煤矿智能化系统在复杂地质条件下的应用探讨

徐国栋 王栋 成凯武

摘要：针对煤矿智能化系统设计原则展开分析，讨论了智能化开采系统、智能化安全监控系统、智能化生产设备系统、智能化通信系统在复杂地质条件下煤矿生产活动中的应用要点，分析了煤矿智能化系统应用时信息孤岛问题、标准化问题及综合管理问题的出现原因和应对措施，其目的在于充分发挥煤矿智能化系统应用优势，保证煤矿生产活动的正常推进。

关键词：煤矿 智能化系统 复杂地质条件 智能化通信系统

中图分类号：TD712

Exploration of the Application of the Intelligent Coal Mine System in Complex Geological Conditions

XU Guodong1  WANG Dong1  CHENG Kaiwu2

（1.Jining Energy Comprehensive Law Enforcement Detachment;2.Jining Jinqiao Coal Mine，Jining，Shandong Province， 272000 China）

Abstract： This paper analyzes the design principles of the intelligent coal mine system， discusses the application points of the intelligent mining system， intelligent safety monitoring system， intelligent production equipment system and intelligent communication system in coal mine production activities in complex geological conditions， and analyzes the causes and countermeasures of information island， standardization and comprehensive management problems in the application of the intelligent coal mine system， aiming to fully leverage the application advantages of the intelligent coal mine system and ensure the normal progress of coal mine production activities.

Key Words： Coal mine; Intelligent system; Complex geological conditions; Intelligent communication system

煤矿生产活动经常会遇到复杂地质构造，这会威胁整个生产活动的安全进行。将智能化系统引入煤矿生产活动中，会在恰当位置布置压力传感器、温度传感器、粉尘传感器、瓦斯传感器、二氧化碳传感器等仪器，利用地质雷达所传递的无线电波，来确定煤矿工作面地质条件和作业条件，利用计算机软件建立可靠的煤层地质模型，利用模型直观查看煤矿分布情况，拟定合理的开采设备工作路径方案，保证设备工作状态的稳定性。

1煤矿智能化系统设计原则

基于煤矿所处环境的复杂特性，在智能化系统的设计中应遵循以下原则。

（1）服务性原则。所设计的智能化系统应满足煤矿安全生产、高效生产等要求，引入系统后可以服务于整个煤矿的生产过程，并且能够站在全局角度完成统筹规划。（2）先进性原则。在智能化系统的设计中，需要在保证系统安全可靠的基础上，积极引入更先进的技术与设备，使系统整体先进性得到有效提升。（3）经济性原则。在系统建设活动中，需要考虑其是否可以满足正常运行要求，同时也要综合考虑所建立系统的经济性，以降低系统建设过程中投入的经济成本。（4）数据共享性原则。在整个智能化系统的建设中，数据共享是主要工作内容。搭建数据共享平台，使用通用的开发平台与接口，保证所建立系统的可拓展性与可维护性，从而消除煤矿信息的孤岛问题，为煤矿生产活动提供可靠服务。

2煤矿智能化系统的具体应用

煤矿智能化系统组成示意图如图1所示，下面对具体内容展开细致化论述。

2.1智能化开采系统

2.1.1地面控制系统

在整个智能化开采系统中，地面控制系统属于重要的组成部分，这也是保证复杂地质条件下煤矿开采活动顺利进行的基础。地面控制系统采集的所有数据，会基于数据传输平台直接传输到系统中，借助系统中的控制软件对数据进行分类与整合，以此满足系统运行的要求。基于得到的位置曲线信息，拟定相应的采煤机路径规划，以此来保证整个调度活动的有序进行，达到相应的控制目标。

2.1.2支架电液控制系统

建立支架电液控制系统的主要作用是能够在复杂地质条件下根据开采要求，对液压支架的工作情况进行科学化协调。同时，所建立的系统在应用中，还可以用于承担工作面数据传输工作，以满足不同情况下的系统控制要求。电液控制系统采用最先进的以太网现场总线控制方式，通过传感器确定液压支架的状态，如油缸行程、油缸压力以及支架高度，控制液压主阀执行单架动作或成组动作。

2.1.3精准定位系统

在煤矿开采活动中，采煤机属于重要的生产工具。为了保证采煤机工作状态的稳定性，需要建立采煤机精准定位系统，即基于定位信息完成设备工作状态控制，保证系统工作状态的稳定性。在具体运行中，利用各类传感器采集采煤机运行数据，利用通信系统将信息传输到相关平台中，以满足数据双向通信需求。在系统的具体应用中，通过积极引入陀螺仪、传感器等设备，完成各类基础数据的采集工作，并基于数据综合分析结果绘制相应的位置曲线，从而定位采煤机的具体位置。

2.1.4工作面视频系统

除上述提到的相关系统外，智能化开采系统还需要使用工作面视频系统。此类系统在应用中的主要作用是对传输到工控平台上的图像和其他信息进行展示。而且在平台中，利用图像识别与对比的方式，能更加高效地确定刮板运输机、支架座和煤层顶板等位置信息。根据获取到的数据分析结果，科学调整采煤机、液压支架的工作参数，保证开采过程中各类设备工作面的平直度，以提高整个结构的稳固性。

2.2智能化安全监控系统

2.2.1安全信息监测系统

在智能化安全监控系统中，安全信息监测系统属于非常重要的组成部分。此类系统在应用中的主要作用，是对于煤矿生产过程中的各项信息进行采集与整合，以此判断系统运行状态的安全性。安全信息监测平台也需要利用传感器信息、图像识别与对比，判断刮板运输机、支架座等设备的工作稳定性。

2.2.2工作面环境监测系统

在智能化安全监控系统中，工作面环境监测系统也会被使用，这也是保证系统安全运行的重要依据。此类系统在应用中的主要作用，是对煤矿生产过程中的周围环境数据进行检测。所得到的数据也会按要求被采集与整理，使存在的安全隐患得到及时处理，以保证煤矿生产过程的安全性。工作环境监测平台会利用安装在巷道、顶板等位置的传感器来获取压力、温度、瓦斯浓度等数据，判断煤矿生产环境的安全性。若是发现了相关问题，系统也会及时采取措施进行处理，从而创造更安全的煤矿生产环境。

2.2.3在线故障诊断系统

除上述提到的应用系统外，在智能化安全监控系统中，也会使用到在线故障诊断系统。此类系统在应用中的主要功能，是及时发现和处理煤矿生产过程中出现的故障问题，从而降低故障问题带来的负面影响。在线故障诊断平台会利用安装在工作面设备上的各类传感器采集煤矿生产期间的各类数据。通过对设备运行情况的系统化分析，完成煤矿生产时运行故障的实时判断。

2.3智能化生产设备系统

2.3.1设备工作监测系统

在智能化生产设备系统中，可靠的设备工作监测系统会被建立。系统在应用中的主要功能是对煤矿设备工作过程中的各类数据进行采集，包括温度数据、压力数据、电流数据等，并利用信息技术提供的便利条件，对这些数据进行整合处理。根据得到的数据处理结果，了解设备目前的运行工况，及时处理存在的设备故障问题，降低设备故障带来的不确定影响[1]。

2.3.2设备运维管理系统

智能化生产设备系统也需要基于实际生产需求，建立相匹配的设备运维管理系统。系统在应用中的主要功能是根据煤矿设备工作情况完成维护与运行管理，以延长设备的使用寿命[2]。在具体工作中，系统会利用设备工作监测系统采集的数据，判断目前设备是否需要进行维护。若是系统智能判断设备需要进行维护，那么此时系统则会对外发出提醒，提醒维养人员对目标设备进行系统养护。待养护结束后，产生的运行信息也会被智能化处理，并以此判断设备运维质量。

2.4智能化通信系统

2.4.1网络综合布线

在煤矿生产活动中，每个系统和设备都需要利用光缆和电缆进行连接，而综合布线质量会直接影响整个通信系统的工作稳定性。总结以往的工作经验，煤矿智能化系统运行所需要布置的光缆类型包括工业环网光缆、监测系统光缆等。为保证系统工作状态的稳定性，需要在业务系统整合过程中，对光缆资源展开系统化规划与整合，以利于光缆后续运维活动的进行。在具体的设计活动中，基于光缆设计与施工标准完成综合布线工作。例如：在网络光缆敷设活动中，会将数据中心作为起点，以此发散整个光缆[3]。

2.4.2通信管理系统

在整个智能化通信系统当中，通信管理系统属于重要的组成部分。从实际应用情况看，所建立的分支系统与功能如下：（1）行政通信系统。该系统的主要功能是保证行政部门之间可以保持信息的畅通性，便于各种行政工作安排的顺利推进。（2）调度通信系统。煤矿生产活动所处环境的复杂程度较高，有时也会涉及设备工作调度、人员位置调度等工作，因此所建立的调度通信系统会覆盖整个矿区工作面，保证调度活动的及时性与有效性。（3）矿井无线通信系统。相较于有线通信系统，无线通信系统覆盖范围更广，可以弥补有线系统中存在的不足，以保证整个通信过程的顺畅性[4]。

2.4.3信息安全系统

除上述提到的相关系统外，在整个通信系统的建设活动中，为了保证智能化系统传输信息的安全性，避免信息泄露带来的相关隐患，也需要建立可靠的信息安全系统。在系统的具体建设活动中，所应用到的网络安全策略会使用到设备安全、网络安全、数据安全、联网安全等一系列软硬件安全措施，同时也会基于实际情况来部署网络安全系统，而系统在应用中也可以对相关信息进行保护，从而保证了整个自动化网络与子系统运行状态的安全性 [5]。

3煤矿智能化系统应用时需注意的问题

3.1信息孤岛问题

从目前的智能化系统建设情况来看，智能化系统的建设经常会面临信息孤岛问题，原因在于不同类型的生产工艺在实践中很容易形成局部的“独立岛”。这些“独立岛”当中的自动化水平较高，但是各个岛之间的联系相对较少，无法对“岛内”的信息进行完全共享，从而影响智能化系统功能的发挥[6]。

3.2标准化问题

从现阶段的智能化系统建设情况来看，整个智能化系统的建设经常会面临标准化问题，原因在于煤矿企业在整个生产工艺和生产活动中，其标准化水平相对较低。智能化系统顺利实施的基础便是整个系统需要进行标准化建设，以满足活动有序推进的需求。针对此类问题，需要先梳理所有系统的标准化作业流程，并以此建立相应的标准化应用体系。

4结语

综上所述，煤矿智能化系统的应用，可以更好地适应复杂地质条件下的生产需求，并且可以以此建立完整的煤矿生产体系，利用远程操作、自动开采、远程干预等途径，完成复杂地质条件下的生产活动，以此提高各类资源的利用效率。接下来，智能化系统也会积极引入先进技术和先进设备，以满足智慧运营需求，有序推动煤矿安全生产活动。

参考文献

[1] 高凤丽.矿井煤质智能化管理系统研究与应用[J].洁净煤技术，2023，29（S2）：702-705.

[2] 万勇.煤矿安全生产辅助系统智能化信息化管理系统研究[J].陕西煤炭，2023，42（3）：182-185，208.

[3] 李彦辉，张有为，胡玉龙.煤矿智能化系统在复杂地质条件下的应用探讨[J].陕西煤炭，2022，41（1）：113-117.

[4] 赵杰伟.煤矿综采工作面智能化管理系统的设计与应用研究[J].煤，2021，30（11）：80-82.

[5] 汪杰，王春华，李晓华，等.贵州煤矿智能化系统运维服务平台设计[J].煤矿安全，2021，52（9）：161-166.

[6] 张文宏，张鸿基.基于GPS的露天煤矿智能化系统研究[J].内蒙古煤炭经济，2021（15）：44-45.