煤礦信息化、智能化的關(guān)鍵技術(shù)分析

于鵬 梅東

摘 要：隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，信息化智能化技術(shù)不斷得到創(chuàng)新與發(fā)展。在各個(gè)領(lǐng)域的用途不斷擴(kuò)大。煤礦產(chǎn)業(yè)作為我國的支柱產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)技術(shù)的智能化與信息化，是相關(guān)學(xué)者共同探討的問題。下文，我們對(duì)煤礦信息化、智能化的關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行分析。對(duì)實(shí)現(xiàn)煤礦技術(shù)的智能化進(jìn)行探討。

關(guān)鍵詞：煤礦；信息化；智能化；關(guān)鍵技術(shù)

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.22.130

0 前言

煤礦是我國的主要能源，煤礦總產(chǎn)量將近50t。隨著煤礦需求量不斷增大，各大企業(yè)更是加強(qiáng)了煤礦的采集力度。但隨著煤礦產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，煤礦采集引發(fā)的安全問題也越來越受到人們的重視。每年全國性危險(xiǎn)事故導(dǎo)致數(shù)千人死亡，相比與其他國家，我國的煤礦危險(xiǎn)發(fā)生率較高。我國的煤礦企業(yè)大多以機(jī)械化，人力為主要操作形式。由于井下環(huán)境的不確定性因素，導(dǎo)致煤礦安全性事故頻發(fā)不斷。如何有效降低煤礦產(chǎn)業(yè)的高危事故頻發(fā)率，通過智能化信息化的遠(yuǎn)程控制，保證了煤礦產(chǎn)業(yè)的正常發(fā)展。

1 我國煤礦產(chǎn)業(yè)存在的發(fā)展問題

（1）由于井下環(huán)境的不可控性，導(dǎo)致煤礦安全問題時(shí)有發(fā)生。

（2）從業(yè)一線操作人員普遍知識(shí)文化水平低，對(duì)于突發(fā)事件的處理不恰當(dāng)導(dǎo)致引發(fā)更大的危險(xiǎn)。

（3）井下工作環(huán)境差，很多潛在性危險(xiǎn)無法控制。

（4）高科技水平在煤礦產(chǎn)業(yè)中的運(yùn)用得不到充分的發(fā)揮，導(dǎo)致高水平技術(shù)人才不愿意留在煤礦產(chǎn)業(yè)。這些是煤礦發(fā)展中存在的問題，也是今后煤礦產(chǎn)業(yè)向信息化、智能化方向轉(zhuǎn)變必須解決的問題。將智能化、信息化產(chǎn)業(yè)技術(shù)運(yùn)用于煤礦發(fā)展過程中，有助于解決減少煤礦產(chǎn)業(yè)發(fā)生危害的可能性。與此同時(shí)，煤礦產(chǎn)業(yè)與現(xiàn)代化信息技術(shù)的結(jié)合，有助于推動(dòng)煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

2 智能化煤礦產(chǎn)業(yè)介紹

由于煤礦產(chǎn)業(yè)的工作環(huán)境難以控制，煤礦企業(yè)在工作的開展中存在各種危險(xiǎn)因素。例如：煤礦開采過程中存在很多易燃易爆物質(zhì)。由于作業(yè)的環(huán)境潮濕，空間狹小，電磁波的傳輸泄露問題也十分嚴(yán)重。

2.1 智能化煤礦產(chǎn)業(yè)的特點(diǎn)

（1）煤礦產(chǎn)業(yè)的工作環(huán)境有很多易燃易爆氣體，煤礦采集技術(shù)必須保證作業(yè)的安全性。使用小功率工具有助于減少與氣體的接觸，防止氣體的爆炸。

（2）由于煤礦井下作業(yè)環(huán)境空間狹小，墻壁的彎曲情況受限，導(dǎo)體傳輸存在一定的障礙。導(dǎo)致電磁波傳輸泄露情況較為嚴(yán)重，使煤礦井下作業(yè)效率低下。設(shè)備的傳輸問題導(dǎo)致工作進(jìn)度趕不上計(jì)劃。

（3）隨著煤礦采集工作的不斷深入，需要一定技術(shù)的勘測支持。移動(dòng)設(shè)備和監(jiān)控措施與井下對(duì)接裝備的連接問題仍有待提高。

（4）煤礦工作環(huán)境的潮濕，導(dǎo)致通信監(jiān)控設(shè)備需具有較強(qiáng)的抗潮抗腐蝕能力。對(duì)通信設(shè)備的質(zhì)量要求較高。

（5）煤礦井下大多以工作人員步行勘測為主，這就需要工作人員的身體素質(zhì)較高。攜帶的隨身補(bǔ)給品必須小而輕便。

（6）由于井下作業(yè)環(huán)境的不缺定性強(qiáng)，導(dǎo)致電壓輸送要控制在一定的范圍之內(nèi)。一旦電壓輸送達(dá)不到作業(yè)要求，對(duì)備用電壓的要求很高。要保證備用電源支持井下工作長達(dá)2至3小時(shí)。

（7）由于煤礦作業(yè)環(huán)境的特殊性，要求構(gòu)建遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)和遠(yuǎn)程勘測系統(tǒng)。同時(shí)系統(tǒng)要確保其安全性能，保證工作時(shí)間長達(dá)12小時(shí)之久。來滿足煤礦勘測和采集的全面要求。

2.2 煤礦智能化產(chǎn)業(yè)的現(xiàn)狀以及發(fā)展階段

由于煤礦井下工作環(huán)境的不可預(yù)測性，以及智能化產(chǎn)業(yè)發(fā)展的局限性。導(dǎo)致煤礦產(chǎn)業(yè)的智能化發(fā)展進(jìn)程遲遲得不到推進(jìn)。因此我們要針對(duì)煤礦產(chǎn)業(yè)的特殊性，結(jié)合智能化技術(shù)的優(yōu)勢，重視在煤礦信息化產(chǎn)業(yè)的智能技術(shù)完善。提升煤礦智能化技術(shù)的應(yīng)用實(shí)效性。滿足市場大量的煤礦需求。將現(xiàn)代化的技術(shù)與煤礦產(chǎn)業(yè)多年的勘采經(jīng)驗(yàn)相結(jié)合，促進(jìn)煤礦產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展。

2.3 煤礦產(chǎn)業(yè)智能化、信息化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

將煤礦產(chǎn)業(yè)的智能化運(yùn)用分為三個(gè)階段：監(jiān)控層，安全保障層，決策層。

（1）監(jiān)控層。由于煤礦產(chǎn)業(yè)井下工作存在的潛在性危險(xiǎn)很多。需要在開采前提前勘測。其中包括礦井的通信、監(jiān)視，以及特殊情況的緊急措施。對(duì)采礦人員體能反映的及時(shí)反饋，對(duì)挖掘工作的監(jiān)測，對(duì)電子系統(tǒng)的檢測，對(duì)電機(jī)電動(dòng)裝備的及時(shí)審核。同時(shí)還有對(duì)壓力壓強(qiáng)的監(jiān)測預(yù)警，對(duì)天氣水防系統(tǒng)的勘測等等。

（2）安全保障層。以實(shí)現(xiàn)三防為保障方法。保證井下工作的全面有序開展，保證井下施工人員的人身安全。對(duì)潛在的危險(xiǎn)進(jìn)行有效的防范，以及對(duì)水電勘測等進(jìn)行必要的安全措施。同時(shí)在進(jìn)行三防時(shí)，要建立一套完整的應(yīng)急措施。以免發(fā)生意外時(shí)能有效的應(yīng)對(duì)，同時(shí)減少人員傷亡和不必要的損失。

（3）決策層。決策層是包括對(duì)設(shè)施施工的時(shí)間，工期，施工費(fèi)用等各個(gè)方面進(jìn)行合理的預(yù)估和安排。同時(shí)也是與市場對(duì)接，客戶聯(lián)絡(luò)的溝通渠道。決策層雖然不用在一線工作地點(diǎn)進(jìn)行實(shí)際性操作，但是對(duì)整個(gè)煤礦產(chǎn)業(yè)的統(tǒng)籌。決策層對(duì)不同實(shí)施方案進(jìn)行有效的甄別，合理的判斷。將潛在的危險(xiǎn)系數(shù)降到最小，同時(shí)保證煤礦采集的正常有效進(jìn)行。在煤礦安全問題得到充分保障的情況下，將各個(gè)方面的結(jié)果進(jìn)行整合，實(shí)行一套最有效的工作方案。將煤礦開采的多年經(jīng)驗(yàn)與智能化技術(shù)進(jìn)行有效整合。推動(dòng)整個(gè)煤礦產(chǎn)業(yè)的積極健康發(fā)展。

2.4 煤礦信息化、智能化技術(shù)的基本要求

（1）以避免煤礦井下工作的一線人員人身安全為指導(dǎo)思想，以實(shí)現(xiàn)煤礦高效生產(chǎn)為目的。采用盡量減少井下人員的人數(shù)為安全手段。實(shí)現(xiàn)地面智能化技術(shù)的遠(yuǎn)程控制，以及煤塵、水、火等方面的安全監(jiān)控措施。

（2）采用統(tǒng)一的數(shù)據(jù)監(jiān)控系統(tǒng)，統(tǒng)一的信息處理方式，將智能化技術(shù)融入煤礦采集的數(shù)據(jù)分析步驟。避免大量的數(shù)據(jù)分析過度，一個(gè)小數(shù)據(jù)的漏洞，導(dǎo)致整個(gè)勘測采集煤礦信息的錯(cuò)誤。

（3）建立具有可調(diào)控性的檢測系統(tǒng)，便于煤礦采集的過程中依據(jù)實(shí)際情況隨機(jī)應(yīng)變，解決突發(fā)狀況。

（4）將遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)與遠(yuǎn)程調(diào)控系統(tǒng)相結(jié)合。同時(shí)，輸入遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的圖像畫面，以便分析人員操控和實(shí)時(shí)掌握最新井下狀況。

（5）建立有線與無線網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)。由于煤礦井下工作的不確定性高，存在著危險(xiǎn)的不可預(yù)測性。電力的供應(yīng)是其中必不可少的設(shè)備。建立有線與無線網(wǎng)絡(luò)的實(shí)時(shí)結(jié)合，在一般情況下使用有線電力設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合。提高設(shè)備輸出的穩(wěn)定性。

（6）注意礦下交換機(jī)的安裝。交換機(jī)要安裝于供電所井下，網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)安裝在煤礦數(shù)據(jù)中心庫內(nèi)。與此同時(shí)，要注意系統(tǒng)光纜和電纜的保護(hù)。

（7）供電電源在波動(dòng)范圍之內(nèi)，安全系統(tǒng)指標(biāo)要達(dá)到最高。與此同時(shí)，對(duì)應(yīng)的系統(tǒng)數(shù)據(jù)分析指標(biāo)要在一定的范圍之內(nèi)正常運(yùn)行。

（8）煤礦井下安全系統(tǒng)要具備防爆監(jiān)控功能。在輸電過程中，要保證電纜和光纜的信號(hào)輸送必須在安全信號(hào)防范系統(tǒng)之內(nèi)。防爆電氣設(shè)備同時(shí)要具備便攜式功能，方便在井下工作人員的攜帶。 要保證用于煤礦井下工作的安全措施必須經(jīng)過嚴(yán)格的審核和測驗(yàn)。

2.5 煤礦信息化，智能化的關(guān)鍵技術(shù)操作

（1）煤礦監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。煤礦井下監(jiān)控網(wǎng)絡(luò)因具備輸出流量大，傳入數(shù)據(jù)容納量多，傳送距離長的特點(diǎn)。同時(shí)電源電壓的防護(hù)適應(yīng)能力要強(qiáng)，傳輸網(wǎng)絡(luò)有限系統(tǒng)要采用雙層保護(hù)結(jié)構(gòu)。以冗狀結(jié)構(gòu)來穩(wěn)定有線電源。

（2）煤礦無線輸送。在煤礦井下工作環(huán)境中，實(shí)現(xiàn)井下環(huán)境與地面信息的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)交流。無線傳輸與地面信息溝通的過程中，要保證數(shù)據(jù)交流的準(zhǔn)確性和及時(shí)性。同時(shí)要嚴(yán)禁在電視、廣播、無線電系統(tǒng)附近實(shí)施煤礦井下信息傳輸。避免信息傳送時(shí)的數(shù)據(jù)干擾。

（3）煤礦井下監(jiān)視圖像與畫面的處理。為保證井下圖像傳輸?shù)难杆傩耘c準(zhǔn)確性，要對(duì)煤礦畫面?zhèn)鬏斚到y(tǒng)進(jìn)行實(shí)時(shí)的更新。如采用4G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，采用衛(wèi)星實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)，保證煤礦井下信息畫面?zhèn)鬏數(shù)臅r(shí)效性。

（4）煤礦信息監(jiān)測功能。為保證煤礦井下監(jiān)測功能的順利實(shí)行，煤礦企業(yè)要開展信息監(jiān)測培訓(xùn)主題講座。保證信息操作人員將傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行積極的整合和分析后，為之后制定下一步工作方案做準(zhǔn)備。此外，還要安裝井下工作的移動(dòng)數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)和及時(shí)廣播電臺(tái)操作。除此之外，要安裝實(shí)時(shí)電話通訊設(shè)備，保證井下工作人員與地面人員的及時(shí)溝通。在煤礦數(shù)據(jù)分析采集過程中，要結(jié)合多方面的信息進(jìn)行分析。同時(shí)，要保證礦下工作操作的獨(dú)立性，使用有效統(tǒng)一的數(shù)據(jù)庫網(wǎng)絡(luò)，便于數(shù)據(jù)的即時(shí)更新和分析。對(duì)于煤礦檢測系統(tǒng)要顯示安全、時(shí)間、數(shù)據(jù)等多種調(diào)控功能。

（5）精準(zhǔn)定位。煤礦井下環(huán)境的特殊性，導(dǎo)致煤礦安全性能的不可預(yù)測性增高。要十分注意煤礦井下人員、電動(dòng)車等設(shè)備的位置移動(dòng)。在下井前要做好充分的規(guī)劃，每個(gè)下井人員的步行路線，電動(dòng)車的運(yùn)行軌跡都需要經(jīng)過緊密的計(jì)算和配合。將井下一切動(dòng)向及時(shí)匯報(bào)給地上分析人員，有助于地上分析人員制定出精準(zhǔn)的運(yùn)行措施。

（6）煤礦調(diào)度中心。煤礦企業(yè)要建立統(tǒng)一的調(diào)度控制中心。要滿足以下要求：具有生產(chǎn)工作計(jì)劃的一線操作人調(diào)度統(tǒng)一的指令的要求。信息反饋的及時(shí)溝通需要一線操作人員之間建立統(tǒng)一的溝通傳輸信號(hào)。具有安全性能的警報(bào)系統(tǒng)要進(jìn)行隨時(shí)的抽查檢測。

（7）采煤機(jī)的操控。采煤機(jī)滾筒自主控制功能主要依靠滾筒算法原理，結(jié)合圓筒壓力，圓筒電動(dòng)流，以及采煤機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)速度等各個(gè)方面的調(diào)控，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)的自主操控。采煤機(jī)引用切割技術(shù)，實(shí)現(xiàn)基礎(chǔ)運(yùn)行和實(shí)際操作。

（8）煤礦監(jiān)控系統(tǒng)的自主性試驗(yàn)效果研究。工作面煤礦主要以亮煤為主。依次是軟硬交叉締結(jié)，夾雜著暗煤。全長約5000米，煤質(zhì)均一，容易區(qū)別，煤層結(jié)構(gòu)簡單?？梢詢?chǔ)藏大約30噸。配套的采煤機(jī)在監(jiān)控的過程中，表現(xiàn)出橫行運(yùn)送的方式。采煤效率高，區(qū)煤速度快，可以實(shí)現(xiàn)快速的煤礦采集與區(qū)別。

（9）煤礦專用組織。煤礦產(chǎn)業(yè)與智能化技術(shù)的結(jié)合，需要打造符合煤礦產(chǎn)業(yè)的專業(yè)系統(tǒng)。開發(fā)煤礦專用軟件系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器的合理性操控與管理。運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)，大數(shù)據(jù)分析技術(shù)。研究煤礦產(chǎn)業(yè)危險(xiǎn)源頭以及煤礦井下工作可能存在的潛在性危險(xiǎn)。分析支持煤礦開采的大數(shù)據(jù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)井下一線操作人員與企業(yè)決策人員的有效溝通。充分發(fā)揮行業(yè)各個(gè)領(lǐng)域人才的積極性。利用互聯(lián)網(wǎng)分析數(shù)據(jù)的便利，整合礦區(qū)內(nèi)開采對(duì)周圍環(huán)境的影響。以及對(duì)附近大氣污染，土壤礦物質(zhì)的破壞等各個(gè)方面的影響。研究礦井上下以及礦井與礦井之間水文感受器的調(diào)控。

（10）對(duì)地監(jiān)控系統(tǒng)的管理。實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)化，圖像化以及計(jì)算機(jī)模擬等各項(xiàng)功能。需要對(duì)地勘測的有效進(jìn)行。實(shí)行分布式采礦功能，將同一個(gè)復(fù)雜的對(duì)象進(jìn)行有效的分布處理。

3 結(jié)語

本文分析了目前煤礦產(chǎn)業(yè)采集的現(xiàn)狀，智能化、信息化技術(shù)在煤礦產(chǎn)業(yè)運(yùn)用的特點(diǎn)以及需要注意的事項(xiàng)。結(jié)合煤礦井下工作環(huán)境的特殊性，制定符合礦井工作的智能化技術(shù)方案。在保障煤礦安全運(yùn)行作業(yè)的情況下，實(shí)現(xiàn)煤礦技術(shù)智能化。提高煤礦產(chǎn)業(yè)的工作效率。隨著現(xiàn)代化、信息化技術(shù)的不斷發(fā)展與完善。煤礦產(chǎn)業(yè)與智能化技術(shù)的結(jié)合是歷史發(fā)展的趨勢。與此同時(shí)，煤礦作業(yè)的特殊性導(dǎo)致與信息化結(jié)合有一定的難度。從煤礦本身的作業(yè)難度，以及井下一線操作人員的技術(shù)層面要求都大大提高。在未來的發(fā)展中，實(shí)現(xiàn)煤礦產(chǎn)業(yè)真正迸發(fā)式發(fā)展，以及滿足市場巨大的需求量方面，還有很多路需要我們?nèi)ヌ剿?。未來的腳步任重而道遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李樹剛，馬莉，楊守國.互聯(lián)網(wǎng)+煤礦安全信息化關(guān)鍵技術(shù)及應(yīng)用構(gòu)架[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2016，44（07）：34-40.

[2]孫繼平.煤礦信息化自動(dòng)化新技術(shù)與發(fā)展[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2016，

44（01）：19-23+83.

[3]孫繼平.煤礦信息化與自動(dòng)化發(fā)展趨勢[J].工礦自動(dòng)化，2015，41

（04）：1-5.

[4]毛善君.“高科技煤礦”信息化建設(shè)的戰(zhàn)略思考及關(guān)鍵技術(shù)[J].煤炭學(xué)報(bào)，2014，39（08）：1572-1583.

[5]黃成玉，張全柱，鄧永紅.物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)在煤礦綜合信息化建設(shè)中的應(yīng)用研究[J].中國礦業(yè)，2013，22（12）：136-140.

作者簡介：于鵬（1988-），男，河南西平人，本科，助理工程師，研究方向：煤礦自動(dòng)化信息化。