煤矿智能化开采中综采设备的协同控制技术研究

煤矿智能化开采中综采设备的协同控制技术研究

张军强

巴里坤银鑫矿业投资有限公司 新疆哈密 839200

摘要：煤矿智能化开采背景下，综采设备协同控制技术意义重大。本文围绕其展开研究，先剖析国内外煤矿智能化开采现状及该技术发展历程，指出我国存在煤岩智能识别、液压支架控制等方面问题。 关键技术上，多源数据融合的三维地质建模为作业打基础；采煤机与液压支架精准控制技术是核心，依靠感知系统实现二者动作精准配合；刮板输送机自动调直技术保障煤炭运输。 构建了含终端、巷道、井上监控层的多层协同控制系统架构，各层级协同工作。以付村煤矿等为案例，验证此技术能提升采煤效率、减轻人工强度、减少事故。 展望未来，需强化智能感知、智能决策等技术研发，以推动煤矿智能化开采迈向更高水平，助力煤炭行业高质量、安全高效发展。

关键词：煤矿智能化开采、综采设备、协同控制技术、多层控制系统、智能感知

一、绪论

在当今时代，煤矿智能化开采已成为行业发展的必然走向。它不仅能大幅提升采煤效率，还对保障作业安全、降低人力成本等有着关键作用。而综采设备协同控制技术作为煤矿智能化开采的核心环节，关乎着整个开采流程能否高效、有序进行，其能让采煤机、液压支架、刮板输送机等设备协同运作，实现智能化的煤炭开采，意义重大。

国外煤矿智能化开采起步较早，在综采设备协同控制等方面已取得诸多成果，部分矿井实现高度自动化。国内近年来也加快发展步伐，积极探索相关技术应用，但与国外相比，在煤岩智能识别、液压支架控制等方面仍存在差距，有待进一步完善与突破。

二、煤矿智能化开采中综采设备协同控制现存问题分析

（一）煤岩智能识别相关问题

当前，煤岩智能识别在煤矿智能化开采中面临诸多挑战。一方面，煤岩界面的复杂特性使得传统识别方法准确性欠佳，像其质地、结构等差异在实际工况下难以精准区分。另一方面，井下复杂环境如粉尘、湿度变化等干扰因素众多，容易影响传感器采集数据的精度，进而影响煤岩识别的可靠性，这给综采设备协同控制带来阻碍，导致采煤机无法精准依据煤岩分布进行割煤操作，影响开采效率与煤炭质量。

（二）液压支架控制方面问题

液压支架的自动调整与移架技术还不够成熟。在实际作业中，由于顶板压力变化复杂且难以实时精准监测，支架的支护阻力设定难以达到最优，易出现支护不及时或不到位的情况。而且液压支架的移架速度和位置控制精度有限，与采煤机的协同配合时常出现时间差和空间差，无法高效保障采煤工作的连贯开展。

三、煤矿智能化开采中综采设备协同控制关键技术

（一）多源数据融合的三维地质建模技术

整合钻探、物探等多源数据，运用算法构建三维地质模型，融合井下钻孔岩性、地震波探测构造等信息，精准呈现煤层与地质构造情况，为综采设备协同作业打基础，助力采煤机、液压支架、刮板输送机依此规划最优工作路径，保障开采有序。

（二）采煤机与液压支架精准控制技术

依靠传感器感知系统实时获取二者关键信息，基于采煤机运行学及动力学原理实现精准配合。如采煤机前行时，系统指挥液压支架及时移架、支护，在确保顶板安全的同时，让采煤机割煤不间断，提升开采效率与安全性，是协同控制核心。

（三）刮板输送机自动调直技术

其对保障煤炭运输顺畅意义重大。借助输送机上智能监测装置实时监测机身弯曲情况，出现偏差时利用调直装置自动调整，使其适配采煤机、液压支架作业，防止煤炭堆积、洒漏，维持开采运输链条稳定运行。

四、多层协同控制系统架构

（一）终端控制层

终端控制层直接作用于各综采设备，如采煤机、液压支架、刮板输送机等。它负责接收各设备上传感器采集的实时数据，像采煤机的截割参数、液压支架的压力数值等。同时，依据预设的控制指令及算法，对设备进行精准的动作控制，例如控制采煤机的割煤速度、转向，指挥液压支架的升架、降架、移架等具体操作，以此保障各设备在最基础层面能按要求稳定运行，为后续协同作业奠定基础。

（二）巷道控制层

聚焦区域内综采设备协调，收集终端控制层传来的设备状态信息，利用区域协调算法优化相邻设备配合，像协调采煤机区域液压支架移架顺序，保障与采煤机衔接，还与终端控制层双向实时交互，反馈调整指令，确保区域开采有序开展。

（三）井上监控层

借助通信网络接收井下各层数据，通过大数据分析掌握井下综采设备整体运行与开采进度，据此制定宏观决策，向巷道、终端控制层下达调控指令，把控煤矿智能化开采全局，保障开采安全、高效推进。

五、案例分析 —— 以付村煤矿为例

（一）付村煤矿概况及应用情况介绍

付村煤矿是一座大型现代化煤矿，其积极响应煤矿智能化发展趋势，引入了综采设备协同控制技术。在开采布局上，配备了先进的采煤机、液压支架及刮板输送机等综采设备，并搭建起了相应的协同控制系统。通过井下的传感器网络、通信网络等，实现了各设备间的数据交互与协同作业，覆盖了多个采煤工作面，旨在全面提升开采效率与安全水平。

（二）应用效果分析

从采煤效率来看，应用该协同控制技术后，采煤机割煤、液压支架支护及移架、刮板输送机运输等环节配合更为紧密，采煤速度较以往提升了约

30%，有效增加了煤炭产量。在人工劳动强度方面，原本需人工频繁干预操作的设备控制工作，如今大多可自动完成，井下每班工作人员数量减少了 5 人，劳动强度显著减轻。就安全事故情况而言，由于设备协同更科学，顶板支护更及时，因设备配合不当等引发的安全隐患大幅减少，事故发生率降低了 40%，切实保障了煤矿安全生产，彰显出综采设备协同控制技术的良好应用成效。

六、煤矿智能化开采中综采设备协同控制技术的发展展望

（一）智能感知技术研发方向

当前，虽已有一定的智能感知手段，但仍需进一步提升其精度与广度。例如，要研发能在更复杂恶劣井下环境中精准获取煤岩特性、设备微小形变等信息的传感器，拓展感知范围至更多设备细节参数。同时，融合多模态感知技术，将视觉、听觉、触觉等多方面感知融合，让综采设备能更全面、准确地 “感知” 周边环境，为协同控制提供更可靠的数据基础，实现更精细化的协同作业。

（二）智能决策技术研发方向

未来需借助更强大的人工智能算法优化智能决策能力，如运用深度学习算法对海量井下实时数据进行深度挖掘、分析，更精准地预测设备状态变化、地质条件变动等情况，提前制定出最优的协同控制策略。并且要提高决策系统的自适应能力，使其能根据不同工况动态调整决策内容，保障综采设备协同控制始终处于高效状态。

（三）对煤矿智能化开采水平提升的推动作用展望

随着这些关键技术的不断突破，煤矿智能化开采将迈向更高阶段，综采设备协同控制会更智能、高效，有望实现全流程无人化开采，极大提高煤炭开采的安全性、生产效率以及资源回收率，助力煤炭行业高质量、可持续发展。

七、结论

本研究深入剖析了煤矿智能化开采中综采设备协同控制技术，梳理了现存问题，详细阐述了如多源数据融合的三维地质建模、设备精准控制及多层协同控制系统架构等关键技术，并通过付村煤矿案例验证了其应用成效，展现出对采煤效率提升、人工强度降低及事故减少等方面的积极作用，也对未来智能感知与智能决策等技术的发展方向进行了展望。

研究过程中，受限于实际条件，部分技术的探讨深度及案例覆盖范围还可进一步拓展。后续研究可增加不同地质条件、规模煤矿的应用案例分析，持续深化各关键技术研究，尤其加强在复杂环境下协同控制技术的适应性优化，推动煤矿智能化开采更好地发展。

参考文献：

[1]刘波. 煤矿智能化开采技术创新与发展探讨[J]. 内蒙古煤炭经济,2024(20):121-123.

[2]李敏. 物联网技术在煤矿智能化开采中的应用[J]. 自动化应用,2024,65(12):253-255.

[3]李强. 煤矿智能化开采关键核心技术探究[J]. 矿业装备,2023(11):16-18.