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   綜采自動(dòng)化的身影已經(jīng)在我國(guó)許多大型煤礦企業(yè)的工作面開(kāi)采過(guò)程中出現(xiàn)，“解放生產(chǎn)力、提高用工效率”的建設(shè)成果顯而易見(jiàn)，但“少人化”成績(jī)的背后也確實(shí)存在著不少人機(jī)磨合的陣痛。

　　運(yùn)行一個(gè)月后，攝像頭就損壞了五分之一，有時(shí)要解除一臺(tái)攝像頭的故障，就要在1800余條光纜中排除，工作量相當(dāng)大。

　　2017年7月初有一臺(tái)設(shè)備出現(xiàn)故障，導(dǎo)致整個(gè)綜采系統(tǒng)出現(xiàn)了運(yùn)行隱患……通過(guò)改進(jìn)、調(diào)試、配套，在井下連續(xù)奮戰(zhàn)18個(gè)小時(shí)后，終于解決了該系統(tǒng)的運(yùn)行隱患。

　　有一次受地質(zhì)條件影響，運(yùn)輸機(jī)上飄煤機(jī)受阻，劉對(duì)平跟他工友們一起清理運(yùn)輸機(jī)下的浮煤，在低矮的作業(yè)環(huán)境，大家貓著腰，一直干到第二天早上7點(diǎn)……  

　　“目前工作面開(kāi)采過(guò)程仍然主要依賴人為經(jīng)驗(yàn)與判斷， 對(duì)開(kāi)采人員來(lái)說(shuō)，待開(kāi)采區(qū)仍然是''不透明且存在不確定性''的，缺乏客觀、科學(xué)的信息基礎(chǔ)與開(kāi)采指導(dǎo)。”

　　最近，國(guó)家能源投資集團(tuán)神東煤炭集團(tuán)有限責(zé)任公司副總經(jīng)理王存飛和北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司榮耀發(fā)表了題為《透明工作面的概念、架構(gòu)與關(guān)鍵技術(shù)》的文章，就“提升工作面開(kāi)采的自動(dòng)化智能化程度” 等問(wèn)題，展開(kāi)了探討。

　　熱門(mén)技術(shù)的局限性

　　王存飛指出，近年來(lái)雖然在工作面進(jìn)行了包括記憶割煤、遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控、自動(dòng)找直 、紅外熱成像煤巖識(shí)別等手段在內(nèi)的諸多智能化開(kāi)采嘗試，但這些技術(shù)都存在一定的局限性。

　　神東首個(gè)薄煤層自動(dòng)化工作面——榆家梁煤礦43101工作面

　　記憶割煤

　　只適用于煤層走向平緩、無(wú)斷層的工作面，很難適應(yīng)復(fù)雜的地質(zhì)條件;

　　遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控

　　利用視頻與網(wǎng)絡(luò)技術(shù)將采煤人員的視力拓展延伸， 但實(shí)質(zhì)上開(kāi)采過(guò)程仍依賴于操作人員經(jīng)驗(yàn)與主觀判斷，缺乏客觀依據(jù)，而且還常常面臨觀察視角受限于攝像頭位置、光照度低、煤塵干擾等問(wèn)題;

　　自動(dòng)找直

　　主要依賴于慣性導(dǎo)航系統(tǒng)描繪煤機(jī)運(yùn)動(dòng)軌跡， 在信息反饋時(shí)效上具有一定滯后性;

　　紅外熱成像煤巖識(shí)別手段

　　依賴于滾筒與煤巖摩擦產(chǎn)生熱度在紅外成像上的差異， 只能對(duì)滾筒調(diào)高進(jìn)行即時(shí)、定性的指導(dǎo)。

　　因?yàn)榇�開(kāi)采區(qū)域地質(zhì)地理信息的不透明性，導(dǎo)致開(kāi)采過(guò)程缺乏指導(dǎo)信息，又由于缺乏有效的煤巖識(shí)別手段等因素，造成了難以實(shí)現(xiàn)真正自動(dòng)化智能化開(kāi)采的困境。

　　透明工作面全域模型的關(guān)鍵技術(shù)

　　基于上述問(wèn)題，王存飛提出建設(shè)透明工作面。

　　透明工作面要求基于地質(zhì)地理勘探信息，對(duì)工作面開(kāi)采過(guò)程進(jìn)行全面地感知、信息集成與自適應(yīng)智能化分析控制，建成統(tǒng)一綜采自動(dòng)化智能控制系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)對(duì)井下工作面環(huán)境、裝備進(jìn)行感知，并根據(jù)感知數(shù)據(jù)進(jìn)行智能分析，最后集成控制綜采裝備，從而進(jìn)行自適應(yīng)開(kāi)采操作， 以實(shí)現(xiàn)真正的無(wú)人化開(kāi)采。

　　而實(shí)現(xiàn)透明工作面全域模型，還需要突破以下幾項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)：

　　三維激光掃描技術(shù)

　　在透明工作面領(lǐng)域， 激光掃描技術(shù)主要用于開(kāi)采前與開(kāi)采過(guò)程中工作面與巷道輪廓三維坐標(biāo)數(shù)據(jù)的獲取目前制約激光掃描技術(shù)在井下應(yīng)用的因素主要包括: 開(kāi)采過(guò)程中的煤塵干擾; 井下缺乏有效的定位技術(shù)。

　　地質(zhì)勘探技術(shù)

　　地質(zhì)勘探技術(shù)多種多樣， 但每種手段或多或少都存在缺陷。為了克服地質(zhì)勘探技術(shù)的缺陷， 綜合地質(zhì)勘探技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。綜合地質(zhì)勘探方法是綜合多種物理勘探、地面測(cè)繪及鉆探技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，將其有機(jī)融合而形成的綜合性勘探技術(shù)。該方法能夠充分發(fā)揮各類(lèi)探勘技術(shù)的長(zhǎng)處，彌補(bǔ)各自的缺陷，正日漸成為主流勘探技術(shù)

　　慣性導(dǎo)航技術(shù)

　　主要通過(guò)測(cè)量加速度和陀螺儀的角運(yùn)動(dòng)，根據(jù)牛頓力學(xué)原理計(jì)算出載體運(yùn)動(dòng)的速度和位置。 但無(wú)論是多高精度的慣性元器件， 都會(huì)隨時(shí)間的增長(zhǎng)導(dǎo)致陀螺儀與加速計(jì)的誤差積累，慣性導(dǎo)航系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行必將導(dǎo)致客觀的累積誤差。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)， 通常需要組合裝備多種導(dǎo)航系統(tǒng)，用慣性導(dǎo)航作為主要定位部件，并輔助以其他種類(lèi)的導(dǎo)航技術(shù)進(jìn)行誤差修正與糾偏。

　　生產(chǎn)工況傳感器技術(shù)

　　工作面綜采設(shè)備傳感器包括監(jiān)測(cè)工作面安全生產(chǎn)主要設(shè)備工況的傳感器， 以及利用信息技術(shù)實(shí)現(xiàn)科學(xué)生產(chǎn)過(guò)程管理的傳感器及系統(tǒng)。

　　千兆工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)

　　工業(yè)以太網(wǎng)技術(shù)是以以太網(wǎng)與 TCP /IP 技術(shù)為基礎(chǔ)開(kāi)發(fā)而成的一種工業(yè)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)。鑒于國(guó)際現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)無(wú)法滿足人們的期望目標(biāo)， 技術(shù)領(lǐng)域?qū)⒆⒁饬χ鸩睫D(zhuǎn)移至以太網(wǎng)及 TCP /IP 技術(shù)在自動(dòng)化行業(yè)中的應(yīng)用，并逐步發(fā)展成為趨勢(shì)。

　　多源信息融合技術(shù)

　　在透明工作面中， 數(shù)據(jù)融合主要是根據(jù)由信息層所整理分類(lèi)的信息，通過(guò)解決數(shù)據(jù)沖突、進(jìn)行數(shù)據(jù)合并后，綜合推導(dǎo)界定與現(xiàn)實(shí)綜采工作面狀態(tài)最接近的虛擬數(shù)字化工作面狀態(tài)， 為工作面的三維重構(gòu)提供可靠的信息依據(jù)。

　　基于虛擬現(xiàn)實(shí)的工作面重現(xiàn)技術(shù)

　　在透明工作面中， 首先要根據(jù)激光掃描所獲取的工作面環(huán)境三維輪廓，利用動(dòng)態(tài)三維建模技術(shù)，建立工作面環(huán)境的動(dòng)態(tài)三維模型。 僅具備對(duì)環(huán)境的透明化認(rèn)知是不夠的， 還要時(shí)時(shí)刻刻掌握工作面環(huán)境下的各綜采裝備的實(shí)時(shí)位置、姿態(tài)與工況，才能在對(duì)工作面整體環(huán)境的綜合分
析下給出可操作的開(kāi)采指導(dǎo)。這就要求能夠?qū)⒀b備位置姿態(tài)、工況信息與綜采裝備的三維模型進(jìn)行融合，得到動(dòng)態(tài)裝備仿真模型，然后再將環(huán)境與裝備統(tǒng)一，最終在計(jì)算機(jī)內(nèi)完全重現(xiàn)工作面的狀態(tài)。

　　王存飛認(rèn)為，目前制約透明工作面建設(shè)的瓶頸是感知層的傳感器技術(shù)，尤其是在地質(zhì)信息獲取上，主流可靠的方法仍然停留在鉆孔數(shù)據(jù)分析; 而工作面開(kāi)采過(guò)程中隨采地質(zhì)數(shù)據(jù)的采集分析技術(shù)、無(wú)GPS輔助的井下定位技術(shù)等仍然需要探索， 各種裝備工況采集傳感器的可靠性仍然有待提高。