我國煤礦智能化開采現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

王楊博

摘 要：煤炭作為我國的主要能源，具有十分重要的作用，隨著科技創(chuàng)新能力的不斷提高，煤礦開采逐漸朝智能化的方向發(fā)展。本文介紹了智能采礦技術(shù)現(xiàn)狀和關(guān)鍵技術(shù)，針對(duì)現(xiàn)有的智能化水平不高、精確性低等問題，展望了智能開采的未來研究方向。

關(guān)鍵詞：智能化;關(guān)鍵技術(shù);煤礦

中圖分類號(hào)：TD823.97文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1003-5168（2020）14-0065-02

The Status Quo and Development Trend of Intelligent Coal Mining in China

WANG Yangbo

（Xin'an Coal Mine， Henan Dayou Energy Co.， Ltd.，Luoyang Henan 471842）

Abstract： As the main energy source in China， coal has a very important role. With the continuous improvement of technological innovation capabilities， coal mining has gradually developed in the direction of intelligence. This paper introduced the current status and key technologies of smart mining technology， and prospected the future research direction of smart mining in view of the problems of low intelligence level and low accuracy.

Keywords： intelligence;key technology;coal mine

我國是能源大國，煤炭資源儲(chǔ)量十分豐富。近年來，在煤炭技術(shù)裝備領(lǐng)域的政策支持和資金支持下，煤炭智能化技術(shù)不斷取得突破，機(jī)械化和自動(dòng)化程度大大提高，煤炭安全得到了保障。許多煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)了億噸無死亡。但是，我國煤炭開采智能化仍處于初級(jí)階段。我國的煤炭開采多為井工開采，地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對(duì)復(fù)雜，初級(jí)的智能技術(shù)對(duì)于復(fù)雜的開采過程來說仍無法滿足現(xiàn)實(shí)需求。煤炭安全沒有從根本上得到保障，仍會(huì)不可避免地發(fā)生一些事故，如瓦斯泄漏、頂板事故、冒水事故等[1]。因此，智能技術(shù)還需要進(jìn)一步的研發(fā)和改進(jìn)，以保障我國煤炭開采安全。本文在總結(jié)我國現(xiàn)有的智能采礦技術(shù)的基礎(chǔ)上，提出了未來技術(shù)改進(jìn)的建議。

1 礦山機(jī)械智能化的發(fā)展現(xiàn)狀和問題

1.1 礦山機(jī)械智能化的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著智能技術(shù)的不斷發(fā)展，數(shù)字化與機(jī)械化技術(shù)水平不斷提高。我國煤礦開采也開始使用智能技術(shù)，數(shù)字化礦山已經(jīng)不再罕見。但是，目前，智能技術(shù)在礦山領(lǐng)域還處于初級(jí)階段，仍具有更大的發(fā)揮空間。隨著時(shí)代的進(jìn)步，我國煤炭行業(yè)開始逐步轉(zhuǎn)型，從機(jī)械化過渡到自動(dòng)化并朝智能化方向發(fā)展[2-3]。目前，雖然中國礦業(yè)信息化已經(jīng)發(fā)展到一定水平，但許多礦業(yè)公司仍停留在信息化程度較低的傳統(tǒng)礦業(yè)階段，機(jī)械智能化應(yīng)用在某些領(lǐng)域受到制約。

1.2 礦山機(jī)械智能化存在的問題

1.2.1 設(shè)備問題。在煤炭開采的過程中，機(jī)械設(shè)備往往結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，機(jī)身較大，難以在煤炭開采的狹窄作業(yè)空間內(nèi)進(jìn)行精確性的活動(dòng)，這種情況極大地降低了煤炭開采的有效性，降低了煤炭開采的效率，無法滿足當(dāng)前所需要的產(chǎn)率。

1.2.2 技術(shù)問題。與發(fā)達(dá)國家相比，我國煤炭開采技術(shù)水平相對(duì)落后，信息化與數(shù)字化的發(fā)展水平略低，其智能化僅僅有一小部分礦山得到了實(shí)現(xiàn)。大多數(shù)的煤炭開采還需要人工操作。

1.2.3 環(huán)境問題。煤炭開采會(huì)引發(fā)一些環(huán)境問題，綜采過程會(huì)破壞自然環(huán)境與自然資源，不符合綠色、無污染的要求，不符合可持續(xù)發(fā)展理念。采礦設(shè)備的進(jìn)步帶來對(duì)環(huán)境的傷害，此問題不容小覷。調(diào)整和優(yōu)化工業(yè)發(fā)展模式目前是礦業(yè)公司面臨的普遍問題。

2 智能化開采的核心技術(shù)

2.1 地下開采裝備需要具備精確的定位和導(dǎo)航功能

在智能化煤炭開采的過程中，準(zhǔn)確的定位和導(dǎo)航是煤炭開采的重要環(huán)節(jié)。只有通過地下采礦定位導(dǎo)航模型，才能確保煤礦開采設(shè)備清楚地定位和測量采礦路線，嚴(yán)格遵循煤礦開采路線。但是，煤礦開采過程中，地下環(huán)境復(fù)雜，封閉的地下環(huán)境阻礙了信號(hào)的傳輸，因此難以實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位和準(zhǔn)確導(dǎo)航。在當(dāng)前的地下煤礦開采過程中，定位和導(dǎo)航一般是通過GIS地理信息系統(tǒng)導(dǎo)航等方法實(shí)現(xiàn)的，但該技術(shù)的應(yīng)用仍然存在很多問題，如技術(shù)成本較高、精度不夠、定位不夠精確等。在煤礦開挖過程中，掘進(jìn)機(jī)尚不能提供準(zhǔn)確的指導(dǎo)。在該技術(shù)中，輔助無人駕駛系統(tǒng)尚未開發(fā)。這也要求研究人員對(duì)這些問題進(jìn)行深入的分析和研究，盡快找到技術(shù)突破方向，并促進(jìn)該技術(shù)的發(fā)展。

2.2 在開采的過程中應(yīng)用智能探測技術(shù)

在煤礦開采過程中，智能探測技術(shù)主要有煤巖分界技術(shù)、煤矸放落自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、超前探測技術(shù)。

2.2.1 煤巖分界技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)使用單個(gè)天線和多普勒雷達(dá)的脈沖發(fā)送和接收信號(hào)。當(dāng)工作信號(hào)接觸煤巖層時(shí)，該信號(hào)將減弱并反射回發(fā)射區(qū)域。這樣可以區(qū)分煤層和巖石層。在判斷過程中，人們通過反射波的波長和頻率來判斷煤與巖石之間的界面，但是反射波的波長和頻率將受到透射波和煤層厚度的影響。

2.2.2 煤矸放落自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。煤矸放落自動(dòng)識(shí)別技術(shù)可以分析煤層礦物的組成，該技術(shù)實(shí)際上利用飛秒脈沖產(chǎn)生的電場來分析和識(shí)別礦石層的材料結(jié)構(gòu)。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，該技術(shù)一直存在操作問題。

2.2.3 超前探測技術(shù)。該技術(shù)精確度較高，使用范圍也較廣。它不用事先對(duì)物質(zhì)的成分進(jìn)行分析，在多種條件下都能夠使用。

2.3 設(shè)備故障自動(dòng)化處理

在實(shí)際的開采過程中，不可避免地會(huì)發(fā)生設(shè)備故障等問題。如何在設(shè)備故障發(fā)生時(shí)及時(shí)確定故障位置并有效解決故障，進(jìn)行自動(dòng)化處理是人們面對(duì)的技術(shù)難題。在以往的智能化開采過程中，人們往往針對(duì)特定問題進(jìn)行深入的研究與思考，提出對(duì)應(yīng)的問題。但對(duì)于工作面發(fā)生的問題，由于時(shí)間的關(guān)系，人們無法進(jìn)行深入的研究與分析。這也限制了智能煤礦的發(fā)展。

3 發(fā)展趨勢展望

中國煤炭智能化階段的目標(biāo)是：到2020年，建成100個(gè)初級(jí)智能示范煤礦。到2025年，所有大型煤礦將基本實(shí)現(xiàn)智能化。機(jī)械智能是礦山綜合開采技術(shù)的重要突破，對(duì)提升煤礦工業(yè)和煤礦綠色開采具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，要引進(jìn)大批專業(yè)人才，與時(shí)俱進(jìn)，加快促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)。

3.1 智能導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用

智能導(dǎo)航技術(shù)以實(shí)時(shí)三維GIS技術(shù)為基礎(chǔ)，結(jié)合了地理信息、三維可視化和工作面檢測技術(shù)。該技術(shù)提高了煤炭開采的精確性，能夠?qū)ぷ髅鎸?shí)時(shí)探測與自動(dòng)定位。

3.2 設(shè)備趨向于多樣化

目前，我國煤炭開采設(shè)備單一，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以在狹窄的工作面進(jìn)行作業(yè)。為了滿足實(shí)際采煤需求，煤炭開采設(shè)備要朝多元化方向發(fā)展。例如，安裝可以進(jìn)行人工智能處理的傳感器，并通過數(shù)據(jù)處理模塊計(jì)算采煤機(jī)的工作位移，以將數(shù)據(jù)輸入模型中進(jìn)行自主開采;引進(jìn)智能化的采礦機(jī)器人，逐步取代人來全面進(jìn)行采礦工作，從而節(jié)省人力和物力。最后，還可以引進(jìn)先進(jìn)的超聲技術(shù)。與傳統(tǒng)的探測方法相比，該技術(shù)的應(yīng)用簡化了工作環(huán)節(jié)并減少了工作量。

3.3 安全防控系統(tǒng)逐漸優(yōu)化

現(xiàn)階段，煤炭安全的重要性越來越高，煤炭安全監(jiān)測是必要環(huán)節(jié)。但是，當(dāng)前，煤炭安全監(jiān)測工作仍存在著不足，煤炭安全生產(chǎn)還是不容松懈。人們要加大安全網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的監(jiān)控程度，秉持早發(fā)現(xiàn)、早處理的原則，在安全問題出現(xiàn)之前，及時(shí)修復(fù)缺陷，提高煤炭安全性，對(duì)綜采工作面的設(shè)備進(jìn)行及時(shí)監(jiān)測和故障診斷。首先，開采單位要確保礦山機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行，保證礦山機(jī)械設(shè)備的性能，定期對(duì)每個(gè)控制單元進(jìn)行安全隱患排查，同時(shí)注意做好維修準(zhǔn)備。另外，要對(duì)機(jī)械操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，完善安全操作系統(tǒng)，確保培訓(xùn)后的操作人員能夠勝任綜采工作，減少安全事故的發(fā)生率。要做好日常工作記錄，為日后的排查工作和下階段的工作安排提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，從而提高工作效率。這樣集人機(jī)于一體的安全防控系統(tǒng)，減少人為失誤，提高了機(jī)械的可靠性和煤炭生產(chǎn)的安全性。

4 結(jié)語

智能化的發(fā)展是大勢所趨，煤炭開采逐步從機(jī)械化、自動(dòng)化轉(zhuǎn)向智能化，這是重要的技術(shù)突破，是煤炭行業(yè)的轉(zhuǎn)型戰(zhàn)略目標(biāo)。新時(shí)代，人們要總結(jié)過去的經(jīng)驗(yàn)，反思之前的不足之處，立足于當(dāng)下，不斷提高智能技術(shù)水平，推進(jìn)煤炭開采技術(shù)的智能應(yīng)用。在煤炭開采過程中，利用智能開采技術(shù)，提高煤炭開采效率，降低煤炭事故率，在保障安全的同時(shí)提高經(jīng)濟(jì)效益。要秉持著高效、綠色、無污染的原則，不斷創(chuàng)新，不斷改進(jìn)煤炭智能化開采技術(shù)。

參考文獻(xiàn)：

[1]張飛.煤礦智能化綜采工作面系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用探討[J].中國設(shè)備工程，2020（5）：28-30.

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[3]我國煤炭行業(yè)首個(gè)智能化開采領(lǐng)域的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)正式發(fā)布[J].中國煤炭，2019（11）：72.