智能采礦技術的應用對生產(chǎn)的促進作用

徐衛(wèi)華

(陽煤中小企業(yè)投資管理集團第一有限公司，山西 陽泉 045000)

0 引言

智能化采礦技術在采礦的應用科學、直觀、便于管理、降低風險，從簡單地質(zhì)條件測量到復雜地質(zhì)條件開采，都可以利用智能化采礦技術逐步展開。目前，煤礦井下綜采工作面地質(zhì)環(huán)境復雜多變，影響到綜采工作面智能無人化開采的發(fā)展進程，但是可以先在較簡單的地質(zhì)條件下實現(xiàn)智能無人化開采，再通過不斷的技術提升，使得無人化開采技術不斷進步，逐漸適應較為復雜的地質(zhì)條件。

1 應用智能采礦技術的必要性

伴隨采礦的逐步深入，礦山的深部開采終歸勢在必行，而深部開采必須要采用更大規(guī)模、更智能、高效與精細的采礦技術與裝備，這主要有兩個原因：第一是深部開采對通風、地壓、支護、提升、降溫、裝備等環(huán)節(jié)要求更高，開采也更為復雜，成本會隨之增加，總體利潤下滑，為確保企業(yè)具有足夠的市場競爭力所必須采取的措施。第二是因為深部礦體開采常因高地壓和開采擾動導致地壓災害，巖移、冒頂、片幫甚至巖爆等災害頻發(fā)，難以預料，開采作業(yè)人員和設備的安全受到嚴重威脅。為了扭轉這種局面，就要從采礦工藝技術和機械設備入手，全面提高機械的適應力，提高采掘技術和礦山機械設備性能。智能開采就是依托礦山大規(guī)模無人裝備與智能化系統(tǒng)，綜合優(yōu)化調(diào)度與生產(chǎn)管理，在開采作業(yè)中，更多的使用機器代替人工，實施精準開采，達到地下礦產(chǎn)經(jīng)濟、安全、高效開采的最終目的，企業(yè)的發(fā)展達到經(jīng)濟與安全性平衡。

2 智能采礦技術的分層與應用過程

智能采礦技術快速發(fā)展，表現(xiàn)在采礦裝備的智能化進程逐步升級，無人、集中控制的采礦設備，已經(jīng)投入實際應用的階段。較典型的無軌裝備采礦的智能開采技術主要分為控制層、傳輸層和執(zhí)行層?？刂茖邮呛诵膶?，成為整個系統(tǒng)的支撐控制平臺，負責智能開采全部過程的調(diào)度和控制。傳輸層是指井下泛在信息采集與井下無線通訊技術與裝備，實現(xiàn)礦井高速無線通訊和數(shù)據(jù)傳輸，即泛在信息采集與井下無線通訊。傳輸層和控制層的智能裝備即智能開采基礎系統(tǒng)平臺，主要包括定位與智能導航平臺、信息采集及通信平臺和智能調(diào)度與控制系統(tǒng)。傳輸層與控制層都需開發(fā)適用于井下環(huán)境的高速、高精度設備定位、跟蹤和控制相應系統(tǒng)，為井下無軌設備的自主運行、避障和遠程遙控提供技術和支持，即設備精確定位與智能導航。執(zhí)行層是指井下智能鑿巖、裝藥和鏟裝運設備，單個裝備實現(xiàn)智能化或者無人化水平，包括智能中深孔鑿巖臺車、地下智能潛孔鉆機、地下智能鏟運機、地下智能礦用汽車、智能采礦爆破技術與裝備。控制層的智能調(diào)度和控制平臺通過對礦山資源儲量、地質(zhì)情況分析，結合地下生產(chǎn)進度等一系列因素，編制合理的開采計劃。基于開采計劃，通過傳輸層給各個裝備下發(fā)控制指令：哪種裝備什么時間在哪一個采場執(zhí)行開采任務。裝備執(zhí)行指令，控制層會實時通過傳輸層采集當前巷道的泛在信息及車輛的基本信息，用來判斷或隨時調(diào)整執(zhí)行層中各種裝備的下一步動作，以此類推，實現(xiàn)作業(yè)的順利進行。

3 智能裝備應用帶來的便捷

在智能開采流程的所有工序中，執(zhí)行層采礦裝備的智能化和無人化顯得尤為重要。地下采礦設備主要是為了實現(xiàn)“鉆、爆、裝、運”的一系列工程車輛，其中有深孔鑿巖臺車、潛孔鉆機、鏟運機、卡車和裝藥車等。深孔鑿巖臺車應用于高分段中深孔鑿巖，該車可實現(xiàn)自主行駛、遠程操控、虛擬現(xiàn)實、自動布孔定位及智能鑿巖；智能潛孔鉆機有自主行駛及炮孔定位功能，鑿巖參數(shù)自動匹配及智能控制技術，深孔鑿巖防偏控制技術，多鉆桿存儲、自動排序和防卡桿技術。地下智能鏟運機，是在鑿巖臺車與潛孔鉆機破碎礦石后，該車利用鏟斗鏟削礦石，將礦石裝入鏟斗并運送，定點卸載、能夠故障自診斷和遠程遙控等。地下智能礦用汽車是為了節(jié)能和環(huán)保，采用雙動力的電傳動地下礦用汽車，實現(xiàn)無人駕駛進行車輛巷道空間檢測、智能輔助駕駛、遙控運行功能。另外，還有集原料運輸、炸藥混制、炮孔裝填于一體的地下智能裝藥車，等智能化設備。這些智能設備結構緊湊、自動化程度高、適用范圍廣，它們的應用給采礦帶來極大的精準與便利，能夠做到人工操控自動或半自動所無法達到的效果。

4 實用的采礦智能技術

4.1 3D建模技術的應用

3D建模技術是數(shù)字化采礦領域備受關注也是最具影響力的一項技術。3D建模技術一直以來作為新礦山建設前勘探工作的一部分在應用，一般是憑借計算機程序，主要用來創(chuàng)建地下區(qū)域圖。利用建模能夠有效地捕捉到人員無法到達地點的圖像，以此擴大勘探工作所覆蓋的范圍。另外，建模還可以將未知和潛在不安全的地下區(qū)域的工人撤離，提高勘探作業(yè)的安全性。創(chuàng)建地下區(qū)域詳細圖像的能力也是eMesent懸停地圖系統(tǒng)的一個組成部分，該系統(tǒng)可使用無人機完成一個更大區(qū)域的建模和繪圖工作，廣為采礦技術所用。

4.2 綜合自動化

人工智能是涵蓋面更廣的智能計算機系統(tǒng)，一直被用來提高操作效率。智能調(diào)度與控制系統(tǒng)作為地下金屬礦智能開采系統(tǒng)智能化的軟件平臺和管理中心，對系統(tǒng)性能的優(yōu)劣和成敗起到關鍵性作用。圍繞地下礦井的生產(chǎn)調(diào)度與開采過程進行控制的實際需求，實現(xiàn)基于數(shù)據(jù)倉庫的可視化智能調(diào)度與控制，并為將來實現(xiàn)鑿巖、支護、裝藥、鏟裝、破碎、無軌及有軌運輸?shù)绕哳愔悄軣o人采礦裝備系統(tǒng)統(tǒng)一控制的集群化控制做好基礎性研究工作，這一系統(tǒng)還支持采裝運多臺無人采礦裝備的集群化協(xié)同作業(yè)，實現(xiàn)對采場、斜坡道及運輸巷道等生產(chǎn)區(qū)域的安全管理，可管理多個安全區(qū)域；形成無人采礦增強現(xiàn)實與集控一體化平臺，全面支持無人采礦生產(chǎn)模式的組織與實施。

4.3 無人機管理礦山

采礦業(yè)已開始利用無人機的潛力進行測繪和信息數(shù)據(jù)的收集,無人機收集的數(shù)據(jù)與其他方法收集的相比準確度要高，單個的無人機的探測面積就可以覆蓋大量土地范圍，顯著的降低了勞動力成本。無人機測量露天礦，完全可以做到無人機管理礦山，利用無人機來管理測量堆場，節(jié)約鉆孔，爆破時間等。利用特殊用途無人機，配合各點位自動監(jiān)測系統(tǒng)，可以對礦山的環(huán)境與排放進行檢測與控制，用于監(jiān)測礦山開采對環(huán)境影響的智能技術，同時監(jiān)控有害物與氣體的排放水平。目前，煤礦采用最多的還是遙控型無人化開采，這種開采采用擬人手段，將人的視覺、聽覺延伸到工作面，將工人從工作面解放到監(jiān)控中心，實現(xiàn)在監(jiān)控中心對設備的遠程操控，達到工作面無人化開采目的。遙控型無人化開采是煤礦全面自動化、智能化技術的一個過渡階段，當?shù)刭|(zhì)條件發(fā)生變化或個別設備異常時仍需要人工干預調(diào)整。

5 智能采礦的局限性與發(fā)展前景

從采礦全自動化實驗應用效果分析，全自動采礦目前尚處于實驗與部分應用階段，設備接收信號的靈敏度、執(zhí)行指令的速度方面依然有一定局限性，相比一些半人工操控的機械作業(yè)，在生產(chǎn)效率方面存在一定的差距，實現(xiàn)全部智能化采礦在技術設計上仍需不斷的完善，另一方面，這些智能設備的操作技術難度比較大，設備正確的操作與維護對采礦人員的技術要求也比較高，需要高端熟練型技術人才的參與，為此，智能化全自動采礦設備能否大批量投入生產(chǎn)和使用，全面實現(xiàn)無人機械自動化采礦，還會有一段漫長的路要走。

6 結語

我們國家的采礦隊伍，要在掌握采礦先進技術的基礎之上，準確判斷采礦最新發(fā)展趨勢，不斷創(chuàng)新采礦新技術，共同匯聚各方面的人力、物力、財力，有計劃、有步驟的實現(xiàn)數(shù)字化礦山開采。實現(xiàn)地下礦山機動、靈活、高效、經(jīng)濟、安全的無人智能化開采，促進礦業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模，改善礦山的回采工藝和運輸系統(tǒng)，并向無軌、無人開采的綜合機械自動化方向發(fā)展。