煤礦智能化開采技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望

王宗成

摘 ?要：煤礦是我國最主要的礦產(chǎn)資源，而煤礦開采若是能夠?qū)崿F(xiàn)智能化，那么對其發(fā)展來說是大有裨益的，甚至直接影響了國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展以及社會智能化的發(fā)展。而經(jīng)過多年實(shí)踐，我國煤礦開采方面已經(jīng)在原本的機(jī)械化條件下逐漸邁向智能化道路，也取得了明顯的成效，在2019年年底，已經(jīng)成功建立200余個智能化采煤工作面，已經(jīng)做到了少人化的煤礦智能化開采。不過當(dāng)下的煤礦智能化開采技術(shù)卻仍然未能達(dá)到預(yù)期的水平，從全局的角度出發(fā)，甚至煤礦開采技術(shù)只能算作智能化發(fā)展的起始環(huán)節(jié)，若想實(shí)現(xiàn)真正的智能化開采，仍然需要不懈的努力。文章主要針對煤礦智能化開采技術(shù)的研究現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并對其發(fā)展進(jìn)行展望。

關(guān)鍵詞：煤礦開采;智能化開采;研究現(xiàn)狀

中圖分類號：TD823.97 ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A ? ? ? ? 文章編號：2095-2945（2020）20-0151-02

Abstract： Coal mines are the most important mineral resources in China. If coal mining can be intelligent， it will be of great benefit to its development， and even directly affect the development of the national economy and the development of social intelligence. After many years of practice， China 's coal mining has gradually moved towards the intelligent road under the original mechanized conditions， and has also achieved obvious results. At the end of 2019， more than 200 intelligent coal mining faces have been successfully established， thus achieving the aim of the intelligent mining of coal mines with fewer people. However， the current coal mining technology has not yet reached the expected level. From a global perspective， even coal mining technology can only be regarded as the initial link of intelligent development. If you want to achieve true intelligent mining， you still need to Unremitting efforts. This paper mainly analyzes the research status of coal mine intelligent mining technology and prospects its development.

Keywords： coal mining; intelligent mining; research status

引言

煤礦產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展引進(jìn)了越來越多的現(xiàn)代化技術(shù)，而本身的開采技術(shù)也在不斷開發(fā)與完善，但整體發(fā)展仍然需要順應(yīng)時代發(fā)展的趨向與要求，煤礦開采已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了基本的機(jī)械化，而信息化智能化則是當(dāng)下時代發(fā)展的主流，各個行業(yè)都在不斷提高自身的智能化和信息化水平，從而加強(qiáng)生產(chǎn)效率。在“十三五”期間，我國的煤礦行業(yè)也成功攻克了智能化開采技術(shù)難關(guān)，研發(fā)出綜采成套智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了無人現(xiàn)場操作的智能化開采作業(yè)。但受到工作面的影響，一些地質(zhì)條件和開采條件較差的環(huán)境則無法充分適應(yīng)，因此也需要進(jìn)一步改善，提高智能化開采技術(shù)手段的適應(yīng)性。

1 煤礦智能化開采技術(shù)的研究現(xiàn)狀

雖說智能化這一概念在煤礦領(lǐng)域研究中廣泛提及，已經(jīng)成為煤礦行業(yè)今后發(fā)展的主要方向，但對于煤礦智能化的認(rèn)知都存在一定偏差。實(shí)際上，煤礦智能化的實(shí)現(xiàn)需要兩個條件：“建一個網(wǎng)，制一張圖”，其中“建一個網(wǎng)”便是需要在開采工作面中建立萬兆網(wǎng)絡(luò)，萬兆網(wǎng)絡(luò)便是即將普及的5G無線網(wǎng);“制一張圖”便是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化圖紙，將井下采掘、運(yùn)輸、通排等系統(tǒng)全部匯入其中，智能化煤礦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系如圖1所示[1]。

1.1 智能開采關(guān)鍵技術(shù)

煤礦開采方法由原本的人力采掘和炮采，到如今的綜采，已經(jīng)逐漸邁向智能化的道路，而近些年從煤礦智能化開采技術(shù)的研究和實(shí)踐能夠得知，智能化開采技術(shù)主要以全智能開采和半智能開采兩種發(fā)展形勢，如圖2所示。

（1）全智能開采技術(shù)

因?yàn)槎鄶?shù)煤礦開采工作面環(huán)境條件較為苛刻，同時會存在多種變動因素，所以全智能化的煤礦開采系統(tǒng)需要具備足夠的自動感知性能以及智能決策性能等：

其一，水平、直線控制技術(shù)。這一技術(shù)結(jié)合地質(zhì)勘探來獲得煤層的結(jié)構(gòu)信息，并根據(jù)結(jié)構(gòu)信息來建立一個三維的工作面模型;根據(jù)導(dǎo)航系統(tǒng)來做到采煤設(shè)備的實(shí)時位置確定。水平控制技術(shù)是采煤機(jī)在采掘推進(jìn)時引導(dǎo)采煤機(jī)與刮板輸送機(jī)俯仰控制的管控手段。直線控制技術(shù)便是在采煤機(jī)傾斜向循環(huán)運(yùn)作時能夠確保刮板輸送機(jī)等設(shè)備能夠進(jìn)行移架和推溜等操作，避免液壓支架位序混亂及刮板輸送機(jī)損壞問題。

其二，高度控制技術(shù)。在采煤機(jī)沿著工作面傾斜向循環(huán)割煤過程中，需要控制好滾筒的高度，避免割到頂?shù)装寤驇r層，確保采掘工作的穩(wěn)定推進(jìn)。這一技術(shù)的重點(diǎn)便是煤巖界面的鑒別。

（2）半智能開采

煤礦全智能開采對于技術(shù)水平有著較為嚴(yán)格的要求，同時多數(shù)技術(shù)節(jié)點(diǎn)仍然不夠完善，所以當(dāng)下的煤礦智能化開采主要的研究目標(biāo)便是“工作面自動化+遠(yuǎn)程控制”，而這一技術(shù)的重點(diǎn)是工作面的遠(yuǎn)程再現(xiàn)以及設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。

其一，工作面遠(yuǎn)程再現(xiàn)技術(shù)。需要利用遠(yuǎn)程再現(xiàn)技術(shù)對開采環(huán)境以及開采過程、支護(hù)結(jié)構(gòu)、運(yùn)輸?shù)葼顟B(tài)與進(jìn)度進(jìn)行掌握，才能夠在出現(xiàn)問題時及時控制設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程干預(yù)。

其二，設(shè)備遠(yuǎn)程控制技術(shù)。工作面的采掘、支護(hù)、運(yùn)輸系統(tǒng)都會處于不斷運(yùn)作的狀態(tài)，而運(yùn)作過程也是變化的過程，因此需要保證各個系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)性，并對設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，其重點(diǎn)有三點(diǎn)，第一，針對采煤機(jī)和刮板運(yùn)輸機(jī)等設(shè)備進(jìn)行升級與優(yōu)化;第二，需要連接高速且穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng);第三，需要結(jié)合人機(jī)工程學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域來構(gòu)建更加完善的人機(jī)交互界面。

1.2 煤礦智能化開采技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)前，我國煤礦企業(yè)對于智能化開采技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)初具規(guī)模，在工作面運(yùn)輸順槽建設(shè)監(jiān)測點(diǎn)，利用遠(yuǎn)程控制來實(shí)現(xiàn)采掘設(shè)備的自動化管理。在2016年，陜煤化集團(tuán)黃陵礦業(yè)公司一號煤礦便應(yīng)用這一技術(shù)，自當(dāng)年5月到2018年9月份，共完成8102與6201等工作面的回采作業(yè)，最高月采量達(dá)到了17萬t，共安全生產(chǎn)原煤359.5萬t。神華神東石圪臺煤礦31202等工作面也相繼應(yīng)用煤礦無人、少人智能化開采技術(shù)，能夠做到某個工作面或采掘設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，也為我國煤礦智能開采技術(shù)的開發(fā)與應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)。

2 煤礦智能化開采技術(shù)的發(fā)展展望

2.1 智能裝備技術(shù)

進(jìn)一步推進(jìn)井下高速無線通訊技術(shù)、煤礦識別技術(shù)、自動找直技術(shù)的研究與開發(fā)，進(jìn)一步加強(qiáng)井下網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸速度和設(shè)備的整體性能，確保整體裝備的適用性和實(shí)用性。

2.2 智能導(dǎo)航技術(shù)

通過計(jì)算機(jī)技術(shù)與導(dǎo)航技術(shù)的結(jié)合，對采掘設(shè)備實(shí)施實(shí)時定位，能夠有效改善工作面的地質(zhì)勘探和空間定位問題，并提高對于設(shè)備的智能化控制水平，從而做到安全監(jiān)控和高精度開采。

2.3 智能機(jī)器人

對于工作面的維護(hù)與管理來說，遙控智能機(jī)器人能夠起到輔助工作的效果，利用性能相匹配的傳感設(shè)備，并進(jìn)行改裝處理，便可以實(shí)現(xiàn)煤礦智能化工作面的自主化開采。

2.4 “三無”開采技術(shù)

“三無”開采技術(shù)指的是無人、無巷道、無煤柱的煤礦開采新模式，積極推廣智能化無人開采技術(shù)的研發(fā)，推進(jìn)智能化開采技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展。

2.5 智能化掘進(jìn)技術(shù)

加強(qiáng)智能化掘進(jìn)技術(shù)的研究力度，提高掘進(jìn)設(shè)備的整體性能與智能化控制，創(chuàng)造更加協(xié)調(diào)高效的掘進(jìn)工作面，實(shí)現(xiàn)無人化的煤礦掘進(jìn)作業(yè)[2]。

3 結(jié)束語

與互、物聯(lián)網(wǎng)及人工智能技術(shù)的結(jié)合是煤礦開采技術(shù)的主要發(fā)展方向，而這種方式也為煤礦行業(yè)帶來了更加寬闊的發(fā)展空間和更多的發(fā)展機(jī)遇，對開采技術(shù)的創(chuàng)新和行業(yè)的發(fā)展都有著積極的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐建軍.煤礦智能化綜采技術(shù)現(xiàn)狀及展望[J].陜西煤炭，2017，36（03）：44-47+13.

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[3]余銅柱.智能化技術(shù)在煤礦開采中的現(xiàn)狀及展望[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報，2019，16（19）：22-23.