礦山機械智能化的應用及發(fā)展趨勢

曹 鵬，朱 燁，李千順

（1.貴州盤江煤電集團有限責任公司，貴州 貴陽 550081；2.山東科技大學，山東 青島 266590）

在當今這個信息化的大數據的時代，煤炭行業(yè)的發(fā)展水平不單單以煤炭的開采的數量為衡量標準，其智能化建設程度更是極其重要的衡量方面。所以，對礦山機械智能化的應用以及發(fā)展趨勢展開深入分析具有非常大的現實意義[1]。

1 礦山機械智能化的發(fā)展現狀

隨著數字化水平的提高和技術成本的降低，數字礦山得以遍地開花，但目前智能礦山的發(fā)展尚未完善，其智能化建設也要跟上步伐。煤炭開采行業(yè)是最古老的產業(yè)之一，我國煤礦行業(yè)實現了從機械化到自動化的過渡，并已經開始向智能化方向邁進。目前，中國礦山行業(yè)的信息化水平雖然得到了一定程度的發(fā)展，但是很多礦山企業(yè)還停留在信息化程度較低的傳統(tǒng)開采階段，機械智能化在礦山領域的某些方面受到了制約，智能化的總體水平較國外先進水平仍然有很大的差距。以下對目前的煤礦行業(yè)的智能化水準進行系統(tǒng)分析：

（1）礦山機械智能化的概念。礦山機械智能化是指將煤炭行業(yè)與物聯網、人工智能領域深度結合，使得煤炭開拓、地測、采掘等系統(tǒng)具有自操作、自動化的基本能力，并且可以根據內外部的條件進行實時操控，從而在智能化綜采過程中實現經濟效果優(yōu)化的效果[2]。

（2）礦山機械智能化存在的問題。首先，由于目前的煤炭機械設備龐大、笨重且結構復雜，在狹小的礦井空間內，難以保證靈活運行，對開采進度造成了阻礙，很難進行有效開采，會導致煤炭開采效率低下，供應量不足。其次，較西方發(fā)達國家而言我國的機械信息化程度較低，設備的數字化程度低，我國的礦山機械設備只有小部分實現了智能化的發(fā)展，大多數接卸設備仍然采用傳統(tǒng)的人力操作，經濟效益得不到提升。最后，煤礦設備在進行綜采工作時，會破壞自然環(huán)境和自然資源，無法實現綠色可持續(xù)發(fā)展。礦山機械在迎來飛速躍進的同時，也會對環(huán)境造成嚴重的污染，環(huán)境形勢愈發(fā)嚴重，迫使我國的礦山機械化不得面臨轉型，對產業(yè)發(fā)展對策進行調整優(yōu)化是當前礦山企業(yè)普遍面臨的問題[3]。

2 礦山機械智能化應用分析

我國的煤礦智能化開采在近年來取得了顯著的提升，在采煤機記憶截割的基礎上，以生產系統(tǒng)智能化控制軟件為核心系統(tǒng)，改變了之前單機裝備為主的體系。煤礦智能化主要應用在采掘、運輸、遠程控制等領域。

（1）機械工程智能化在煤礦采掘方面的應用。采掘機是煤礦開采最常用的設備，電牽引驅動系統(tǒng)為采掘機提供足夠的采掘動力，并且運用了交流電機，可靠性能更強，簡化了綜采工作，大幅度提高效率。對于故障診斷，為了精準的進行診斷，采用了傳感器進行故障診斷，傳感器將采掘情況反饋給系統(tǒng)診斷系統(tǒng)根據傳感器獲取的數據做出判斷，從而實現整個綜采過程的智能化，大幅度的提高了采掘效率。

（2）機械工程智能化在煤礦運輸方面的應用。煤礦在進行運輸時，通過膠帶運輸機實現了煤炭的傳送過程，在膠帶運輸機中應用中壓變頻驅動控制技術，以此來實現運輸機的平穩(wěn)性，確保在低速狀態(tài)中也可以連續(xù)運行。為膠帶運輸機安裝液壓自控張緊裝置，確保自動調節(jié)張力以此來實現運輸機的平穩(wěn)運行。安裝工況監(jiān)測系統(tǒng)，機頭安裝使用交叉裝置，機尾安裝自動伸縮裝置，以便及時了解運輸的情況，進行實時運輸監(jiān)控。

（3）機械工程智能化在遠程控制方面的應用。在記憶截割時，引入遠程計算機，遠程計算機系統(tǒng)可以根據采煤工作面的情況對采煤機的工作進行實時調整，工作人員可以在巷道控制中心內遠程控制設備啟動、停止，斷電、送電工作采煤機可以通過遠程控制系統(tǒng)進行自動運行、臥底、停止，這種遠程控制系統(tǒng)可以減少勞動強度，提高效率，在同等生產狀態(tài)下可以加大產量，從而提高效益。

3 發(fā)展趨勢展望

我國的煤炭智能化階段目標為：到2020年，建成100個初級智能化示范煤礦；到2025年，基本實現全部大型煤礦智能化。機械智能化是礦山綜采技術的一次重要的突破，對煤礦產業(yè)升級、煤礦綠色開采具有重大的現實意義。同時，引進大量的專業(yè)型人才，與時俱進，加快促進產業(yè)升級是非常有必要的。

（1）智能導航技術的開展?；趯崟r三維GIS技術，將地理信息、三維可視化及工作面探測技術結合起來，在綜采工作中采用智能導航技術，對設備進行自動定位，可以對工作面進行實時探測和自動定位，以此實現煤礦資源的精確開采。

（2）設備趨向于多樣化。當前我國的煤炭開采設備功能簡單結構復雜，在狹窄的礦井工作環(huán)境中操作難度系數高、運行繁瑣，難以實現在狹小的環(huán)境中進行高效運作。在后續(xù)的發(fā)展中，開采設備的功能趨向于集成化、種類趨向于多樣化。比如：通過裝有可以進行人工智能處理的傳感器，通過數據處理模塊，計算采煤機的工作位移，從而在模型中輸入數據，進行自主開采；或者將會引進智能開采機器人，逐步替代人類在綜采工作面中的工作，操作人員只需掌握簡易的工作技術，就可以合理掌握設備的操作運行，從而節(jié)省人力物力；最后，可以引進先進的超聲波技術，在機械設備出現問題時，通過超聲波技術對機械設備進行監(jiān)測，與傳統(tǒng)的勘測手段比較，精簡工作環(huán)節(jié)，減少了工作負擔。

（3）安全防控系統(tǒng)逐漸優(yōu)化。目前的煤礦安全檢測工作尚有不足，在當前的階段，煤礦的安全生產問題仍然是值得注意的問題。未來仍將不斷對安全監(jiān)控系統(tǒng)進行優(yōu)化，加大安全網絡系統(tǒng)的引入力度，對綜采工作面的設備進行及時監(jiān)測和故障診斷。首先，開采單位要確保礦山機械設備的正常運行，保證礦山機械設備的性能，及時定期進行安全隱患的排查工作，對每一個控制單元都要做好排查工作，在預防機械設備出現操作問題的前提下注意做好維修工作的準備。其次，對機械操作人員進行培訓，完善操作安全操作系統(tǒng)，確保培訓后的操作人員進行綜采工作，在往后的操作過程中才減少安全事故的發(fā)生，同時也要對做好日常的工作記錄，為日后的排查工作和下階段的工作安排提供可靠的數據支撐，從而提高工作效率。這樣集人機一體的安全防控系統(tǒng)，在機械運行異常時，會更加快速的給出相關的處理方案，為煤礦綜采工作提供有力的安全保障。

4 總結

機械智能化開采技術可以提高投入產出比，是我國煤礦轉型、加快行業(yè)升級的技術。新的階段對我國的煤礦機械智能化提出了新的要求，礦山企業(yè)要抓住改革的機遇，在國家政策的指導下需要不斷地對礦山機械設備進行創(chuàng)新，以此確保其性能的穩(wěn)定，促進礦山行業(yè)的生機與活力。