煤矿智能化综采工作面设计

1 智能化综采工作面系统

与传统的综采工作面不同的是，智能化综采工作面更加复杂，需要控制的信息和设备也更多。智能化综采工作面由多个智能控制子系统组成，如图1所示。

图1 智能综采工作面的系统构成

由图1可知，智能化综采工作面主要由工作面定位系统、围岩控制系统及运输控制系统组成，包含井下定位、井下视频、装备操作和机器人控制4个基础平台，其实现的关键在于智能化开采的成套设备。由此可见，要实现智能化开采，就要突破各种关键的控制技术。信息传输和处理是智能控制所要用到的核心技术，而各种硬件设备是实现控制的基础。智能化开采可以实现远程在线控制和自动化控制，具有较高的效率。

2 智能化工作面设计的关键技术

井下设备位置、运动状态以及姿态的测量是实现智能化开采的基础。为此，需要对工作面三维成像、井下高清视频图像的获取以及综采设备实时位置和运动状况的监测等方面进行研究。工作面三维成像是为了实时了解工作面的实际开采情况，这个过程通常需要采用先进的三维激光扫描来完成。由于工作面附近的粉尘浓度过高且光线比较暗，必须采用具有很强防尘能力的镜头和低亮度感光元件，通常可以采用CCD元件的感光元件。井下卫星定位信号比较弱，很难对设备进行定位，为此采用惯性导航的方式来进行综采工作面的定位。

稳定的围岩控制是实现安全开采的根本，这就要求液压支架具有足够的工作阻力。为此，需要对液压支架与围岩的自适应控制、采煤机的自适应控制进行研究。为了使液压支架与围岩具有一定的自适应能力，需要液压支架能对工作面的顶板应力进行实时的测量，并对工作阻力做出调整。目前，液压支架与围岩相互作用的机理比较复杂，这使得对围岩的自适应控制具有一定的难度。

智能化开采的关键在于使综采工作面设备具有一定的自主学习能力，能根据实际情况做出最有利的判断。而要使机械设备具备自主学习的能力，就要使机械设备具有一个“大脑”。对于机械设备而言，“大脑”指的是微处理器和智能学习算法，而智能学习算法则是实现自主学习的关键。虽然现在开发了一些智能算法，例如人工神经网络算法、模糊算法以及混沌算法等，但是这些算法都有着其特有的使用环境。

随着智能化时代的到来，智能化开采成为煤矿行业重要的发展方向。所谓的“智能开采技术”，就是在综采技术的基础上实现无人化及自动化开采。然而中国现在还处于智能化开采的初级阶段，很多技术有待突破。智能化开采不仅仅注重一些智能算法的开发，更注重的是硬件设备。

与此同时，煤矿智能化开采还需要大量的信息化专业方面的人才，但是现在很多煤矿不具备这个条件。与传统的综采工作面不同的是，智能化综采工作面更加复杂，需要控制的信息和设备也更多。智能化综采工作面主要由工作面定位系统、围岩控制系统及运输控制系统组成，包含井下定位、井下视频、装备操作和机器人控制4个基础平台。