智能化技术在煤矿开采中的现状及展望

余铜柱

摘   要：近年来随着我国在煤矿开采的高端技术及装备领域的政策扶持，资金支持，煤矿开采的智能化技术不断取得突破，机械化、自动化程度得到大幅度的提升，安全系数大幅提高，许多重点煤矿企业实现了亿吨无死亡。通过分析煤炭在我国的能源结构之中的地位及当前煤矿开采中过程复杂、系统庞大、环境恶劣等特点，通过对现阶段的研究，提出煤矿开采智能化概念并从关键技术及实践应用这两个方面分析一些智能化技术的实现以及智能化技术在煤矿开采中的应用现状，并展望可能发展的路径和方向。

关键词：智能化开采  煤炭开采  现状  展望

中图分类号：TD67                                  文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）07（a）-0022-02

我国煤炭储量丰富，近年来随着我国在煤矿开采的高端技术及装备领域的政策扶持，资金支持，煤矿开采的智能化技术不断取得突破，机械化、自动化程度得到大幅度的提升，安全系数大幅提高，许多重点煤矿企业实现了亿吨无死亡，如图1所示。但是我国煤矿大多以井工开采为主，大多数煤矿的地质构造较为复杂，我国的煤炭开采智能化水平仍然处于初级阶段，在煤炭开采过程中，瓦斯、顶板、透水、冲击地压等重大事故并没有从根本源头上得到解决，严重影响着我国煤炭的安全生产形象。煤炭开采由粗放生产到智能化、精细化的转型成为必然趋势。为此，本文在总结我国在智能化开采现状的基础上，提出了今后一段时期内技术装备的发展方向及建议。

1  我国煤矿智能化开采的一些关键技术

为了确保煤矿智能化开采的实现，可以应用下面的一些智能化开采的关键技术。

1.1 智能记忆截割技术

所谓的智能记忆截割技术指的是学习和记忆人工操作自动化采煤机示范刀，以使自动割煤在下个循环实现。采煤机控制系统可以应用位移型调高油缸或者是采高轴编码器自动定位工作面采高，以及可以结合位置传感器自动定位工作面位置。

1.2 视频监控技术

针对矿井视频监控技术而言，其指的是结合指挥中心视频监测系统对矿井开采的设备运行以及煤层倾角的改变进行观察。操作者能够结合显示器把握矿井的工作现状，防止生产中问题的形成。视频监控技术可以引导工作者及时把握矿井一系列传感器的运行现状和开采煤矿的进程，从而保证顺利开采煤矿资源。

1.3 人工远程干预控制技术

所谓的人工远程干预控制技术是结合发达的计算机技术、通信技术、网络技术等，以及借助一体化软件平台监测工作设备的数據和实现远程控制。在有效统一采煤机远程控制系统、工作面输送控制系统、超前支架控制系统、供电系统、三机通信控制系统、支架电液控制系统、泵站控制系统等的基础上，可以统一控制和协调管理煤矿综合机械化采煤工作面的全部机械设备。

2  我国煤矿智能化开采的现状

我国的煤矿开采方式经历了人力、炮采、普采、综采4个阶段，目前我国广泛开展科技合作与技术创新，在煤矿智能化开采的基础理论、关键技术、重大装备和示范工程等方面取得了重大突破，高新技术的迅猛发展为煤矿智能化开采提供了有力的技术保障。图2为我国当前煤矿智能化开采的系统结构图。

利用采矿自动化网络，实现了地面与井下工作面之间的互联互通，将工作面各设备信息和监视画面集成到在井下的数据通讯系统当中，然后再通过连接井上及井下的环网，将数据传输到地面的控制系统中。实现了“智能+远程干预”的智能化开采方法，利用了记忆切割技术、视频监控技术和远程干预技术，逐步实现了“无人操作，有人巡视”的目标。

兖州煤业股份有限公司在济宁二号煤矿实现的自主研发的基于MG2X125/556-WD型薄煤层滚筒采煤机的薄煤层综采自动化系统。陕煤集团黄陵矿业有限责任公司针对黄陵一号煤矿进行了智能化综采系统研发和工程示范，实现了煤炭无人开采的技术突破，获得2016年中国工业大奖。大同煤矿集团塔山煤矿研发的特厚煤层大采高综放成套技术和装备，将综放开采高度从14m提升到了20m，获得国家科技进步一等奖。兖州煤业与天地科技公司在国内外首次研发了8.2m综采成套技术和智能化控制系统并应用于陕西未来能源有限公司金鸡滩煤矿实现了工作面月产150万t以上，达到了国际领先的水平。神东煤炭集团在榆家梁煤矿44305工作面采用了采煤机记忆切割、支架联动跟机、视频监控、远程干预的自动化综采成套技术，建成我国首个自动化综采工作面。

3  智能化煤矿开采存在的主要问题

要实现煤矿的智能化开采，重点是实现工作面基本无人化，巷道集中控制，采煤机械化程度要达到90%以上，掘进机械化程度80%以上，当前存在的主要问题和急需突破的核心技术主要包括以下几个方面。

3.1 通信平台没有实现统一

虽然工作面的以太网已经基本建成和投入使用，但是大多数情况下只是传输数据量较大的视频信息，并没有形成统一的协议和标准，没有真正实现综采设备和监控数据的“无缝”对接，各个系统之间的信息也没有真正的共享。

3.2 需要提升设备的可靠性

设备的稳定性和可靠性是智能化煤矿开采的核心，由于各工作面环境恶劣，摄像系统、传感系统易收到煤尘的影响，清晰度、准确性达不到要求。研究关键元部件的失效原因和故障机理，攻克关键元部件的技术壁垒，为煤矿的智能化开采提供可靠稳定的保障。

3.3 工作面存在的上窜下滑的问题

由于工作面煤层和地质环境的变化，会出现刮板运输机沿工作面向上或向下的整体的窜动，使得刮板机和转载机搭接的距离发生变化，造成安全出口不够及拉煤不畅的问题，影响着煤矿的安全生产，应通过自动检测位置信息研究伪倾斜技术用以攻克此项问题。

3.4 智能调高技术需要进一步发展

关键在于能够自动识别煤岩的技术，即采煤机切割时可以根据煤层的弯曲变化情况自动调整滚筒的切割高度，避免切割到顶底板的岩层，此项技术需要进一步的研究。

3.5 煤炭企业的高端投入面临困局

我国煤炭的产能过剩，供大于求的形式在短期内无法改变，煤炭行业的不稳定性使得煤炭企业经济效益下滑的条件下，研发投入难以保障。开采设备的经济性和实用性成为煤炭企业所关注的重点。

4  煤矿智能化开采的研究展望

智能化技术是煤矿转型升级的必然，智能型煤矿以信息化、数字化、自动化、无人化为目标，实现煤矿高效安全的开采。现阶段虽然取得了一定成果，但仍不能满足高效安全生产的需求，需要进一步的研究。

在多数地质条件一般的矿井，需要建立可靠的系统软件，使多个子系统高度的耦合，并不能只是简单的叠加，各系统的参数联系紧密，提高系统的动态响应能力，為减少由于恶劣环境导致的传感器不准或失效，需运用多种传感器的融合，提高系统的稳定性能，实现生产过程协同，数据实时传输，矿井智能化无人开采，值班人员在控制中心值守，系统自动运行（极端情况下进行人工干预），工作面无工作人员，实现真正的煤矿智能化开采。

参考文献

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[2] 郭周克.薄煤层综采自动化配套装备开采技术[J].煤炭科学技术，2013，41（4）：24-27.

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