綜采自動(dòng)化智能化無(wú)人化成套技術(shù)與裝備發(fā)展方向_王國(guó)法

1、壬國(guó)法:綜采門動(dòng)化押能化無(wú)人化成套技術(shù)與裝務(wù)發(fā)展方向2014年第9期Vol. 42 No. 9Sept. 2014綜采自動(dòng)化智能化無(wú)人化成套技術(shù)與裝備發(fā)展方向王國(guó)法伏地科技股份右限公可開(kāi)采裝備技術(shù)研究所北京100013 )摘 要：針對(duì)煤礦綜采自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展中的焦點(diǎn)問(wèn)題，分析綜采成套技術(shù)與裝備發(fā)展現(xiàn)狀，闡述綜采 工作而自動(dòng)化、智能化和無(wú)人化概念與關(guān)犍技術(shù)特征，介紹綜采成套裝備自動(dòng)化智能化無(wú)人化最新技 術(shù)發(fā)展成果，剖析綜采工作面自動(dòng)化、智能化和無(wú)人化開(kāi)釆的主要技術(shù)難題、制約因素及目前發(fā)展中 存在的問(wèn)題，探討綜采成套裝備自動(dòng)化智能化無(wú)人化發(fā)展方向和技術(shù)途徑.關(guān)鍵詞：煤礦；綜采工作面；成套裝備；自動(dòng)化

2、；智能化；無(wú)人化中圖分類號(hào)：TD67;TD421文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：0253 -2336 (2014 )09 -0030-05Development Orientation of Complete Fully - Mechanized Automation,Intelligent and Unmanned Mining Technology and EquipmentWANG Guo-fahislilule of Mining Equipmenl and Techiuploy. Tian(h Science Terhnoyhnuled弘沙卡 KMX) 13 .China )Abstrac

3、t: /Kcconling to focal pmblcnisin the auloinalion technology development of ihr fully - inechanized coal miming face < thepa|M*r analyzed development status of the fully - mechiinizetl complete technology and equipment and stated automalion. intelligent and un- manned idea and key technology feat

4、ures of the fully - mechanized coal mining face. The paper introduced new technical development achievements of the automation intelligence an<l unmanned fully - mechanized coal mining complete equipment«analyzed the main technical pniblmis of the automation. intrlligrnce and uninannrd minin

5、g applied Io I he fully - ine<haniz<*cl coul mining face. the restricted faclorn and problems existed in the present development and discussed the development orientation and technical route of the automation intelligence and unmanned fully - meclianized mining complete equipment.Key words:coa

6、l mine;fully - mechanized coal mining face;complete equipment;automation;intelligent;unmanned3171994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 壬國(guó)法:綜采門動(dòng)化押能化無(wú)人化成套技術(shù)與裝務(wù)發(fā)展方向2014年第9期3171994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 壬

7、國(guó)法:綜采門動(dòng)化押能化無(wú)人化成套技術(shù)與裝務(wù)發(fā)展方向2014年第9期收稿日期:2014 -05 -06;責(zé)任編輯：趙 瑞 DOI： 10. 13199/j. <nki. <M. 2014.09.007基金項(xiàng)目：國(guó)家奇技術(shù)研究發(fā)展計(jì)劃«63什劃)資助頊目C0I2AA06A407 )$國(guó)家賈點(diǎn)基礎(chǔ)研究發(fā)展計(jì)劃973卄劃)資助項(xiàng)| Q014CB046302 ) 作者簡(jiǎn)介：王國(guó)法«960-).男山東文登人研究員博士生導(dǎo)師現(xiàn)任天地科技股份有PR公司開(kāi)采裝備技術(shù)研究所所長(zhǎng)。引用格式:王國(guó)法絳采1*1動(dòng)化秤能化無(wú)人化成奩技術(shù)與裝備發(fā)展方向JJ煤炭科學(xué)技術(shù).2014.42 9):

8、30-34.39U AXG Guo-fa D<*v<do|)n)cnt Orirntatioik of Gimplcte Pull、- Me< hanizcd Autonuilioi) InkUligml an<l I nmanned Mining Technology aii<l Equip- n>rnt J,. Coal S< irn(r an<l Technology .2014.42 9 )：30 -34.39300引 言國(guó)家“十五'、“十一五”期間以來(lái)，我國(guó)煤炭開(kāi) 采技術(shù)及裝備取得肛大進(jìn)步推動(dòng)了煤礦安全為效 綠色開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展建

9、成了一大批綜合機(jī)械化和 高口動(dòng)化程度的現(xiàn)代化礦井生產(chǎn)效率、安全指標(biāo)和 煤炭產(chǎn)量大幅度提高，滿足了國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的能源 需求煤礦綜合機(jī)械化長(zhǎng)壁開(kāi)采是煤炭主要開(kāi)采方 式綜采成套裝備的技術(shù)進(jìn)步是促進(jìn)煤炭安全高效 綠色開(kāi)采技術(shù)發(fā)展的引擎?，F(xiàn)代口動(dòng)化、信息化、智 能化技術(shù)及先進(jìn)制造技術(shù)與煤炭開(kāi)采技術(shù)的深度融 合使煤礦綜采成套裝備實(shí)現(xiàn)口動(dòng)化、智能化、無(wú)人 化成為可能。煤礦井下匸作條件惡劣，安全隱患和 危害職業(yè)健康的因素多，加強(qiáng)煤礦智能化開(kāi)采裝備技術(shù)的研究和應(yīng)用，洶汰落厲的開(kāi)采方法和裝備引 導(dǎo)煤礦向安全高效綠色開(kāi)采方向發(fā)展提升裝備的 口動(dòng)化和智能化水平，逐步實(shí)現(xiàn)少人化、無(wú)人化開(kāi)采 足煤炭綜采技術(shù)發(fā)展趨孫和M井

10、現(xiàn)代化生產(chǎn)的必然 要求。我國(guó)煤炭資源賦存條件千差萬(wàn)別井下采場(chǎng) 巖變化規(guī)律復(fù)雜，影響綜采成套裝備可靠性的因 索多,待別是安全制約因素，使實(shí)現(xiàn)無(wú)人開(kāi)采成為很 大難題近年來(lái)在攻克這些難題方面取得了幣: 要突破，取得r批綜采口動(dòng)化和智能化技術(shù)創(chuàng)新 成果，一些先進(jìn)礦井實(shí)現(xiàn)了綜采匸作面少人化-7。 近年來(lái)，我國(guó)一些學(xué)者雖取得一些綜采T.作面門動(dòng) 化、智能化和無(wú)人化創(chuàng)新成果對(duì)推動(dòng)新技術(shù)的椎廣 應(yīng)用有枳極意義，但一些項(xiàng)H技術(shù)內(nèi)涵、實(shí)際效果與 名稱不符造成了一些技術(shù)概念模糊。筆者基于在 本領(lǐng)域的長(zhǎng)期研究和實(shí)踐通過(guò)研究分析國(guó)內(nèi)外綜 采技術(shù)裝備發(fā)展概況和近年來(lái)對(duì)綜采成套裝備A動(dòng) 化、智能化和無(wú)人化技術(shù)裝備的創(chuàng)新研發(fā)

11、對(duì)綜采r. 作面門動(dòng)化、押能化和無(wú)人化槪念與關(guān)健技術(shù)特征 進(jìn)行科學(xué)界定，針對(duì)綜采11作面口動(dòng)化、智能化和無(wú) 人化開(kāi)采的主要技術(shù)難題、制約因索及U前發(fā)展中 存在問(wèn)題提出我國(guó)煤礦綜采n動(dòng)化幫能化無(wú)人化 成套技術(shù)與裝備創(chuàng)新思路和發(fā)展方向。1綜采自動(dòng)化發(fā)展概況與技術(shù)特征1.1綜采自動(dòng)化發(fā)展概況姜國(guó)和澳大利亞煤礦開(kāi)采口動(dòng)化水平普遍較 高，自20世紀(jì)80年代起，就建立了“一井一面”高 效集約化的長(zhǎng)唯開(kāi)采模式.在i-作而采用r計(jì)算機(jī) 技術(shù)、大功率變頻牽引采煤機(jī)控制技術(shù)、液斥支架電 液控制技術(shù)、刮板輸送機(jī)軟啟動(dòng)和變頻技術(shù)逐步實(shí) 現(xiàn)了T.作面少人操作自動(dòng)化采煤，每個(gè)牛產(chǎn)班I作 面全員僅有68人。我國(guó)A 2000

12、年以來(lái).逐步引 進(jìn)和創(chuàng)新高效集約化現(xiàn)代化礦井卞產(chǎn)模式發(fā)展高 端綜采裝備，開(kāi)發(fā)應(yīng)用n動(dòng)化和智能化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)井 卜匚作面少人化高效生產(chǎn)，在薄煤層和大傾角等復(fù) 雜難采煤層綜采、大采高、特厚煤層綜采放頂煤開(kāi)采 技術(shù)水平方面走在了世界前列。國(guó)賦煤礦綜采裝備制造商經(jīng)過(guò)了市場(chǎng)激烈競(jìng)爭(zhēng) 的優(yōu)勝劣汰和多輪兼并重組形成了 JOY、Eickhoff. C A T等高端設(shè)備制造商.其產(chǎn)品在可靠性和自動(dòng) 化、智能化程度方面達(dá)到了很高水平。在采煤機(jī)、刮 板輸送機(jī)、液壓支架尊設(shè)備實(shí)現(xiàn)高可靠性單機(jī)fl動(dòng) 控制功能的堆礎(chǔ)上，通過(guò)I 作面“三機(jī)”與巷道監(jiān)擰 中心聯(lián)網(wǎng)、通信，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控中心對(duì)“三機(jī)”及井下環(huán) 境安全信息實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與控制

13、。1.2綜采自動(dòng)化概念和技術(shù)特征綜采口動(dòng)化一般町泛指在綜采成套裝備中應(yīng)用 門動(dòng)化和智能化控制技術(shù)，實(shí)現(xiàn)不同程度的作面 少人化或無(wú)人化開(kāi)采作業(yè)。為更好地反映和表述綜 采I作面的口動(dòng)化技術(shù)內(nèi)涵和水平，依據(jù)綜采I作 面成套裝備控制系統(tǒng)在感旬、決策和執(zhí)行三要索方 面的水平定義為門動(dòng)化綜采作面、會(huì)能化綜采I： 作面、無(wú)人化綜采工作面。1 ）口動(dòng)化綜采匚作面是指綜采匸作面采用了 貝冇門動(dòng)化控制功能的液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送 機(jī)等機(jī)電一體化成套裝備，實(shí)現(xiàn)J' I作面少人操作、 安全高效開(kāi)采?？趧?dòng)化綜采匚作面主要技術(shù)待征 是:液斥支架電液控制n實(shí)現(xiàn)鄰架、成組、程序控 制和跟機(jī)移架等功能;采煤機(jī)電牽引

14、、口動(dòng)調(diào)高控 制、11定位、故障II診斷町實(shí)現(xiàn)與液壓支架及作 面控制系統(tǒng)的通信和A動(dòng)控制功能;I作而運(yùn)輸 設(shè)備J!仃電'I軟啟動(dòng)、機(jī)尾自動(dòng)張緊、故障診斷及與 作面控制系統(tǒng)的通信和自動(dòng)控制功能;工作面 口動(dòng)控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)I作面設(shè)備間的信息通信、r. 作面人工干預(yù)協(xié)調(diào)控制等。2 ）舒能化綜采作而是指綜采T.作面采用了 具有充分全面的感旬、口學(xué)習(xí)和決策、口動(dòng)執(zhí)行功能 的液展支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等機(jī)電一體化成套 裝備實(shí)現(xiàn)了作而的高度f(wàn)l動(dòng)化少人遠(yuǎn)程監(jiān)控、安 全高效開(kāi)采。智能化綜采作面主要技術(shù)特征是: 液壓支架智能控制液壓支架以電液控制系統(tǒng)為 茶礎(chǔ)同時(shí)貝冇支架與圍巖耦合監(jiān)測(cè)控制、超前壓 力預(yù)

15、報(bào)、初撐和移架狀態(tài)自決策捽制、姿態(tài)監(jiān)測(cè)與智 能決策控制、煤幫智能決策控制、記憶時(shí)序控制放 煤、智能噴霧降塵控制等功能;采煤機(jī)智能擰制 采煤機(jī)具冇位置監(jiān)測(cè)箱確定位、口學(xué)習(xí)智能軌跡規(guī) 劃、壓于智能決策或煤巖識(shí)別的滾筒門動(dòng)調(diào)高、口動(dòng) 記憶割煤、防碰撞安全避險(xiǎn)、故障門診斷等功能并 貝冇基于產(chǎn)就需求、輸送機(jī)設(shè)備負(fù)荷、作面環(huán)境等 信息的智能】k竄調(diào)速、采高A動(dòng)控制、遠(yuǎn)程可視化控 制等功能;工作面運(yùn)輸設(shè)備貝冇電氣軟啟動(dòng)、負(fù)載 及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)運(yùn)行參數(shù)在線監(jiān)測(cè)、機(jī)尾自動(dòng) 張緊、故障診斷及與作面控制系統(tǒng)的通信和A動(dòng) 控制功能;丁作面智能控制系統(tǒng)能實(shí)現(xiàn)I-作血役 備間的信息通信、白學(xué)習(xí)和智能決策遠(yuǎn)程控制與 作

16、面人T干預(yù)協(xié)同控制等。3 ）無(wú)人化綜采匸作面是指綜采T.作而采用了 貝冇完全白動(dòng)化、蝕能化控制功能、高町靠性的液壓 支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等機(jī)電一體化成套裝備和 遠(yuǎn)程智能化綜合控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了.作面（兩端頭 以內(nèi)）完全無(wú)人操作的安全高效開(kāi)采。無(wú)人化綜采 匚作面主要技術(shù)特征是:液床支架智能耦合祥組控制液壓支架以電液控制系統(tǒng)為皋礎(chǔ)同時(shí)，貝冇 支架與圍巖耦合監(jiān)測(cè)控制、超前汗力預(yù)報(bào)、初撐和移 架狀態(tài)（擦頂移架和移架出線度導(dǎo)航）A決策控制、 煤幫智能決策控制、姿態(tài)監(jiān)測(cè)與智能決策群組協(xié)同 控制、記憶時(shí)序控制放煤、幫能噴霧降T控制等功 能;采煤機(jī)智能控制，采煤機(jī)具右位置監(jiān)測(cè)精確定 位、自學(xué)習(xí)智能軌跡規(guī)劃、

17、基于智能決策或煤巖識(shí)別 的滾筒門動(dòng)調(diào)高、門動(dòng)記憶割煤、防碰撞安全避險(xiǎn)、 故障口診斷等功能，并貝冇基于產(chǎn)量需求、輸送機(jī)設(shè) 備負(fù)荷、匸作面環(huán)境等信息的智能決策調(diào)速、采高I 動(dòng)控制、遠(yuǎn)程川視化挖制等功能;1作面運(yùn)輸設(shè)備 具有電氣軟啟動(dòng)、負(fù)載及運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、系統(tǒng)運(yùn)行參 3171994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 正國(guó)法:綜采門動(dòng)化押能化無(wú)人化成套技術(shù)與裝備發(fā)展方向2014年第9期數(shù)在線監(jiān)測(cè)、機(jī)尾I動(dòng)張緊、故障診斷及與I .作而控 制系統(tǒng)的通信和白動(dòng)控制功能;工作面遠(yuǎn)程集控 中

18、心和地面調(diào)度中心集中控制，綜合智能控制系統(tǒng) 能實(shí)現(xiàn)作而設(shè)備間的信息通信、門學(xué)習(xí)和舒能決 策遠(yuǎn)程協(xié)同控制、作面全景實(shí)時(shí)視頻縱蹤、安全信 息實(shí)時(shí)報(bào)告和預(yù)警匸作面無(wú)人作業(yè)。2綜采自動(dòng)化最新技術(shù)發(fā)展成果2. 1薄煤層綜采自動(dòng)化成套技術(shù)與裝備P. 6 1. 3 m復(fù)雜薄煤層fl動(dòng)化綜采成套技術(shù) 與裝備”獲得2013年度國(guó)家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。項(xiàng)目 根據(jù)我國(guó)薄煤層賦存條件復(fù)雜、滾筒采煤機(jī)適應(yīng)性 較好的特點(diǎn)，對(duì)薄煤層滾筒式采煤機(jī)門動(dòng)化綜采成 套技術(shù)與裝備進(jìn)行了長(zhǎng)期攻關(guān)研究，在大功率薄煤 層滾筒式采煤機(jī)、矮槽幫刮板輸送機(jī)、超大伸縮比電 液控制液壓支架、作面無(wú)人門動(dòng)化控制關(guān)鍵技術(shù) 方面取得豆大突破研發(fā)了世界領(lǐng)先的0

19、.6-1. 3 m 復(fù)雜薄煤層11動(dòng)化綜采成套技術(shù)與裝備。1）研發(fā)了加于滾筒采煤機(jī)的薄煤層無(wú)人口動(dòng) 化開(kāi)采模式和智能監(jiān)控預(yù)警系統(tǒng)，研發(fā)了旨套0.6 -1.3 m復(fù)雜薄煤層綜采自動(dòng)化成套裝備（圖1 ） 建立了薄煤層開(kāi)采技術(shù)體系開(kāi)創(chuàng)了薄煤層安全高 效開(kāi)采新途徑。建立薄煤層I作面闈巖活動(dòng)模型、 匚作面生產(chǎn)能力預(yù)測(cè)BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型、綜采設(shè)備 參數(shù)預(yù)測(cè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)模型及綜采藝系統(tǒng)分析模 型，優(yōu)化匸作面參數(shù)，確定薄煤層液斥支架合理I 作 阻力、采煤機(jī)參數(shù)、運(yùn)輸系統(tǒng)參數(shù)建立0.6-1.3 m 薄煤層作而無(wú)人口動(dòng)化開(kāi)采模式。采用高清網(wǎng)絡(luò) 攝像機(jī)獲収現(xiàn)場(chǎng)視頻信號(hào),通過(guò)定位系統(tǒng)、智能跟蹤 系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)位置信號(hào)

20、的獲取和視頻畫(huà)面的切 換堆于解能傳感和運(yùn)動(dòng)視頻序列的動(dòng)態(tài)全景界面 拼接圖像分析對(duì)綜采設(shè)備的安全感知、定位及防碰 撞采用多路視頻編碼器、多路視頻解碼器、光纖發(fā) 射器、光纖接收器將網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)輸出信號(hào)通過(guò)以太 網(wǎng)或者光纖傳送至地面監(jiān)控中心通過(guò)矩陣主機(jī)，實(shí) 現(xiàn)圖像信號(hào)的瀏覽、錄像、冋放和管理。采用防爆型 計(jì)算機(jī)、人機(jī)交互模塊、町編程控制器模塊、視頻模 塊、青頻模塊、交換機(jī)模塊和通佇模塊實(shí)現(xiàn)J'綜采 設(shè)備控制、匚作面視頻和音頻通信系統(tǒng)運(yùn)行控制、I： 作面以太網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行控制。采用鎧裝電纜與3層交換圖I薄煤層綜采自動(dòng)化成套裝備機(jī)連接實(shí)現(xiàn)作面中央控制中心與以太網(wǎng)絡(luò)的數(shù) 據(jù)連接。將數(shù)字語(yǔ)音系統(tǒng)與模擬語(yǔ)音系

21、統(tǒng)相結(jié)合, 建立了匸作面語(yǔ)音通信系統(tǒng)。2）研發(fā)了超大伸縮比薄煤層液壓支架及緊湊 型電液控制系統(tǒng)突破J'液斥支架I.作阻力決定最 小高度的極限，提高了液壓支架的匸作町靠性實(shí)現(xiàn) 了液壓支架與圍巖及成套裝備間的智能控制。3 ）研制了彊小機(jī)面高度580 mtn的大功率滾筒 采煤機(jī)綜采口動(dòng)化機(jī)組解決了電動(dòng)機(jī)尺寸制約采 煤機(jī)功率、裝煤效果差的難題實(shí)現(xiàn)了厚度0. 6 m以 上堅(jiān)硬夾時(shí)、半煤巖或硬煤薄煤層口動(dòng)化開(kāi)采。成套裝備在薛村礦開(kāi)采0.6-1.3m薄煤層，實(shí) 現(xiàn)了巷道集中控制，正常卞產(chǎn)過(guò)程中作而內(nèi)無(wú)需 人-操作自動(dòng)化生產(chǎn)月產(chǎn)鼠達(dá)到11.8萬(wàn)仁年產(chǎn) 量達(dá)到100萬(wàn)U2.2綜采智能化成套裝備國(guó)家智能制

22、造裝備發(fā)展專項(xiàng)項(xiàng)冃“煤炭綜采成 套裝備智能系統(tǒng)” 丁 2013年8丿通過(guò)國(guó)家驗(yàn)收。該 項(xiàng)tl吹變了以成套單機(jī)裝備為主、總體協(xié)調(diào)的研制 思路建立了以作面成套裝備總控制網(wǎng)絡(luò)為主單 機(jī)裝備為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)具有感血和層 級(jí)控制的智能系統(tǒng)。通過(guò)分析fl動(dòng)化采煤過(guò)程中煤 壁片幫，支架頂板支撐斥力不足，口動(dòng)平衡難以保 證輸送機(jī)負(fù)荷經(jīng)常過(guò)載，感知參數(shù)缺失等問(wèn)題通 過(guò)研制采煤機(jī)割煤和智能調(diào)高擰制支架與嗣巖鋼 合智能控制頂板初撐力口動(dòng)補(bǔ)償、超大采高液斥支 架三級(jí)聯(lián)動(dòng)護(hù)幫智能控制和平衡T斤頂口動(dòng)調(diào)疔、 支架高町靠性升降承載執(zhí)行機(jī)構(gòu)刮板輸送機(jī)智能 化軟啟動(dòng)和門動(dòng)悵緊控制裝曽作面裝備蟲(chóng)線度 導(dǎo)航和煤流平衡控制

23、系統(tǒng)等得到有效解決，為減人 提效、安全高效生產(chǎn)提供技術(shù)保障。煤炭綜采成套 裝備幫能化系統(tǒng)包括單機(jī)肆能化控制系統(tǒng)（如采 煤機(jī)智能控制系統(tǒng)、支架I韋1巖智能耦合電液控制系 統(tǒng)、刮板輸送機(jī)智能軟啟動(dòng)及其I動(dòng)悵緊控制系 統(tǒng)）以及基于上述單機(jī)控制系統(tǒng)信息互聯(lián)和協(xié)調(diào) 決策的綜采I作面井卜智能化集控中心，實(shí)現(xiàn)I作 面設(shè)備閉環(huán)控制和運(yùn)行參數(shù)門動(dòng)調(diào)節(jié)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控 制和口動(dòng)化牛產(chǎn)。瓦主要?jiǎng)?chuàng)新成果冇3個(gè)方而。321）改變傳統(tǒng)多單機(jī)控制系統(tǒng)集成的控制方式， 建立一種綜采匸作面生產(chǎn)智能化系統(tǒng)囲2 ）,以成 套裝備總控制網(wǎng)絡(luò)為核心單機(jī)裝備為執(zhí)行機(jī)構(gòu)的 體系結(jié)構(gòu)；建立系統(tǒng)級(jí)別的互聯(lián)協(xié)議和層級(jí)控制機(jī) 制.開(kāi)發(fā)了直實(shí)數(shù)據(jù)朋動(dòng)的三

24、維虛擬現(xiàn)實(shí)監(jiān)視系統(tǒng) （圖3 ）,實(shí)現(xiàn)液斥支架銀機(jī)|動(dòng)化、煤流半衡等設(shè)備 間的邏輯控制和整體協(xié)調(diào)執(zhí)行功能；建芷單機(jī)口動(dòng)控制及基于感知系統(tǒng)反饋的動(dòng)態(tài)決策機(jī)制實(shí)現(xiàn)液 床支架闌巖耦合控制、采煤機(jī)搖臂口動(dòng)調(diào)高等設(shè)備 級(jí)的I適應(yīng)訓(xùn)整功能。八仙E視頻監(jiān)控、OPC羽3層-»化網(wǎng)絡(luò)丿'獷調(diào)廢指揮中心2礦井自動(dòng)化網(wǎng)絡(luò)KI層一采煤機(jī)11供電支架電液1輸送機(jī)泵站捽1工作而1挖制系統(tǒng)1系統(tǒng)1控系統(tǒng)11遊制系統(tǒng)制系統(tǒng)1視頻系統(tǒng)圖2綜采工作面普能化系統(tǒng)圖3真實(shí)數(shù)據(jù)咽動(dòng)的三維虛擬現(xiàn)實(shí)監(jiān)視系統(tǒng)2 ）開(kāi)發(fā)了具右口除塵裝置的網(wǎng)絡(luò)攝像頭及綜 采匚作面視頻監(jiān)控系統(tǒng)。研制了傾角傳感器、液壓 支架的無(wú)線測(cè)茨裝置和測(cè)茨方法

25、、韋1巖狀態(tài)及支架 動(dòng)作雖感知系統(tǒng)如圖4所示。研制了振動(dòng)傳感器、 鐵相譜檢測(cè)儀尊感知傳感尤部件提升匸作面設(shè)備 況和牛產(chǎn)環(huán)境的實(shí)時(shí)感知能力同時(shí)建立了系統(tǒng) 級(jí)的故障診斷體系。«前連釬br V .一級(jí)護(hù)蒂收冋檢測(cè)務(wù)疔廳杭 排千頂聊架 支勵(lì)瓷態(tài)檢測(cè)紅線收姿電液換向閥®4國(guó)巖狀態(tài)及支架動(dòng)作量惑知系統(tǒng)3）利用作而的綜合接入器、光電轉(zhuǎn)換器和交 換機(jī)世立一個(gè)統(tǒng)一開(kāi)放的.作面100 MB |業(yè)以 太網(wǎng),構(gòu)建控制平臺(tái)100 MB I：業(yè)以太網(wǎng)控制網(wǎng)絡(luò) 貝備冇線和無(wú)線接入功能單點(diǎn)故障時(shí)網(wǎng)絡(luò)門愈時(shí) 間不超過(guò)12 m沢網(wǎng)絡(luò)傳輸延時(shí)不超過(guò)0.6叫，實(shí)現(xiàn) 匸作面設(shè)備的巷道和地面遠(yuǎn)程控制一鍵啟停。創(chuàng)新研制

26、的7 m超大采高綜采成套裝備集成應(yīng) 用上述智能化控制系統(tǒng)在陜州煤業(yè)化I集團(tuán)紅柳 林煤礦15205示范匚作面進(jìn)行了業(yè)性試驗(yàn)設(shè)備 運(yùn)行穩(wěn)定可靠最高月產(chǎn)駅達(dá)到134.6萬(wàn)（達(dá)到年 產(chǎn)量1 200萬(wàn)t。3技術(shù)難題和發(fā)展方向3. 1技術(shù)難題1）煤層賦存條件的復(fù)雜性和安全制約因索的 多樣性是綜采門動(dòng)化、智能化、無(wú)人化面臨的最大堆 題煤層不穩(wěn)定、夾肝斷層、破碎頂板、軟底板、沖擊 地壓、水害、瓦斯等很多問(wèn)題都會(huì)造成匸作面片幫冒 頂支架倒架、扎底，刮板輸送機(jī)飄溜采煤機(jī)哉割W 難設(shè)備損壞嚴(yán)帝導(dǎo)致牛產(chǎn)不連續(xù)。2 ）綜采作面成套裝備系統(tǒng)龐大、相互關(guān)聯(lián)配 套運(yùn)行，對(duì)動(dòng)作順序、準(zhǔn)確性、響應(yīng)速度等要求高, “三機(jī)”設(shè)備獲取

27、環(huán)境信息和口身況的感知能力 右限，只能対頂板斥力、采煤機(jī)牽引電動(dòng)機(jī)參數(shù)、采 煤機(jī)位遺等主要信息進(jìn)行采集，采集的信息孤立于 控制系統(tǒng)之外無(wú)法實(shí)現(xiàn)閉環(huán)反饋實(shí)時(shí)控制采煤進(jìn) 程無(wú)法全面J'解采煤過(guò)程中巖層和裝備系統(tǒng)的狀 態(tài)變化情況難以實(shí)現(xiàn)I：藝過(guò)程的快速、準(zhǔn)確配合, 提高開(kāi)采效卒。煤礦井下高頻、高爪設(shè)笛多屯磁I' 擾強(qiáng);空間狹窄信號(hào)衰減嚴(yán)直，生產(chǎn)過(guò)程中線纜移 動(dòng)、拉扯、彎曲冇線/無(wú)線氏距離傳輸lflXffi.nl靠性 差。忖前綜采作面設(shè)備各家制造商的接口方式 與協(xié)議多種多樣堆以形成統(tǒng)一通用的作面通信 協(xié)議標(biāo)準(zhǔn),亟待制定相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。3）煤巖界而識(shí)別被許多人認(rèn)為是綜采匚作面 無(wú)人化的必要條件

28、，然而國(guó)內(nèi)外兒十年的研究和實(shí) 踐衣明，煤巖界面性狀任線識(shí)別從理論上雖存在町 行性而山于受諸多不確定性因素影響技術(shù)上難以 實(shí)用。口 20世紀(jì)80年代起，歐洲一些主要產(chǎn)煤國(guó) 和煤機(jī)研究者就致力丁研究試驗(yàn)煤巖界面識(shí)K 'J技 術(shù)一”研制試驗(yàn)了堆于射線、振動(dòng)、聲頻、激光、熱 成像等多種原理的傳感器許多研究人員從理論上 闡述了其町行性和合理性，甚至肯定了其實(shí)用 性“-.但是至今尢一成功的程實(shí)用案例和產(chǎn) 品在我國(guó)紹63計(jì)劃'、973計(jì)劃”等國(guó)家項(xiàng)目重復(fù) 33 71994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All

29、 rights reserved, 2014年第9期煤炭科學(xué)技術(shù)第42卷立項(xiàng)支持研發(fā)的同時(shí)國(guó)際煤機(jī)口頭卻低調(diào)地放弁 J'這一方向的研發(fā)投入。由于煤巖物理性狀的多樣 性和復(fù)雜性,采煤機(jī)況振動(dòng)影響因索的復(fù)雜性及 作面牛產(chǎn)環(huán)境條件的復(fù)雜性要實(shí)現(xiàn)煤巖界面在 線識(shí)別準(zhǔn)確、穩(wěn)定和實(shí)用將是一個(gè)長(zhǎng)期堆以突破的 難題 應(yīng)、勺另辟新徑，探索實(shí)川仃效的綜采門動(dòng)化、 智能化、無(wú)人化技術(shù)途徑。4）綜采.作面兩端頭及過(guò)渡段白動(dòng)化截割和 支護(hù)是綜采n動(dòng)化、智能化、無(wú)人化的難點(diǎn)待別是 下端頭既是.作面安全出口 又是設(shè)備集中的區(qū)域. 支護(hù)堆度大，占用人力多，實(shí)現(xiàn)口動(dòng)化、智能化、無(wú)人 化難度很大。5 ）匸作面自動(dòng)化、智能

30、化、無(wú)人化的前提條件 是以綜采成套裝備的高町靠性、高開(kāi)機(jī)率為保證的. 山丁設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)口維修，因此，任何設(shè)備故障都會(huì) 使作面n動(dòng)化、智能化、無(wú)人化hi標(biāo)落空控制系 統(tǒng)本身的各種感知和控制尤件可靠性也存在很大差 距，使系統(tǒng)的可靠性難以充分保證，這正是目前一些 企業(yè)實(shí)施的門動(dòng)化作而難以達(dá)到預(yù)期效果的關(guān)泄 所在。3.2技術(shù)發(fā)展方向大力發(fā)展推廣綜采門動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)少人化卞 產(chǎn)減人提效是實(shí)現(xiàn)煤礦安全離效綠色開(kāi)采的丑耍 方向15,0前,我國(guó)已能大批量生產(chǎn)綜采口動(dòng)化成 套裝備高端產(chǎn)品技術(shù)成熟度和nf靠性能nf以滿足 煤礦牛產(chǎn)要求。在一些先進(jìn)礦井發(fā)展智能化綜采. 完善提高綜采成套裝備的智能化水平提高設(shè)備町 悠性

31、和開(kāi)機(jī)率，實(shí)現(xiàn)最大限度的少人化定產(chǎn)。綜采 白動(dòng)化和智能化是實(shí)現(xiàn)匚作面無(wú)人化開(kāi)采的基礎(chǔ), 無(wú)人化開(kāi)采是煤礦幵采技術(shù)發(fā)展的終極L1標(biāo)。筆者 認(rèn)為當(dāng)前和今后一個(gè)時(shí)期冇4個(gè)主要攻關(guān)方向。1）堆于液斥支架與闈巖則合原理研發(fā)液斥支 架圍巖耦合n適應(yīng)控制技術(shù)；娠丁排隊(duì)理論,研究綜 采作面祥組支護(hù)系統(tǒng)協(xié)同控制技術(shù)；研發(fā)解能型 液床支架姿態(tài)況監(jiān)測(cè)預(yù)警與耦合控制裝置研發(fā) 高町靠性液圧支架智能感知和控制尤件；研發(fā)娠于 鋼能決策、時(shí)序控制、記憶放煤和人r. |：預(yù)協(xié)同控制 的口動(dòng)化放頂煤控制系統(tǒng)。2 ）研究煤巖性狀對(duì)截割負(fù)載及調(diào)控的敬感性, 建立煤巖截割負(fù)載突變的在線檢測(cè)及截割狀態(tài)判別 準(zhǔn)則提出截割轉(zhuǎn)速與進(jìn)給速度相結(jié)

32、合的口適應(yīng)截 割口主控制方法，研發(fā)采煤機(jī)I主粘確定位和門學(xué) 習(xí)、智能調(diào)高、記憶截割的卿能化控制技術(shù)，研究綜 采I作面采煤機(jī)截割-液斥支架支護(hù)-運(yùn)載集成系 統(tǒng)的多源信息融合方法解決多機(jī)協(xié)同作業(yè)的沖突 消解與避讓算法和技術(shù)研發(fā)可靠、實(shí)時(shí)、安全的I: 作面多機(jī)協(xié)同控制系統(tǒng)。3 ）研究綜采裝備關(guān)鍵尤部件欠效模式與故障 機(jī)理構(gòu)建裝備關(guān)鍵部件及系統(tǒng)町靠性評(píng)價(jià)體系完 善可靠性設(shè)計(jì)攻克關(guān)鍵尤部件材料和制造【藝切 實(shí)健決綜采裝備的町靠性問(wèn)題，待別是提高采煤機(jī) 的可靠性,提高作而綜合開(kāi)機(jī)率為.作面自動(dòng) 化、智能化和無(wú)人化提供町靠保障。4）加強(qiáng)匚作面端頭與超前支護(hù)系統(tǒng)口動(dòng)化的 研究解決作面端頭與超前支護(hù)的制約同時(shí)妥

33、 進(jìn)一步研究突破匸作面兩端過(guò)渡段斜切進(jìn)刀藝口 動(dòng)化和智能化堆題。4結(jié) 語(yǔ)開(kāi)發(fā)利推廣應(yīng)用綜采口動(dòng)化和智能化技術(shù)減 人提效是實(shí)現(xiàn)煤炭安全高效開(kāi)采的根木途徃捉高 綜采作面成套裝備的可靠性和適應(yīng)性并與口動(dòng) 化和智能化控制技術(shù)融合，H前已經(jīng)在部分先進(jìn)礦 井實(shí)現(xiàn)了作面少人化或冇限條件下的無(wú)人化牛 產(chǎn)。通過(guò)不斷的技術(shù)攻關(guān)逐步解次上述技術(shù)難題, 發(fā)展綜采口動(dòng)化和智能化技術(shù)，星終實(shí)現(xiàn)煤礦匚作 面無(wú)人化開(kāi)采是煤炭開(kāi)采技術(shù)發(fā)展方向-參考文猷：（壬國(guó)法煤礦綜采門動(dòng)化成奩技術(shù)與喪備創(chuàng)新和發(fā)展IJ）.煤 炭科學(xué)技術(shù).2013.41 （II ）： 1 -5.CF轉(zhuǎn)第39頁(yè)） 態(tài)化但還存在以下問(wèn)題：國(guó)產(chǎn)成套裝備也機(jī)尤件穩(wěn) 定

34、性、町靠性需進(jìn)一步提高；口動(dòng)化系統(tǒng)口診斷功能 不完善故障判斷、處理時(shí)間較氏;需要結(jié)合戯陵一號(hào) 煤礦地質(zhì)待點(diǎn)，進(jìn)一步完善巷道超前支護(hù)口動(dòng)化研 究。5結(jié) 語(yǔ)1）探索完善的'22匚序”采煤匸藝，有效降低了 薄煤層采煤機(jī)揚(yáng)塵増強(qiáng)了視頻清晰度提高了遠(yuǎn)程 操作的準(zhǔn)確性。2 ）經(jīng)過(guò)對(duì)采煤機(jī)、輸送機(jī)等單機(jī)設(shè)備的局部改 造提高了單機(jī)設(shè)備對(duì)ri動(dòng)化系統(tǒng)的門適應(yīng)能力。3 ）通過(guò)新増地面采煤機(jī)、支架控制鍵盤(pán)優(yōu)化視 頻配置提高液床系統(tǒng)穩(wěn)定性,探索出了適應(yīng)黃陵礦 區(qū)特點(diǎn)的遠(yuǎn)程采煤口動(dòng)化系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)我國(guó)匸作面無(wú) 人化探索一條匚作面少人化、無(wú)人化丿F采的道路，同 時(shí)對(duì)于提高綜采牛產(chǎn)效率、減少人員、降低I:人勞動(dòng) 強(qiáng)度具

35、有電大意義。參考文獻(xiàn)：1J黃蝕邱亮亮劉寧寧我國(guó)薄煤層開(kāi)采及創(chuàng)煤機(jī)采煤技術(shù)的應(yīng)用炭技術(shù).2009.28 6 ）：4-5.2.壬國(guó)法煤礦鳥(niǎo)效開(kāi)采丁作面成奩裝備技術(shù)創(chuàng)新與發(fā)展J煤 炭科學(xué)技術(shù).2O1O.38 Q ）：63 -68.3.茹繼煤礦自動(dòng)化與信息技術(shù)冋顧與展?fàn)旿. T礦自動(dòng)化. 2010 6 ）：26-304-乍太連對(duì)煤礦安全高效綜采成套裝備研發(fā)的思占LJJ.M'國(guó)煤 炭.2007.33 6）:38-41.5方新牧.張雪峰.無(wú)人工作血開(kāi)采關(guān)錐技術(shù)C 中國(guó)煤炭學(xué)會(huì)開(kāi)采專業(yè)委員會(huì)2006學(xué)術(shù)年Q論文集徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)出 扳社.2006:63 -686 t 君刮板輸送機(jī)動(dòng)力學(xué)行為的分析與

36、控制理論研究D耳 新：遼寧丁程技術(shù)大學(xué).2006.7 楊玉成綜介門動(dòng)化無(wú)人T作而開(kāi)采薄煤層J礦業(yè)快報(bào). 2004 0 ）:33 -3418錢鳴高繆協(xié)興采場(chǎng)1：敢?guī)r層結(jié)構(gòu)的形態(tài)與受力分析J.巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào).1995.14 0）:97 -106.9徐亞軍王國(guó)法.取于滾筒采煤機(jī)薄煤層Fl動(dòng)化叩采技術(shù)J I-煤炭科學(xué)技術(shù).2013,41 ai ）：6-910王國(guó)法髙端液斥支架及先進(jìn)制造技術(shù)M 北京:煤炭工業(yè)出 版社.2010:210-211.II王國(guó)法煤礦綜采自動(dòng)化成套技術(shù)與裝備創(chuàng)新和發(fā)展J）煤 炭科學(xué)技術(shù)-2013.41 01 ）:1 -5 AL12J黃曾華.乍 森.丁業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)在綜采匸作面自動(dòng)化系統(tǒng)中 的應(yīng)用J 煤礦機(jī)電.2013 0 ）:12 -13.13黃曾華.苗建軍.綜采工作面設(shè)備集中控制技術(shù)的應(yīng)用研究J煤塊科學(xué)技術(shù).2013.41 （II ）:14-17.21.3471994-2014 China Academic Journal Electronic Publishing House. All rights reserved, 2014年第9期煤炭科學(xué)