引言
煤炭资源是我国主要能源之一，近年来随着煤炭资源需求量不断增大，开采强度也在持续增加，但受井下自然灾害、作业环境、开采条件、开采技术及人员素质等多种因素影响，煤矿开采过程中出现了生产效率低、人员投入多、劳动强度大、安全事故率高等问题。在煤矿智能化建设过程中，由于井下条件复杂多变，在工作面地质条件发生变化时，智能化系统往往反应滞后、不及时，各项技术适应性差；另外智能化工作面的诊断预警系统、远程操作系统及监控系统等相关设备运行过程中容易发生故障，这就需要加强矿井智能综采关键技术的有效应用。
1 综采面作业工序优化
煤矿井下综采面的综采作业主要是利用采煤机将煤炭从煤壁上截割下来，然后通过刮板输送机运输到指定地点的过程，在综采作业时还需要根据综采的实际进度支护巷道，保持巷道在综采作业过程中的稳定性。目前由于采用以人工为主的综采作业方案，因此截割、支护、运输、环境监测等均为独立运行模式，相互之间存在着较大非关联性。为了满足智慧综采作业的需求，首先对井下综采作业及监测需求进行分类，在综采作业方面严格规定作业按照煤岩状态探测→综采→支护→运输的顺序进行，在综采安全监测方面则根据监测对象的不同分别采用视频监测及传感器探测控制的方式，确保了对井下各监测结果的准确性，通过对作业工序和综采作业环境状态的分类优化，能够为实现对井下综采及工作环境的可靠监测和预警，为进一步实现智慧化控制奠定了基础。
2综采面智能集成控制系统
煤矿井下智能化综采作业的核心是实现对综采面采煤机、刮板输送机、液压支架运行的智能集成控制，改变以往各类设备独立运行的模式，实现各综采设备之间的自主耦合联动运行，因此需要建立智能化集成控制系统，实现对综采面上各设备运行状态的集中调整和控制。
集成控制系统主要包括地面控制中心、井下集控中心和数据传输系统三个部分。地面控制中心主要是控制系统的监控终端，对井下综采面各设备的运行状态进行实时监控，当出现异常时进行远程调节，确保井下综采作业的安全性。井下集控中心主要包括采煤机远程操作台、支架远程操作台、集控操作台等，主要控制采煤机、液压支架、刮板输送机的协同运行。数据传输系统作为“桥梁”沟通井下和地面控制中心，满足数据传输安全性和快速性的需求，是确保系统正常运行的关键。
3采煤机、液压支架联动控制
井下集控中心的主要作用是对采煤机、液压支架、刮板输送机的运行状态进行监测并控制各类设备的协同运行，特别是采煤机和液压支架的协调联动，对确保煤矿井下的综采作业安全和效率具有十分重要的意义。为了满足智能协同控制的需求，根据井下综采作业的实际情况，要求采煤机能够自动识别井下岩层状态并控制截割机构进行自适应截割作业，同时液压支架需要根据采煤机的实际运行情况跟随采煤机完成自主跟机移架作业。
采煤机采用了人工记忆截割控制模式。在工作过程中，先由人工控制采煤机根据井下的实际情况进行一次全周期截割，系统自动对人工控制模式下采煤机的截割姿态、截割参数进行记录，将数据存储到控制中心内。当采煤机处于记忆截割的模式下时，系统自动调取对应的截割参数信息，控制采煤机的自动截割作业。
为了保证液压支架和采煤机相对位置定位的准确性，在采煤机上设置了红外线定位发射装置，在液压支架上设置了红外线定位接收装置。采煤机在运行过程中连续发出红外线信号，液压支架接收到信号后即可判断出和采煤机的相对位置，然后将相关信息传递到集控中心内，通过支架控制器来控制支架组的跟机、推移、护帮等动作，确保液压支架和采煤机动作的协调性。
4综采面智能支护控制
液压支架在井下支护的过程中，不同阶段的支护状态需求不同，其支护的核心要求是支架支护强度需要和适应围岩的变化状态，从而降低巷道顶板的下沉量。但在实际使用过程中由于受泄漏或者其他因素影响，液压支架支护时的支撑力会逐渐降低，影响支护安全性。目前主要通过人工排查的方法进行调整，保持支撑力，但由于支架数量多、地质环境复杂，人工调节方案存在效率低、调节精确性差的不足。为了保证信息采集的准确性，在液压支架的一级护帮板上设置了行程传感器和压力传感器。工作时压力传感器将数据信息传递给智能控制系统，系统同步对围岩的变形情况和矿压情况进行监测，若系统判定需要对液压支架进行补压，则控制液压系统工作，为指定的液压支架进行补压。
研究综采工作面巷道支护、运输及辅助设备的技术特点，以实现设备自动前移为目标，对设备进行设计改型，以实现设备与电液控制系统的有机结合，打破巷道设备“有机无液、有液无控”的技术缺陷，实现设备单机自动前移控制。目前，迈步自移式支护装置、迈步自移式转载机、输送带自移机尾及迈步自移设备列车已实现推广应用。为进一步完善对巷道设备的监控，可在关键区域布设摄像仪，实时采集现场视频并传输至井下监控中心和地面调度中心，为设备自移提供了远程监控保障。
5刮板输送机调直控制
刮板输送机不仅是井下物料运输的核心设备，还是采煤机和液压支架进行移动的支点。由于井下地质条件较为复杂，采煤机、液压支架在运行过程中需要保持一定的运行直线度，否则会影响井下的综采作业。目前主要采用人工校正调直的方案，效率低且精度差，难以满足井下自动化综采作业的控制需求。因此本文提出了一种新的刮板输送机自动调直控制方案，通过对采煤机运行轨迹的监测，判断出刮板输送机的偏移量，然后通过控制液压支架每次调整时的位移量，来实现对刮板输送机直线度的调整。
由于井下综采面较长，因此为了保证监测信号传输的精确性，沿着综采面设置了无线传输基站在实际工作过程中，在采煤机上设置惯性导航定位装置，对采煤机在井下的运行轨迹进行精确监测，然后自动解算出对应的刮板输送机的轨迹，进而判断出刮板输送机的弯曲度。由于采用了组合式导航模式，因此在系统内只需要确定采煤机的行走距离，导航定位系统将会自动对物体的运动坐标进行测算，将测算结果和理论坐标对比，即可判断出运行轨迹的精度。当出现偏差后系统进行惯性导航修正，满足运行精确性的需求。
结束语
矿井智能综采关键技术的应用突破了当前可视化远程干预生产模式下生产人员“看、想、控”的局限，通过综合应用精细化物探、遥感探测、先进传感、人工智能、大数据分析与数据挖掘及面向煤矿的标准化通信协议等新技术，可实现对开采环境、综采装备的全面感知融合，建立的基于综采装备群与采场围岩耦合的开采决策控制模型提升了装备自适应性的控制能力，拓宽了智能化采煤技术的应用范围，为一般地质条件、复杂地质条件下矿井智能化生产提供了技术支持。
参考文献
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