李文強

摘要：基于煤礦安全、高效、自動化生產(chǎn)的需要，實現(xiàn)智能自動化開采是煤礦開采的最終目標。本文分析了當前國內(nèi)外掘進工作面的自動化現(xiàn)狀況和影響因素，對其中的多種關(guān)鍵核心技術(shù)進行了研究，分析了實現(xiàn)這些關(guān)鍵技術(shù)的難點，提出了關(guān)鍵技術(shù)的信息融合是實現(xiàn)掘進自動化的必由之路，最后展望了未來幾年對掘進工作面自動化有影響函需突破的新技術(shù)。

關(guān)鍵詞：煤礦掘進；自動化技術(shù)；應(yīng)用

1.制約煤礦掘進工作面自動化開采的因素

1.1環(huán)境因素

環(huán)境因素是影響煤礦掘進工作面自動化智能開采的關(guān)鍵因素之一，工作面的頂?shù)装鍡l件、礦壓大小、采高、傾角、俯仰角度、瓦斯等都會對開采影響很大。以目前技術(shù)水平，在復(fù)雜環(huán)境下的確很難實現(xiàn)工作面的自動化掘進開采，可以先在地質(zhì)條件、安全條件較好的工作面進行自動化掘進的嘗試。但這并不意味著復(fù)雜地質(zhì)條件下無法實現(xiàn)，而是需要在各種不同地質(zhì)條件下不停地摸索中探尋適合各種條件的自動化智能開采。

1.2設(shè)備因素

對掘進機設(shè)備的要求，實現(xiàn)自動化智能開采必須完美實現(xiàn)所有掘進機設(shè)備的生產(chǎn)全過程自動化，如掘進機的全工作面記憶截割功能、液壓支架電液控制系統(tǒng)的全工作面跟機自動化功能。這對于產(chǎn)品的質(zhì)量、穩(wěn)定性、智能化程度都有極高的要求。

1.3技術(shù)因素

目前煤礦掘進自動化技術(shù)還是基本處于簡單自動化的水平，與工人實際操作有較大差距。煤巖分界技術(shù)，通過監(jiān)測煤機滾筒正在割煤還是割巖的情況，在記憶截割基礎(chǔ)上進行自我調(diào)整，以實現(xiàn)掘進機的自動化控制。煤巖識別技術(shù)，可以在放頂煤工作面通過監(jiān)測放煤過程中是否含有巖石從而控制放煤時間，實現(xiàn)智能化自動放煤過程。工作面直線度控制技術(shù)，可以描繪出整個掘進工作面的彎曲情況，并傳輸給電液控制系統(tǒng)，通過對液壓支架的前進量進行定量，從而使得工作面彎曲度維持在允許范圍內(nèi)而實現(xiàn)連續(xù)推進。

2煤礦掘進自動化關(guān)鍵控制技術(shù)及難點

2.1關(guān)鍵控制技術(shù)

第一，總體技術(shù)方案。掘進工作面自動化控制圍繞綜采設(shè)備姿態(tài)定位、掘進機設(shè)備安全感知、工作面直線度控制、視頻圖像處理等多種關(guān)鍵技術(shù)，需要從總體上研究自動化智能控制的關(guān)鍵核心技術(shù)。

第二，掘進機自動化技術(shù)。掘進是煤礦生產(chǎn)的主體，而支護是煤礦作業(yè)開展的基礎(chǔ)，為煤礦工作提供了進行的渠道。煤礦掘進工作受到外部環(huán)境和氣候等條件的影響，因而要在復(fù)雜的環(huán)境中開展掘進工作就要借助自動化器械。隨著科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，煤礦掘進自動化技術(shù)也在不斷更新，從前瞻性出發(fā)，在掘進中使用自動化器械能夠為煤礦的挖掘、裝運、運輸提供途徑。

第三，掘進機遠程控制技術(shù)。工作面視頻系統(tǒng)使得操作者在監(jiān)控中心就能直觀地觀察到工作面運行狀況。無延遲的模擬視頻系統(tǒng)可作為操作者觀察控制命令被執(zhí)行的情況；數(shù)字視頻系統(tǒng)便于存儲、視頻后處理、視頻發(fā)布、視頻控制；三維虛擬現(xiàn)實軟件提供給操作者身臨其境的感覺。

第四，運輸自動化技術(shù)。煤礦掘進工作中需要對產(chǎn)出的廢料和土石進行向外運輸，保障煤礦暢通，為煤礦的進一步挖掘和開拓提供條件。同時，在掘進工作中開展運輸自動化也能為煤礦挖掘工作的煤礦運輸提供物質(zhì)設(shè)施條件基礎(chǔ)，保證物料運出和輸入，提高生產(chǎn)作業(yè)的效率。

第五，視頻監(jiān)控技術(shù)、視頻拼接技術(shù)。為實現(xiàn)獲得整個工作面的全景動態(tài)畫面，就需要對場景中所有相機采集的視頻圖像進行智能的拼接，需要對各相機的成像有一致的要求，相機間成像的差異造成拼接圖像時，匹配重疊區(qū)域特征存在平移、縮放、旋轉(zhuǎn)等多種幾何變形，這將影響圖像配準的精度。

2.2技術(shù)難點

將綜合運用計算機仿真、工作面實時監(jiān)測技術(shù)研究、工作面設(shè)備實時聯(lián)動控制技術(shù)研究、工作面推進狀況的預(yù)測研究等，保證掘進工作面連續(xù)推進過程中各個設(shè)備的姿態(tài)符合目標線的要求。核心內(nèi)容包括影響工作面連續(xù)推進的因素研究、工作面連續(xù)推進方法的研究、工作面直線度控制、調(diào)偽傾斜控制、仰采、俯采控制等關(guān)鍵技術(shù)研究等5個方面。需要研制自動化所需要的測量推移行程的高精度傳感器、刮板運輸機姿態(tài)的測量系統(tǒng)和控制系統(tǒng)、支架電液控制系統(tǒng)的精準控制和針對連接機構(gòu)間隙與拉架過程導(dǎo)致的運輸機拉回檢測機制等。擬解決的技術(shù)難點：第一，實時性技術(shù)，研究如何達到視頻50ms延時的要求；第二，視頻清晰技術(shù)，解決煤塵影響和低照度問題。

第一，實時性技術(shù)。掘進工作面自動化實時性技術(shù)最主要的是視頻實時性，出于視頻輔助遠程控制的需要，工作面視頻系統(tǒng)的延遲時間要保證小于50ms，否則遠程控制的安全性無法保證。采用基于IP網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字視頻加上CWDM粗波分復(fù)用的傳輸技術(shù)可以為工作面提供實時的高清視頻。利用視頻系統(tǒng)的實時性，在順槽監(jiān)控中心輔助遠程控制，操作者在遠程控制工作面設(shè)備時可以通過視頻實時觀察操作效果、調(diào)整操作幅度。同時通過工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)傳輸數(shù)字視頻，也可以在地面遠程監(jiān)視工作面運行狀況。

第二，視頻清晰技術(shù)。掘進工作面需要提供清晰的動態(tài)圖像，簡單的做法是采用高清攝像技術(shù)和加大攝像機的數(shù)量。此外還有一些因素需要考慮和解決：①粉塵問題。掘進工作面在采煤機截割煤層時會產(chǎn)生大量的煤塵，粉塵嚴重時會完全遮擋滾筒，不利于通過視頻觀察掘進機的運行時況，給遠程遙控掘進機帶來困難。②照度問題。掘進工作面沒有地面環(huán)境下的自然光線，完全是人工照明，如果只是一味加大人工照明的亮度和數(shù)量，會帶來成本、能耗和管理等方面的問題。因此需要研究掘進工作面低照度條件下的高清成像技術(shù)。

結(jié)束語：

掘進工作面連續(xù)推進實時控制技術(shù)研究的重點是解決掘進智能控制另一個問題即高效問題，該任務(wù)是確保工作面能夠智能控制和自動推進必不可少的一個環(huán)節(jié)。實現(xiàn)以上的自動關(guān)鍵控制技術(shù)，就能將工作面工人數(shù)量減少，實現(xiàn)智能控制工作面產(chǎn)量。本文通過對于煤礦掘進自動化的實現(xiàn)路線進行分析，探索如何最終實現(xiàn)煤礦自動化智能開采的最終目標。

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（作者單位：山西和順天池能源有限責(zé)任公司）