我国煤矿智能化开采现状及发展趋势

王杨博

摘 要：煤炭作为我国的主要能源，具有十分重要的作用，随着科技创新能力的不断提高，煤矿开采逐渐朝智能化的方向发展。本文介绍了智能采矿技术现状和关键技术，针对现有的智能化水平不高、精确性低等问题，展望了智能开采的未来研究方向。

关键词：智能化;关键技术;煤矿

中图分类号：TD823.97文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）14-0065-02

The Status Quo and Development Trend of Intelligent Coal Mining in China

WANG Yangbo

（Xin'an Coal Mine， Henan Dayou Energy Co.， Ltd.，Luoyang Henan 471842）

Abstract： As the main energy source in China， coal has a very important role. With the continuous improvement of technological innovation capabilities， coal mining has gradually developed in the direction of intelligence. This paper introduced the current status and key technologies of smart mining technology， and prospected the future research direction of smart mining in view of the problems of low intelligence level and low accuracy.

Keywords： intelligence;key technology;coal mine

我國是能源大国，煤炭资源储量十分丰富。近年来，在煤炭技术装备领域的政策支持和资金支持下，煤炭智能化技术不断取得突破，机械化和自动化程度大大提高，煤炭安全得到了保障。许多煤矿企业实现了亿吨无死亡。但是，我国煤炭开采智能化仍处于初级阶段。我国的煤炭开采多为井工开采，地质结构相对复杂，初级的智能技术对于复杂的开采过程来说仍无法满足现实需求。煤炭安全没有从根本上得到保障，仍会不可避免地发生一些事故，如瓦斯泄漏、顶板事故、冒水事故等[1]。因此，智能技术还需要进一步的研发和改进，以保障我国煤炭开采安全。本文在总结我国现有的智能采矿技术的基础上，提出了未来技术改进的建议。

1 矿山机械智能化的发展现状和问题

1.1 矿山机械智能化的发展现状

随着智能技术的不断发展，数字化与机械化技术水平不断提高。我国煤矿开采也开始使用智能技术，数字化矿山已经不再罕见。但是，目前，智能技术在矿山领域还处于初级阶段，仍具有更大的发挥空间。随着时代的进步，我国煤炭行业开始逐步转型，从机械化过渡到自动化并朝智能化方向发展[2-3]。目前，虽然中国矿业信息化已经发展到一定水平，但许多矿业公司仍停留在信息化程度较低的传统矿业阶段，机械智能化应用在某些领域受到制约。

1.2 矿山机械智能化存在的问题

1.2.1 设备问题。在煤炭开采的过程中，机械设备往往结构比较复杂，机身较大，难以在煤炭开采的狭窄作业空间内进行精确性的活动，这种情况极大地降低了煤炭开采的有效性，降低了煤炭开采的效率，无法满足当前所需要的产率。

1.2.2 技术问题。与发达国家相比，我国煤炭开采技术水平相对落后，信息化与数字化的发展水平略低，其智能化仅仅有一小部分矿山得到了实现。大多数的煤炭开采还需要人工操作。

1.2.3 环境问题。煤炭开采会引发一些环境问题，综采过程会破坏自然环境与自然资源，不符合绿色、无污染的要求，不符合可持续发展理念。采矿设备的进步带来对环境的伤害，此问题不容小觑。调整和优化工业发展模式目前是矿业公司面临的普遍问题。

2 智能化开采的核心技术

2.1 地下开采装备需要具备精确的定位和导航功能

在智能化煤炭开采的过程中，准确的定位和导航是煤炭开采的重要环节。只有通过地下采矿定位导航模型，才能确保煤矿开采设备清楚地定位和测量采矿路线，严格遵循煤矿开采路线。但是，煤矿开采过程中，地下环境复杂，封闭的地下环境阻碍了信号的传输，因此难以实现准确定位和准确导航。在当前的地下煤矿开采过程中，定位和导航一般是通过GIS地理信息系统导航等方法实现的，但该技术的应用仍然存在很多问题，如技术成本较高、精度不够、定位不够精确等。在煤矿开挖过程中，掘进机尚不能提供准确的指导。在该技术中，辅助无人驾驶系统尚未开发。这也要求研究人员对这些问题进行深入的分析和研究，尽快找到技术突破方向，并促进该技术的发展。

2.2 在开采的过程中应用智能探测技术

在煤矿开采过程中，智能探测技术主要有煤岩分界技术、煤矸放落自动识别技术、超前探测技术。

2.2.1 煤岩分界技术。这项技术使用单个天线和多普勒雷达的脉冲发送和接收信号。当工作信号接触煤岩层时，该信号将减弱并反射回发射区域。这样可以区分煤层和岩石层。在判断过程中，人们通过反射波的波长和频率来判断煤与岩石之间的界面，但是反射波的波长和频率将受到透射波和煤层厚度的影响。

2.2.2 煤矸放落自动识别技术。煤矸放落自动识别技术可以分析煤层矿物的组成，该技术实际上利用飞秒脉冲产生的电场来分析和识别矿石层的材料结构。在实际的应用过程中，该技术一直存在操作问题。

2.2.3 超前探测技术。该技术精确度较高，使用范围也较广。它不用事先对物质的成分进行分析，在多种条件下都能够使用。

2.3 设备故障自动化处理

在实际的开采过程中，不可避免地会发生设备故障等问题。如何在设备故障发生时及时确定故障位置并有效解决故障，进行自动化处理是人们面对的技术难题。在以往的智能化开采过程中，人们往往针对特定问题进行深入的研究与思考，提出对应的问题。但对于工作面发生的问题，由于时间的关系，人们无法进行深入的研究与分析。这也限制了智能煤矿的发展。

3 发展趋势展望

中国煤炭智能化阶段的目标是：到2020年，建成100个初级智能示范煤矿。到2025年，所有大型煤矿将基本实现智能化。机械智能是矿山综合开采技术的重要突破，对提升煤矿工业和煤矿绿色开采具有重大的现实意义。同时，要引进大批专业人才，与时俱进，加快促进产业升级。

3.1 智能导航技术的应用

智能导航技术以实时三维GIS技术为基础，结合了地理信息、三维可视化和工作面检测技术。该技术提高了煤炭开采的精确性，能够对工作面实时探测与自动定位。

3.2 设备趋向于多样化

目前，我国煤炭开采设备单一，结构复杂，难以在狭窄的工作面进行作业。为了满足实际采煤需求，煤炭开采设备要朝多元化方向发展。例如，安装可以进行人工智能处理的传感器，并通过数据处理模块计算采煤机的工作位移，以将数据输入模型中进行自主开采;引进智能化的采矿机器人，逐步取代人来全面进行采矿工作，从而节省人力和物力。最后，还可以引进先进的超声技术。与传统的探测方法相比，该技术的应用简化了工作环节并减少了工作量。

3.3 安全防控系统逐渐优化

现阶段，煤炭安全的重要性越来越高，煤炭安全监测是必要环节。但是，当前，煤炭安全监测工作仍存在着不足，煤炭安全生产还是不容松懈。人们要加大安全网络系统的监控程度，秉持早发现、早处理的原则，在安全问题出现之前，及时修复缺陷，提高煤炭安全性，对综采工作面的设备进行及时监测和故障诊断。首先，开采单位要确保矿山机械设备的正常运行，保证矿山机械设备的性能，定期对每个控制单元进行安全隐患排查，同时注意做好维修准备。另外，要对机械操作人员进行培训，完善安全操作系统，确保培训后的操作人员能够胜任综采工作，减少安全事故的发生率。要做好日常工作记录，为日后的排查工作和下阶段的工作安排提供可靠的数据支撑，从而提高工作效率。这样集人机于一体的安全防控系統，减少人为失误，提高了机械的可靠性和煤炭生产的安全性。

4 结语

智能化的发展是大势所趋，煤炭开采逐步从机械化、自动化转向智能化，这是重要的技术突破，是煤炭行业的转型战略目标。新时代，人们要总结过去的经验，反思之前的不足之处，立足于当下，不断提高智能技术水平，推进煤炭开采技术的智能应用。在煤炭开采过程中，利用智能开采技术，提高煤炭开采效率，降低煤炭事故率，在保障安全的同时提高经济效益。要秉持着高效、绿色、无污染的原则，不断创新，不断改进煤炭智能化开采技术。

参考文献：

[1]张飞.煤矿智能化综采工作面系统设计与应用探讨[J].中国设备工程，2020（5）：28-30.

[2]杨昌臻.基于当前环境对综掘工作面智能化开采技术研究[J].世界有色金属，2020（1）：27.

[3]我国煤炭行业首个智能化开采领域的技术标准正式发布[J].中国煤炭，2019（11）：72.