礦井智能化開采關(guān)鍵技術(shù)分析

楊勇

摘 要：作為中國(guó)的主要能源，在未來相當(dāng)長(zhǎng)的一段時(shí)間內(nèi)，礦井開采仍繼續(xù)占據(jù)世界能源結(jié)構(gòu)的主導(dǎo)地位。在當(dāng)前信息化、智能化革命到來之際，礦井智能化是適應(yīng)當(dāng)代信息工業(yè)革命發(fā)展趨勢(shì)、保障國(guó)家能源供應(yīng)、促進(jìn)礦井工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心。應(yīng)用信息技術(shù)、智能制造技術(shù)和人工智能技術(shù)的研究成果，實(shí)現(xiàn)礦井安全、高效、綠色開采和利用，實(shí)現(xiàn)礦井智能化已成為礦井工業(yè)發(fā)展的必經(jīng)之路。圍繞智慧礦井及智能化無人開采的重大技術(shù)需求，突破行業(yè)共性核心問題，加快智能、安全、高效現(xiàn)代礦井生產(chǎn)體系建設(shè)成為主要目標(biāo)。

關(guān)鍵詞：礦井;智能化開采;關(guān)鍵技術(shù)

0 引言

近年來，受城市經(jīng)濟(jì)建設(shè)進(jìn)程持續(xù)深化的影響，促使市場(chǎng)中石油能源使用需求缺口漸漸擴(kuò)大，而做好礦井開采工作不止能為社會(huì)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行發(fā)展提供相應(yīng)的能源支持，更保證日常生活供暖的有序性及不間斷性。與其他類型能源相比，礦井開采作業(yè)量大且作業(yè)難度高，尤其是大范圍應(yīng)用自動(dòng)化技術(shù)及智能化技術(shù)后，大大增加各種問題的發(fā)生率，對(duì)礦井生產(chǎn)安全性產(chǎn)生極其不利的影響，甚至埋下安全事故的發(fā)生隱患。一旦發(fā)生安全生產(chǎn)事故則威脅開采人員生命健康安全，甚至造成企業(yè)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失。由此可見，礦井資源開采期間靈活運(yùn)用智能化技術(shù)手段，根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)具體情況選擇適宜的開采技術(shù)，能保證礦井開采工作有序開展。

1 礦井智能化開采與國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r

礦井智能化開采，集物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)，打造一體化智能平臺(tái)，將科學(xué)技術(shù)與礦井開采充分結(jié)合，推動(dòng)礦井智能化發(fā)展。礦井智能化開采平臺(tái)的建設(shè)，通過自動(dòng)化安全生產(chǎn)，減少開采冗余環(huán)節(jié)，以環(huán)保節(jié)能手段充分開采礦井資源，實(shí)現(xiàn)礦井可持續(xù)發(fā)展。礦井智能化開采落實(shí)，是全面貫徹落實(shí)環(huán)境保護(hù)政策的重要手段，創(chuàng)新礦井開采過程，增加綠色環(huán)保技術(shù)，通過綜合管理平臺(tái)與采掘運(yùn)輸信息管理、導(dǎo)航監(jiān)控、智能化無人工作系統(tǒng)等的結(jié)合，確保礦井開采中相互聯(lián)系，分層次展開礦井開采工作。國(guó)外礦井智能化開采技術(shù)發(fā)展迅速，高新技術(shù)的應(yīng)用很大程度上改變了礦井工業(yè)的發(fā)展面貌，以先進(jìn)采煤技術(shù)與設(shè)備，實(shí)現(xiàn)礦井集中高效生產(chǎn)，智能化發(fā)展基礎(chǔ)上，生產(chǎn)規(guī)模明顯國(guó)家，據(jù)悉德國(guó)礦井平均生產(chǎn)規(guī)模達(dá)到280萬(wàn)t，英國(guó)為180萬(wàn)t，波蘭為200萬(wàn)t，而我國(guó)僅達(dá)到10萬(wàn)t。大部分發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了礦井生產(chǎn)綜合機(jī)械化，遙控、自動(dòng)化發(fā)展極為先進(jìn)，生產(chǎn)率明顯提高。我國(guó)近些年積極引進(jìn)采煤機(jī)、液壓支架以及刮板輸送機(jī)等，采礦效率明顯提高，同時(shí)為智能化發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

2 礦井采煤機(jī)智能化現(xiàn)狀分析

2.1 設(shè)置不合理

礦井開采期間采煤機(jī)應(yīng)用智能化技術(shù)手段能保證所有開采工作有序開展，但是智能化技術(shù)具體應(yīng)用時(shí)存在出現(xiàn)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸問題的可能，尤其是所采取的解決措施不夠合理則直接影響采煤機(jī)使用質(zhì)量及使用效率。同時(shí)，目前我國(guó)礦井企業(yè)普遍存在對(duì)無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)設(shè)置的重視程度有待提升的問題，一旦其綜采工作研究力度遠(yuǎn)遠(yuǎn)不足則可能引發(fā)無人機(jī)交換布置期間出現(xiàn)無法根據(jù)礦井資源具體開采狀況進(jìn)行使用的問題，直接影響網(wǎng)絡(luò)布置的合理性，甚至無法充分發(fā)揮無線網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。此外，部分無線交換機(jī)設(shè)備技術(shù)設(shè)計(jì)未從根源上認(rèn)識(shí)到通信渠道的重要性及必要性。

2.2 技術(shù)不普及

現(xiàn)階段礦井作業(yè)中煤層動(dòng)態(tài)傾角實(shí)時(shí)測(cè)量開始采用煤巖界面識(shí)別技術(shù)。設(shè)備滾筒高度的調(diào)整則依靠此測(cè)量數(shù)據(jù)，從而得到綜采工作面的水平高度。綜采工作面水平高度的調(diào)整方式在國(guó)內(nèi)外是不同的，國(guó)內(nèi)裝備高度的調(diào)整使用的是記憶割煤技術(shù)，但是當(dāng)煤層走向發(fā)生大的變化時(shí)該技術(shù)就不再準(zhǔn)確。國(guó)外裝備高度的調(diào)整使用的是熱紅外攝像儀，根據(jù)掃描的結(jié)果進(jìn)行工作面高度的調(diào)整，然而現(xiàn)今熱紅外攝像儀的使用尚未普及。

2.3 設(shè)計(jì)規(guī)劃不足

通常情況下，采煤機(jī)裝置使用期間采取科學(xué)合理的截割路徑設(shè)計(jì)方案是保證設(shè)備使用期間滿足開采環(huán)境具體要求的技術(shù)前提及標(biāo)準(zhǔn)要求，方可達(dá)到提高采煤機(jī)綜合性能設(shè)計(jì)質(zhì)量的目標(biāo)。同時(shí)，規(guī)劃設(shè)計(jì)采煤機(jī)設(shè)備截割路徑期間，不得脫離設(shè)備截割滾筒特點(diǎn)進(jìn)行綜合考慮，根據(jù)礦井開采現(xiàn)場(chǎng)具體情況選擇科學(xué)合理的開采方式，尤其是結(jié)合煤層具體厚度進(jìn)行判斷，能大幅度提高煤巖截面識(shí)別技術(shù)的處理效率及處理質(zhì)量。部分礦井開采企業(yè)規(guī)劃設(shè)計(jì)采煤機(jī)具體截割路徑期間，普遍存在忽略實(shí)際使用狀況的問題，造成采煤機(jī)截割處理出現(xiàn)大量問題，直接影響其截割效果。

2.4 實(shí)際工作環(huán)境不理想

當(dāng)前，礦井開采的智能化綜采工作面系統(tǒng)尚不穩(wěn)定，還存在許多不得不解決的問題：一是礦井綜采的工作環(huán)境較為惡劣，礦井開采的工作環(huán)境常常是位于幾百米以下的地面深處，環(huán)境悶熱潮濕、粉塵多、光線弱，礦井開采人員難以在如此復(fù)雜艱難的環(huán)境中工作，而綜采系統(tǒng)的傳感器的反應(yīng)速度和可靠性都會(huì)受環(huán)境的制約，難以向地面?zhèn)鬟_(dá)最真實(shí)可靠的數(shù)據(jù)。二是礦井開采的地質(zhì)環(huán)境十分復(fù)雜，穩(wěn)定性弱，相關(guān)技術(shù)難以在復(fù)雜環(huán)境中實(shí)現(xiàn)普遍應(yīng)用，各礦區(qū)的實(shí)際情況也并不相同，技術(shù)運(yùn)用難度大。

3 礦井采煤機(jī)智能化關(guān)鍵技術(shù)手段分析

3.1 工作面綜采裝備位姿監(jiān)測(cè)技術(shù)

礦井井下工作面綜采裝備的姿態(tài)感知和測(cè)量是進(jìn)行綜采裝備智能控制的必要條件。礦井井下環(huán)境復(fù)雜多變，因此需要高精度、高可靠性的定位導(dǎo)航系統(tǒng)對(duì)綜采裝備進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。在裝備運(yùn)行過程中，可通過采用三維激光掃描儀、紅外高清攝像儀進(jìn)行實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)掃描，對(duì)工作面進(jìn)行三維激光掃描，實(shí)時(shí)構(gòu)建工作巷道三維模型，繪制工作面地圖。由于井下高粉塵環(huán)境，可采用仿生除塵、智能去塵的本安型防爆視覺傳感器對(duì)井下環(huán)境進(jìn)行高清圖像獲取。利用慣性導(dǎo)航、機(jī)器視覺和激光掃描等高精度定位技術(shù)對(duì)綜采裝備位置進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，為綜采裝備安裝高精度傳感器，采用多傳感信號(hào)集成監(jiān)測(cè)技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)綜采裝備的姿態(tài)。應(yīng)用基于多信息的三維場(chǎng)景實(shí)時(shí)建模，搜集綜采工作面三維地圖、裝備行程、壓力、傾角等傳感信息，通過視頻增強(qiáng)技術(shù)和動(dòng)態(tài)建圖技術(shù)構(gòu)建遠(yuǎn)程虛擬生產(chǎn)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，從而實(shí)現(xiàn)工作面綜采裝備位姿的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。

3.2 智能采煤機(jī)

綜采工作面智能化設(shè)備的不斷發(fā)展使得智能化設(shè)備在礦井業(yè)中得到了廣泛的應(yīng)用，智能采煤機(jī)就是其中一個(gè)廣泛受用的智能化設(shè)備。智能采煤機(jī)具有多種工作模式，并會(huì)根據(jù)不同的任務(wù)需求使用不同的模式。通過傳感器得到與采煤有關(guān)各個(gè)設(shè)備的位置對(duì)設(shè)備的運(yùn)動(dòng)路線進(jìn)行估計(jì)以完成聯(lián)動(dòng)控制，對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)程的無人操作控制則需要結(jié)合跟進(jìn)作業(yè)和斜切進(jìn)刀工藝等。

3.3 智能礦井開采記憶截割技術(shù)

礦井智能化開采中，根據(jù)記憶截割的方式，以人工自動(dòng)化操作的方式對(duì)采煤機(jī)進(jìn)行操控，不斷進(jìn)行學(xué)習(xí)與記憶，制定采煤機(jī)自動(dòng)割煤計(jì)劃。利用位移型調(diào)高油缸的方式，完善礦井開采中采煤機(jī)控制系統(tǒng)，智能記憶截割技術(shù)下，自主對(duì)礦井開采工作面進(jìn)行定位，并且及時(shí)將定位信息傳遞到位置傳感器中，保證智能化開采平臺(tái)能夠及時(shí)掌握，合理安排礦井開采計(jì)劃。礦井開采期間，記憶截割技術(shù)應(yīng)用中，必須在采煤機(jī)的搖臂上安裝傾斜計(jì)，隨時(shí)跟蹤采煤機(jī)，掌握其坐標(biāo)變化，控制采煤機(jī)搖臂工作在+45°～-20°工作，確保采煤機(jī)工作順利。

4 結(jié)束語(yǔ)

礦井智能化開采是煤炭產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和煤炭工業(yè)技術(shù)改革的核心，礦井企業(yè)務(wù)必緊跟信息時(shí)代的發(fā)展步伐，應(yīng)用信息技術(shù)的成果，將數(shù)字化、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術(shù)應(yīng)用于煤炭開采過程中，攻關(guān)智能化開采核心技術(shù)難題，逐步實(shí)現(xiàn)礦井開采全過程的智能化監(jiān)控，通過遠(yuǎn)程監(jiān)控實(shí)現(xiàn)井下少人甚至無人作業(yè)，徹底改變傳統(tǒng)的礦井生產(chǎn)方式，使煤炭行業(yè)適應(yīng)信息時(shí)代的發(fā)展，走可持續(xù)發(fā)展的道路。

參考文獻(xiàn)：

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