，是自动化采煤机基础性关键技术。
4.3采煤机远程监控技术
采煤机远程监控是操作人员在距离采煤机较远的安全环境下操控采煤机的运行。完整、清晰、实时地将采煤机信息传送到远程监控设备，同时可靠、快速、准确将远程监控设备的控制指令下达给采煤机是采煤机远程监控技术需要研究的问题。另外，对采煤机远程监控权限进行规范和约束是采煤远程监控技术需要研究的重点。
4.4自动化采煤工艺与传统采煤工艺的结合
随着工作面各个设备自动化程度不断提高，工作面设备的生产过程基本实现了自动化操作控制。自动化生产系统中，主要设备为采煤机、小三机（刮板输送机、破碎机、转载机）和液压支架基本上实现了自动化。这些设备是相互独立又相互制约，为采煤工艺自动化奠定了基础。随着自动化采煤机和综采工作面监测系统的不断发展，自动化采煤机根据地质条件的变化，通过改变采煤机的运行状态控制数据，使得采煤机运行更加符合自动化的要求。自动化采煤机工艺既要吸取传统采煤机工艺的特点和优势，又要不断探索和发展其自身优势，二者完美结合是自动化采煤机成功的关键。
4.5专家诊断技术
自动化采煤机需要大量的数据作为支撑和控制依据，如：电压、电流、温度、速度、位置、滚筒高度、振动情况以及瓦斯浓度、顶/底板压力等。采煤机控制系统在获得大量的数据信息后，需要及时对数据进行分析、优化、处理、预测等。数据对采煤机运行提供可靠的指导，保证自动化采煤机正常运行，这种专家系统是自动化采煤机系统不可缺少的，同时也是自动化采煤机的又一技术难题。
5国内外滚筒采煤机对比
5.1国外高端采煤机的特点
国外高端采煤机具有以下特点：
（1）可靠性高：采用先进的材料、精密的加工工艺和科学的热处理工艺，提高机械、电气系统的可靠性和使用寿命，能够做到耐磨、耐用，确保了机器更长的无故障运行时间。
（2）自动化程度高：建立了运动数学模型，实现了采煤机仿形切割、三机数据融合联动、煤岩识别、根据瓦斯浓度进行牵引速度控制等功能；通过完善的监控系统和智能化的信息系统，实现了在线监测数据的远程监控。
（3）国内外采煤机生产制造工艺和制造技术比较见表1。
表1内外采煤机生产制造工艺和制造技术比较
国内的采煤机特点：
（1）可靠性低：一些矿区还是采用传统的老工艺技术以及设备，一些设备已经濒临超过使用期限。
（2）自动化程度低：多数需要人工亲自去设定，去操作。
6结束语
我国采煤机制造水平要赶上国际先进水平，仍然有很长的一段路要走。目前，新的制造工艺和制造技术不断涌现，未来采煤机的制造也许面临着一个全新的模式，我们只有在加强基础理论研究的同时，加强先进制造工艺、技术的研究和应用，不断提高采煤机产品质量和使用可靠性，使煤机制造跟上中国制造2025的脚步，才能追上并赶超国际先进水平。
参考文献：
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[3]王镇.基于记忆截割的采煤机自适应截割控制研究[D].重庆大学，2016.
[4]闫忠良.采煤机自适应变速截割控制研究[D].重庆大学，2016.
论文作者:宋小鹏
论文发表刊物:《电力设备》2017年第24期
论文发表时间:2017/12/18
标签：采煤机论文; 工作面论文; 技术论文; 滚筒论文; 设备论文; 数据论文; 工艺论文; 《电力设备》2017年第24期论文;