信息化背景下煤矿智能化建设的探索与实践

张昭喜 翟大臣 全秀丽 刘涵冰 来佑佑

摘 要： 如今在信息化背景下，城市建设和经济发展对煤矿资源提出了更高的需求，煤矿的智能化建设发展也成为大势所趋。着重介绍煤矿智能化建设的背景、目标和关键技术，煤矿智能化建设的关键技术包括传感器技术、人工智能技术、大数据技术及虚拟现实和增强现实技术，并附相关实际的探索与实践案例，阐述了煤矿智能化建设的必要性。

关键词： 信息化 煤矿 智能化建设 探索与实践

中图分类号： TD79文献标识码： A文章编号： 1679-3567（2024）04-0008-03

Exploration and Practice of the Intelligent Construction of Coal Mines Under the Background of Informatization

ZHANG Zhaoxi ZHAI Dachen QUAN Xiuli LIU Hanbing LAI Youyou

Dongtan Coal Mine， Yankuang Energy Group Co.， Ltd.， Jining， Shandong Province， 273500 China

Abstract： In the context of informatization， urban construction and economic development have put forward higher demands for coal mine resources， and the intelligent construction and development of coal mines has become ageneral trend. This article focuses on the background， goals and key technologies of the intelligent construction of coal mines， and the key technologies of the intelligent construction of coal mines include sensor technology， artificial intelligence technology， big data technology， virtual reality technology and augmented reality technology.This article also attaches relevant practical exploration and practice cases， are and explains the necessity of the intelligent con‐struction of coal mines.

Key Words： Informatization； Coal mines； Intelligent construction； Exploration and practice

我国于2020年发布了《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》。煤矿智能化建设是在信息技术高速发展的背景下，为了提高煤矿行业的安全性、降低成本、提高生产效率和保护环境等方面的能力而进行的[1]。随着煤矿行业的数字化转型，智能化技术成为实现煤矿行业现代化管理和高效生产的重要途径之一。

1 明确煤矿智能化建设的目标

煤矿智能化建设的目标是通过引入人工智能、物联网、大数据等技术，实现矿井生产和管理的自动化、智能化和数字化。第一，提高矿工的劳动安全。利用智能化技术对矿井环境、设备状态和矿工健康状况进行实时监测和预警，减少人员伤亡事故的发生，保障矿工的安全。第二，提高矿井的生产效率。引入物联网技术，实现各种设备、机械的互联互通，优化生产过程，提高生产效率和产量稳定性。第三，提高煤炭采掘率和质量。运用智能算法对煤层进行建模和预测，优化采掘方案和工艺流程，提高煤炭的采掘利用率和质量[2]。第四，降低能源和资源的浪费。利用大数据分析技术，对煤矿生产过程进行优化和调整，减少能源消耗和资源浪费，提高资源的利用效率。

2 煤矿智能化建设的关键技术

煤矿智能化建设的关键技术包括但不限于以下几个方面：传感器技术、人工智能技术、大数据技术及虚拟现实和增强现实技术。

2.1 传感器技术

传感器技术在煤矿智能化建设中发挥着重要的作用。传感器是一种能够将某种物理量或化学量转换为电信号输出，并将其应用于测量、控制和监测的器件。在煤矿环境中，传感器可以用于测量煤矿井下的温度、湿度、气体浓度、噪声等环境参数，以及煤矿设备的振动、压力、电流等设备参数。传感器的应用可以实现煤矿环境和设备状态的实时监测，为矿井安全和生产管理提供有力的依据。（1）在煤矿环境监测方面，传感器技术可以用于监测矿井内部的温度和湿度变化。通过布置温湿度传感器，可以实时监测矿井的温湿度情况，提供环境监测的数据支持[3]。例如：在煤矿火灾的预防和控制中，温度传感器可以监测矿井内部的温度变化，一旦温度异常升高，系统可以及时预警并采取相应的措施。（2）在设备监测方面，传感器技术可以用于检测煤矿设备的运行状态。例如：通过振动传感器可以监测机械设备的振动情况，实时判断设备是否存在故障或异常情况。通过电流传感器可以监测设备的电流消耗情况，判断设备的工作状态和能耗情况。这些传感器的应用可以帮助煤矿进行设备状态监测、故障预警，优化设备维护和维修计划，提高设备的可靠性和寿命，减少生产线的停机时间。这种监测技术可以及时发现矿工可能存在的身体异常和疾病风险，并采取相应的保护措施和应急处理。

2.2 人工智能技术

人工智能技术是煤矿智能化建设中的关键组成部分，通过模拟人类智能的能力，实现数据的自主学习、推理和决策，为煤矿的自动化控制和智能化管理提供支持。人工智能技术以其强大的数据处理能力和智能决策能力，成为煤矿智能化建设的重要推动力量。人工智能技术包括机器学习、深度学习和自然语言处理等多个领域，可以应用于煤矿生产和管理的各个环节。首先，机器学习技术是人工智能技术的核心之一。通过机器学习算法的训练和学习，系统可以根据大量的历史数据进行分析和预测。在煤矿中，机器学习可以应用于矿井生产数据的分析和优化，通过对生产过程中的数据进行学习，提取出模式和规律，优化采矿和工艺流程，提高生产效率和质量。深度学习是机器学习的一个重要分支，利用深度神经网络模拟人脑的神经网络结构，实现对复杂数据的深度分析和学习。在煤矿中，深度学习可以应用于矿井安全预警和故障诊断。通过对传感器数据的分析和学习，系统可以自动识别矿井环境和设备的异常情况，并进行预警和故障诊断，有助于提前防范和处理潜在的安全风险。

2.3 大数据技术

大数据技术是煤矿智能化建设中的重要组成部分，通过采集、存储、处理和分析庞大的数据量，实现对煤矿生产和管理的优化和改进。大数据技术是指能够处理大规模、高速增长、多样化的数据资源，从中提取价值和洞察的技术和方法。在煤矿智能化建设中，大数据技术可以应用于多个方面，包括煤矿生产过程的监测与优化、设备故障预测与维护、矿工安全与健康监测等。首先，大数据技术可以应用于煤矿生产过程的监测与优化。通过在煤矿生产过程中采集各种传感器数据、监控数据以及生产数据，建立大数据平台进行数据的集成和分析，可以实时地监测和分析煤矿生产过程中的各种指标和参数。通过对数据的挖掘和分析，可以发现生产过程中的异常情况和潜在问题，及时采取相应的调整和优化措施，提高生产效率和质量[4]。其次，大数据技术可以用于煤矿设备的故障预测与维护。通过采集和分析煤矿设备的传感器数据和维修记录，建立设备状态监测和故障预测模型。通过对设备状态数据进行实时监测和分析，可以提前发现设备可能出现的故障和异常，预测设备的维护需求，避免设备故障导致的生产停机，并优化维修计划，提高设备的可靠性和利用率。

2.4 虚拟现实和增强现实技术

虚拟现实（Virtual Reality，VR）和增强现实（Aug？ mented Reality，AR）技术是煤矿智能化建设中的新兴技术，通过模拟或增强用户的感官体验，为煤矿的培训、模拟和可视化提供全新的方式和手段。

2.4.1 虚拟现实技术

虚拟现实技术是一种能够通过电脑生成的虚拟环境，模拟人的感官体验的技术。在煤矿智能化建设中，虚拟现实技术可以应用于矿井培训和模拟。通过戴上虚拟现实头戴显示器和操纵器，矿工可以身临其境地体验进行矿井工作，感受到真实的矿井环境和操作场景。虚拟现实技术可以提供高度沉浸式的体验，帮助矿工更好地理解和熟悉矿井的工作环境，降低培训成本和工作风险。

2.4.2 增强现实技术

增强现实技术是一种能够通过电脑生成的虚拟信息与现实世界进行融合的技术[5]。在煤矿智能化建设中，增强现实技术可以应用于煤矿安全和设备维护。通过穿戴式显示设备，如智能眼镜或头盔，矿工可以在视野中看到虚拟信息的叠加，如设备状态、安全警示和操作指导等。增强现实技术可以提供即时的信息展示和指导，帮助矿工更加方便地识别和解决问题，提高矿工在复杂环境下的工作效率和安全性。虚拟现实和增强现实技术的应用还可以扩展到煤矿的可视化和决策支持。

通过将煤矿数据和模拟结果与虚拟现实或增强现实技术结合，可以实现对煤矿生产过程的可视化展示。例如：在煤矿开采过程中，可以利用虚拟现实技术生成矿井的三维模型，并在模型上实时展示矿井的温度、气体浓度、设备状态等数据，帮助决策者进行可视化的分析和决策。

以上这些关键技术的应用可以实现矿井生产和管理的自动化、智能化和数字化，提升煤矿行业的安全性、生产效率和可持续发展能力。

3 实际的探索与实践案例

在煤矿智能化建设方面，部分煤矿已经进行了一些实际的探索与实践。

3.1 引入智能机器人进行巡检作业

智能机器人能够替代人工进行煤矿矿井的巡检，利用激光扫描、摄像头和传感器等技术，对矿井环境和设备进行高精度的检测和监测。智能机器人具备自主导航、避障、数据采集和图像分析等功能，可以提高巡检的准确性和效率，减少矿工的劳动强度。

3.2 应用大数据分析技术进行生产优化

通过收集煤矿生产过程中的大量数据，并运用大数据分析技术进行处理和挖掘，可以实现对煤矿生产过程的优化。利用数据分析，可以实时监测和分析矿井环境、设备运行状态、采矿效率等指标，发现潜在问题并及时采取措施进行调整，从而提高生产效率和质量。

3.3 实现矿井智能化监控系统

在矿井中安装传感器和监控设备，实现对矿井环境、设备运行状态、矿工健康状况等的实时监测和预警。通过监测设备和矿工的数据，利用物联网和大数据技术进行数据分析，可以及时掌握矿井的运行状态和潜在风险，提升矿井的安全性和管理水平。监控系统可以实时警报和记录矿井中的异常情况，有助于迅速采取措施防范和处理潜在的事故。

3.4 利用人工智能技术进行矿井设备故障预测

应用数据分析和机器学习算法，对矿井设备的传感器数据和维修记录进行处理和分析，可以建立设备的状态监测和故障预测模型。通过监测设备状况的指标，如温度、振动等，结合历史数据进行分析和学习，可以准确预测设备的故障发生概率，并提前采取维修措施，降低设备故障率和停机时间。这有助于提高设备的运行稳定性和生产效率，减少生产线的闲置时间。

4 结语

综上所述，煤矿智能化建设在信息化背景下具有重要意义。通过引入先进的技术，可以实现煤矿生产和管理的自动化、智能化和数字化，从而提高煤矿行业的安全性、生产效率和可持续发展能力。煤矿智能化有利于提高生产效率、实现精准勘探，还能够延伸煤炭企业产业链，打造煤矿智能装备和煤矿机器人研发制造等新产业，其发展前景值得期待。

参考文献

[1]薛春生.信息化背景下煤矿智能化建设的探索与实践[J].当代化工研究，2022（13）：186-188.

[2]胡明.智能化矿井建设的探索与实践[J].科学与信息化，2021（15）：89-91.

[3]李志强，李根.煤矿智能化建设探索与实践[J].中国煤炭，2022，48（1）：46-52.

[4]王钰渊.信息化背景下煤矿智能化建设的探索与实践[J].内蒙古煤炭经济，2023（11）：172-174.

[5]杨瑞芳.探讨煤矿设备皮带机变频器的节能问题[J].能源与节能，2018（7）：80-81.