煤矿智能化开采技术研究现状及展望

王伟

摘要：我国作为能源大国，拥有丰富的资源储量。近些年，国家从资金和政策上给予了煤炭技术装备领域大力支持，煤炭智能化技术获得良好发展，不论是自动化程度，还是机械化程度均得到了显著提升，确保了煤炭安全。大部分煤矿企业的产量破亿，同时实现了零死亡的目标。但通过对我国现阶段的煤矿开采智能化进行分析能够看出，其还具有很大的上升空间。井工开采为我国煤炭开采主要采用的方式，而由于我国具有十分复杂的地质结构，初级的智能技术难以满足现实需求，并未从根本上确保煤炭的安全性，很容易出现各种事故，如冒水事故、顶板事故等。所以，为保障我国在煤炭开采方面的安全，就应对智能技术展开深入研究，并对其做出不断改进。

关键词：煤矿;智能化开采技术;研究现状;展望

煤矿智能化开采现状及发展，从当前开采工艺以及整个开采过程分析，我国的煤矿开采技术正向着智能化方向持续、稳步的发展。开采过程中可将机械设备与智能化信息计算技术，以及传统的开采工艺相结合，在确保生产安全的前提下，逐步降低生产成本，更好的改善开采环境，实现提高开采效率的目的。伴随着我国科学技术的进步，相信在采矿中必然会有更大的改进，最终建立工业发展与自然环境保护相协调的生态保护机制。在未来，我国的采矿业会向着高端智能、自动化程度高的方向发展。

1 智能化技术在煤矿发展中的应用价值

智能化技术产生于20世纪50年代，我国的智能化技术发展起步较晚，和国外发达国家相比，还有较大的发展空间。通过实际资料分析发现智能化技术主要是通过计算机对人类大脑的一些工作进行模仿，自主化的对信息进行判断和筛分，自行作出决定。如何在煤矿产業发展过程中缩短与国外发达国家的差距是当前工作人员需要重点考虑的问题，通过相关资料分析发现，智能技术在各个领域都取得了关键性的应用，比如说生物科技领域、电子信息领域和电子产业领域，智能技术的快速发展也表明我国的技术水平逐步提升。然而，如何进一步的对智能技术进行实践应用，逐步成为人们重点关注的问题。智能化的发展在现阶段依然有一定的局限性，科学人员需要重视加强创新研究理论分析，为我国的科研发展提供助力。

煤矿是当前世界上较为常用的一种主要能源物质，在开采过程中，各种问题的产生导致煤矿产业的发展受到了一定的阻碍和影响，我国经济逐步发展也带动了科技水平的发展。智能化技术的出现转变了人们的生活，也为煤矿资源的开采提供了新方向。合理的对智能化开采技术进行应用，可以让煤矿产业的发展进度提升，是当前我国煤矿产业发展过程中需要重点关注的问题。

2 我国煤矿智能化开采的现状

我国的煤矿开采方式主要经历了四个阶段，即人力、炮采、普采、综采。现阶段，我国加大了技术创新和科技创新力度，在煤矿智能化开采的示范工程、重大装备、关键技术、基础理论等方面获得了显著发展，快速发展的高新技术，从技术上保障了煤矿智能化开采的实现。借助采矿自动化网络，密切联系地面和井下工作面，在井下的数据通信系统中集成工作面负责对画面集成以及各种设备信息进行监视。接着通过连接井上及井下的环网，向地面的控制系统传输数据，最终成功实现“智能+远程干预”的智能化开采，并将各种技术利用起来（远程干预、视频监控和记忆切割），达到“无人操作，有人巡视”的目的。

在济宁二号煤矿，兖州煤业股份有限公司已将自主研发成功实现，而这主要得益于对薄煤层综采自动化系统的采用，机械型号为MG2X125/556-WD型。在黄陵一号煤矿，陕煤集团黄陵矿业有限责任公司所研发的工程示范和智能化综采系统，荣获2016年中国工业大奖，此举使煤炭无人开采技术得到了显著发展。大同煤矿集团塔山煤矿通过研发厚煤层大采高综放成套技术与装备，大大提高了综放开采高度，即从过去的14m上升到了20m。天地科技公司和兖州煤业在国内外第一次对8.2m综采成套技术以及智能化控制系统进行研发，同时在金鸡滩煤矿中运用，工作面月产超过了150万t，在国际上位居前列。在榆家梁煤矿44305工作面，神东煤炭集团借助自动化综采成套技术（远程干预、视频监控、支架联动跟机、采煤机记忆切割），将我国首个自动化综采工作面建立了起来。

3 现代智能化开采技术

3.1 智能化开采控制系统

智能化开采控制系统的性能优劣直接影响各智能化技术应用的实效性，且直接反映智能化开采技术发展水平。现阶段我国煤矿智能化开采控制系统已渗透到开采各个领域，主要包括总调度指挥中心、矿井自动化网络、矿调度指挥中心、工作面集控中心及供液、供电等系统。其中供液系统方面主要包括乳化液泵站、乳化液浓度自动配比装置、喷雾泵站、进回液自动过滤装置等，其智能化控制涉及照明、语音、闭锁、液压支架、电控接入器、无线网络等。供电系统方面主要包括采煤机、喷雾泵站、乳化液泵站、带式输送机、转载机、刮板输送机等，其运行情况均由工作面集控中心反馈到井上，再经矿调度指挥中心和总调度指挥中心控制系统工作。现有的智能化开采控制系统涉及煤矿开采实际需求的各个领域，且系统发展越来越全面，精细化控制水平越来越高，为智能化开采系统的发展奠定了完善的信息传输基础。

3.2 无人采煤技术

无人采煤技术即在采煤工作面没有人力资源投入，通过采煤设备对工作面获取的数据信息进行分析后实行自动化控制，结合远程干预，实现“无人作业、有人巡视”的智能化生产模式。现有的无人采煤设备在工作过程中能够从多层面、多方位进行感知，通过现场安设的视频传感器、测高传感器、位置传感器、仰俯角传感器、压力传感器、LASK纠偏系统等联合调控，实现各种采集信息高速交互，进而达到高速协同控制采煤设备的目的。此外，采煤机搭载智能化记忆截割程序，在采煤过程中实现自动运行截割;液压支架可实现自动伸收护帮板、自动拉架、自动推移刮板输送机，满足无人开采实际需求。

3.3 井下虚拟现实技术

煤矿智能化开采技术通过应用智能化设备进行远程控制与干预，需借助井下虚拟现实技术来实现。在采煤工作面应用智能监控和信息感应设备采集视频与数据信息，基于虚拟现实技术建立三维采矿环境，进而模拟智能化采煤工艺。远程干预人员基于工艺模拟结果，对采煤设备在实际运行环境下的状态进行分析，达到远程干预目的。在实际应用过程中，基于虚拟现实技术能够提供自主运行模式和飞行模式。在自主运行模式下，远程干预人员可通过鼠标和键盘对实际运行的采煤设备进行远程操控;在飞行模式下，通过对视频监控设备进行调节，达到对整个采煤工作面监控的目的。

3.4 远程操控

远程操控是煤矿智能化开采的重要技术之一。远程操控技术在实际应用时以采煤机记忆截割为主要运行模式，人工远程干预为辅助模式，以各项操作始终遵循智能设备的自动化控制为主要目的，人的远程干预为辅助作用，使自动化控制与人工远程干预有效配合，共同完成现阶段的煤矿智能化开采。远程操控技术还体现在智能化开采设备在运行状态下的集成效果，通过对各项信息技术及机械设备的集成控制，彻底转变了传统的单一机械设备控制方式，实现了煤矿开采系统相关设备的智能化控制，同时各设备相互辅助、互相依存、协调配合，取得良好效果。

4 煤矿智能化开采技术展望

在煤炭智能化阶段，我国拟达到的目标是：截至2010 年，初级智能示范煤矿数量满一百个。到2025 年，智能化覆盖所有大型煤矿。机械智能是矿山综合开采技术中一大重大发展，对煤矿绿色开采目标的实现以及煤矿工业的良好发展极为有利。同时，要加大对诸多专业人才的引进力度，和时代发展保持同步，促进产业升级速度加快。

4.1 智能探测技术

（1）应进一步提升对煤岩类别的自动识别水平。在煤矿智能化开采技术发展过程中，煤岩自动识别一直是工作面自动截割的关键技术难题。时域光谱技术作为一种有效的探测方法，可用于煤岩自动识别。该技术借助飞秒脉冲，通过时间分辨相应的电场，采用傅里叶变换获得被测物的光谱信息，通过分析光谱信息的相关特征，实现对被测区域结构物性的鉴定，应用于煤岩自动识别可取得良好效果。

（2）发展超前探测技术。为了使智能化开采设备在工作过程中更安全、稳定，需尽早获得采场相关数据并进行智能分析，根据分析结果采取最优工作模式。通过超前探测技术预先对工作面环境状况进行探测和分析，获取更加准确的与物理特性、适用范围、工作进度等相关的数据，并基于对这些数据的分析指导智能开采设备实际应用，可提高智能开采设备的使用效率。如采用超前探测成像技术对工作面环境进行探测，与常规的可见光拍摄技术相比，能够更准确地获取煤层内部信息，更早地发现煤层侵蚀情况，有利于及时有效地控制智能化开采设备有针对性地应对开采环境变化。

4.2 智能导航技术

在煤矿智能化开采技术发展过程中，采用智能导航技术有利于开采设备与施工人员更准确地进行开采定位，同时有利于井上下调度指挥中心更准确地对人员和设备进行定位，从而全面提升监测水平，实现更科学有效的智能开采设备应用管理。智能导航技术借助计算机网络、光电、导航技术实现定位，应用于智能化开采设备时，可结合设备姿态、安全感知及控制情况进行全方面定位，相应的定位数据更有利于远程操控人员精确控制设备工作。未来智能导航技术在煤矿智能化开采中的应用将从光纤惯性导航、三维雷达2个方面发展。

光纤惯性导航是一种常用的自主式导航方式，实际应用时不需要光电磁等外界因素，仅借助载体设备的横向位置、姿态、速度等参数即可获得准确的导航位置。现阶段惯性导航技术已广泛应用于航天、航空、航海领域，国外已用于煤矿智能化开采系统中，我国应研究将该技术用于煤矿智能化开采领域，使开采设备实现自主导航。

雷达技术已广泛应用于移动设备，以及时探测设备位置，在防碰撞系统中发挥显著作用。在智能开采设备上安装雷达系统，能够通过雷达发出碰撞信号，有利于保障开采设备运行的稳定性和安全性，显著提高远程干预的准确性和科学性。传统雷达技术在应用中是二维的，在平面范围内测定碰撞距离，将其应用于煤矿智能化开采中应进一步建立三维雷达系统，实现智能开采设备实际工作领域三维平面的防碰撞功能。

4.3 5G互联技术

在煤矿开采技术发展过程中，移动通信技术属于核心领域，从1G到4G发挥了显著作用。现阶段我国已进入5G万物互联技术时代，将5G技术应用于煤矿智能化开采领域，能够进一步提高煤矿智能化水平。一方面，基于5G技术可使云计算、大数据、人工智能等技术在煤矿开采领域得到更广泛应用。另一方面，基于5G技术生态，可使煤矿智能化开采技术不断发展成熟，在无人采煤机领域将由传统的简单语音通话发展为多元数据融合，智能设备的自主探测能力不断提升，定位系统更加精确，信息传输效率不断提高，使智能开采技术基于万物互联达到系统化控制与管理，全面提升智能控制水平与质量。

5 结语

智能化技術的逐步发展，物联网、人工智能、大数据等技术的有效应用，煤矿开采技术得到了有效的提升，也开始向精细化的方向发展。然而在实际进行创新和发展过程中，往往不可避免会出现一定的问题，需要注意加强细节的控制，综合化对煤矿智能化开采的现状进行分析，并且采取针对性的措施对现有的问题进行处理，提升煤矿智能化发展的水平。

参考文献

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