煤礦智能化開采技術研究現(xiàn)狀及展望

于洪林 王善超 張磊 魏晉宏 李秋婷

[摘? ? 要]煤炭工業(yè)的發(fā)展對社會產生的能源供給有著重要影響，隨著煤礦事故的頻繁發(fā)生，社會各方面對采煤的興趣越來越大。煤業(yè)發(fā)展階段，煤礦建設企業(yè)的開采能力與員工的安全、采煤質量有著密切的關系。為了逐步改變和消除以往的開采模式，我國大多數(shù)采煤區(qū)都在不斷引進技術和設備，實現(xiàn)了煤炭采煤向智能化的發(fā)展。文章介紹了有關采煤智能采掘技術的研究現(xiàn)狀及展望，為我國煤炭事業(yè)的發(fā)展提供重要保障。

[關鍵詞]煤礦;智能化開采技術;研究現(xiàn)狀;展望

[中圖分類號]TD82 [文獻標志碼]A [文章編號]2095–6487（2021）10–0–03

Research Status and Prospect of Intelligent Mining Technology in Coal Mine

Yu Hong-lin，Wang Shan-chao，Zhang Lei，Wei Jin-hong，Li Qiu-ting

[Abstract]The development of coal industry has an important impact on the energy supply of society. With the frequent occurrence of coal mine accidents， all parties in the society are more and more interested in coal mining. In the development stage of coal industry， the mining capacity of coal mining construction enterprises is closely related to the safety of employees and coal mining quality. In order to gradually change and eliminate the previous mining mode， most coal mining areas in China are constantly introducing technology and equipment， realizing the development of coal mining to intelligence. This paper introduces the research status and Prospect of intelligent mining technology for coal mining， which provides an important guarantee for the development of coal industry in China.

[Keywords]coal mine; intelligent mining technology; research status; expectation

1 煤礦智能化開采技術及作用

智能采掘技術是無人值守技術，集機械化、信息技術、自動化于一體。應用自動化網絡技術和智能儀器設備，可對相關的采掘機械進行有效地控制，有效地實現(xiàn)采掘任務的合理分配[1]。智能化采煤技術在煤炭生產中的應用既重要又有實用性，而智能化挖掘技術則有效地減少了人工、減少了人工和無人值守的煤炭開采，使監(jiān)測中心和地面控制中心遠距離運行。這大大減少了風險，改善安全效率，煤礦采煤的安全水平有了很大提高。

1.1 提高企業(yè)煤礦開采的經濟效益

煤礦企業(yè)在激烈的競爭中，要想提高自身的競爭水平，最重要的就是持續(xù)改進采煤方法、使用新的開采技術以降低人工成本，以及提高采煤的整體效率和質量，是采煤企業(yè)整體發(fā)展的重要參考。通過使用新的煤炭犁開采方法，各層可以自動保持水平，無須相關人員采取措施。能夠節(jié)省人力成本，還能有效控制煤礦開采的整體質量。

1.2 有利于提高煤礦企業(yè)規(guī)范化管理

新的開采技術的開發(fā)可以及時排除原有的機械設備，新的生產設備可以對采煤技術提出更高要求，促進煤炭采煤企業(yè)的標準化合理開發(fā)。同時應用新技術，還可以提高自身開采的效率和質量，為企業(yè)的持續(xù)發(fā)展和創(chuàng)新提供重要保證。實時維護和機械設備的使用，增強機械設備管理質量，確保機械設備穩(wěn)定運行，保障煤礦開采效率全面提高。

1.3 確保采礦人員的生命安全

在煤礦開采的過程中，由于各種各樣的外在因素，很容易引發(fā)安全事故，大多數(shù)的煤礦開采環(huán)境生態(tài)十分脆弱、瓦斯含量非常高，造成安全事故頻發(fā)。在煤礦開采中企業(yè)必須要充分運用新技術來減少危險因素，確保整體開展質量顯著提升，減少不必要的安全事故。

2 煤礦智能化開采技術現(xiàn)狀

2.1 煤礦開采定位系統(tǒng)

采煤定位系統(tǒng)避免了手工測量不準確、大誤差等缺點，有利于采煤定位的精確。礦井電磁信號很弱，不能正確地接收GPS信號，給煤礦采煤定位帶來困難。該系統(tǒng)以GIS地理信息系統(tǒng)為基礎，集成多方向技術，提供了地下挖掘作業(yè)的精確測量與定位，極大地提高挖掘定位精度，使定位數(shù)據(jù)更加精確。

2.2 智能煤礦開采記憶截割技術

智能采煤記憶切割技術將記憶切割技術應用于智能采煤，制訂自動采煤計劃，實現(xiàn)采煤機的手動和自動控制[2]。如采用位移式高度調整油缸，采用智能存儲器切割技術，從采煤面主位置通過位置傳感器，接收位置信息并及時反饋到智能操作平臺，有利于智能化操作平臺實現(xiàn)合理的采煤計劃。利用位移或高度編碼器進行自動定位，以提高剪切機的定位精度，并與具有自動定位功能的位置傳感器相結合，能更有效地完成整體的開采工作。

2.3 礦井智能平臺數(shù)據(jù)分析技術

礦井條件惡劣、環(huán)境復雜，煤礦智能平臺的數(shù)據(jù)分析技術涉及了煤礦智能平臺的數(shù)據(jù)分析技術。通過對這些數(shù)據(jù)的綜合分析，智能平臺可以把握數(shù)據(jù)的變化規(guī)律，充分利用其應用價值，明確了解采煤情況，改進控制功能，幫助采煤取得突破。

2.4 煤礦井下作業(yè)中的視頻監(jiān)控技術

對于井下監(jiān)控技術而言，增加資源回收、提高安全無疑是重要的操作。該監(jiān)控技術實際上是一種用于指揮中心視頻監(jiān)控的一系列技術設備，能夠在井下作業(yè)中對采煤設備和煤層傾斜進行實時、精細實時觀測，使操作者能夠準確掌握。

2.5 5G通信技術

在煤炭工業(yè)中，對通信技術提出了更高的要求和訴求。而在特殊的地下環(huán)境，通信系統(tǒng)不僅需要傳輸速度快、可靠性高，而且還具有網絡覆蓋率、傳輸功率、安全防爆等特殊功能。煤炭工業(yè)的發(fā)展中，智能煤炭開采、智能運輸、礦山網絡勘探、包括煤礦大數(shù)據(jù)在內的礦山智能化水平的提高、挖掘機器視覺、煤礦機器人、虛擬現(xiàn)實等，煤礦無線通信系統(tǒng)的性能將逐漸無法滿足，需要智慧發(fā)展。

3 智能采煤礦山采掘設備分析

3.1 智能液壓支架

目前全機械化液壓支撐電控系統(tǒng)是一種在設計初期沒有內置支撐的附加產品。以后的設計中，為了提高支架從根部的自動化程度，要先考慮將控制器、傳感器和支架的電氣液壓控制系統(tǒng)集成到支架上。通過監(jiān)控中心設計，實現(xiàn)了液壓支承的遙控控制，實現(xiàn)了液壓支承的遠程控制和剪切支承的自動跟蹤。通過這種方式，液壓支撐可由剪切機自動操作[3]。

3.2 智能采煤機

智能化采煤機能夠通過作業(yè)平臺實現(xiàn)采煤作業(yè)的遠程控制。利用傳感器技術采集剪切機及其支撐的工作狀態(tài)及位置關系，可準確地預測剪切機的運行軌跡。利用自動操作方式，完成裁斷機和其他設備的調節(jié)操作。監(jiān)測中心系統(tǒng)將剪切機的監(jiān)測位置和工作狀態(tài)反饋給操作控制臺，通過剪切機視頻系統(tǒng)發(fā)出指令和指令，網絡和數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)將指令信息反饋給操作控制臺，實現(xiàn)剪切機開采作業(yè)的遠程控制。

3.3 智能刮板運輸機

智能型刮板輸送機是一種新型的刮板輸送機，極大地提高了煤炭運輸?shù)男?。本機械內部操作包括刮板鏈條自適應張力、軟啟動、自動監(jiān)控等技術的實現(xiàn)與聯(lián)合應用。軟起動控制需要減速機、電機、變頻器的調節(jié)，能保證設備正常、安全地工作，但使用成本較高。智能型刮板輸送機可利用監(jiān)控網絡系統(tǒng)實現(xiàn)對主要部件的連接和控制，同時自動報警和處理智能故障。

4 煤礦智能化開采技術的發(fā)展

4.1 自動調度控制技術

自動送單控制技術可以看作“按需生產”模式。在開采過程中，通過合理應用該技術，可自動規(guī)劃切割機的前進速度、采煤進度、作業(yè)強度，以滿足煤炭需求。設計的工藝參數(shù)包括工作面傾角、煤縫厚度、水文條件、瓦斯系數(shù)、運輸系統(tǒng)承載能力及對煤炭需求的綜合分析。通過合理的計劃，可以有效地落實采煤進度，對相關設備進行合理控制，提高生產智能化。

4.2 災害預防控制技術

在采煤工程中，合理運用無線通信技術，可有效減少地下電纜根數(shù)，保證地下工作面清潔，有效促進防災技術的合理開發(fā)?；跓o線通信技術，工作人員可以與監(jiān)控中心進行有效通信，實現(xiàn)對地下偵察員安全具有重要意義和價值的相關信息的有效溝通。通過有效地收集安裝在地下的傳感器，對災害進行有效監(jiān)測，保證了預警工作的開展。

4.3 自適應調高技術

自適應高度調節(jié)技術主要由智能控制技術和煤巖界面自動識別感知技術組成，其中智能控制技術主要是根據(jù)煤、石的界面識別曲線，該技術的優(yōu)勢在于對設備進行實時控制，控制延時一般為10～30 ms。如何有效地識別煤巖界面是應用該技術的難點之一。為此，合理應用煤巖界面的自動識別與識別技術，能夠滿足智能控制技術在應用過程中的相關需求。

4.4 切頂沿空留巷智能化開采技術

智能采煤技術是一種沿山巖開鑿屋頂、保持巷道的智能開采技術，是我國現(xiàn)有全機械化采煤技術的一項新技術。正確運用該技術，可有效實現(xiàn)無柱開采。這一技術可有效地實現(xiàn)采煤工程資源的合理回收與利用，促進采煤水平的有效改善和優(yōu)化。該技術能促進員工在采煤過程中對采煤機控制水平的開發(fā)與優(yōu)化，對采煤安全具有很高的價值。

4.5 煤礦綠色開采技術

綠色開采技術可以全面規(guī)劃和科學分析道路挖掘，有效減少道路挖掘量。因此，整個礦山所包含的自然地區(qū)在開采前必須進行全面合理的規(guī)劃。需要在時間內分類排出。為了減少礦山內的廢氣、灰塵、有害氣體，提高某些零部件的利用效率，加強和減少可用零部件的廢氣處理，采用封閉循環(huán)水流模式，減少煤礦開采中的環(huán)境污染問題。

4.6 超厚煤層采煤技術

在煤炭采煤技術不斷開發(fā)的背景下，高度較高的完全機械化的洞穴探險技術可能會產生很好地照明效果，提高有效地同一煤炭接縫整體開采質量。超厚完全機械化的洞穴勘探技術在超厚煤炭接縫開采方面有非常大的優(yōu)點，但需要與之相適應的剪切機和液壓支柱，初期費用比較高。

5 煤礦智能開采技術的優(yōu)化策略

5.1 加強安全意識的教育

煤礦采煤智能挖掘技術的第一個優(yōu)化策略是提高安全意識。與其他企業(yè)相比，采煤企業(yè)的風險更大;因此在人員的選擇上要盡可能注重人員的合理化，培養(yǎng)安全意識很重要。為了從根本上提高員工的整體安全水平，煤炭企業(yè)領導需要定期宣傳安全意識，定期對員工進行安全意識教育。

5.2 優(yōu)化完善維修管理組織

維修管理組織優(yōu)化與完成煤礦智能挖掘技術的第二種優(yōu)化策略是管理組織的優(yōu)化如果企業(yè)要取得良好的發(fā)展，管理組織的優(yōu)化就顯得尤為重要，采煤企業(yè)也不例外。要盡快優(yōu)化內部管理機制，完善管理機構;另外，還要盡快建立內部的責任機制，讓全體員工負起責任，這樣才能提高采煤工作的效率。

5.3 健全相關的制度規(guī)章

改進管理制度是提高管理效率的關鍵，健全的管理機制對采煤智能采掘技術的應用也具有重要意義。只有掌握好員工的理論知識和合理的設備操作方法，才能促進我國采煤機電行業(yè)的發(fā)展。

6 智能采煤技術發(fā)展的展望

6.1 智能裝備技術

智能儀器技術地下高速無線通信技術、煤礦識別技術、自動校正技術等方面的研究，是早期監(jiān)測預警機制的發(fā)展方向。智能儀器技術地下高速通信技術、煤礦識別技術、自動矯正技術的研究開發(fā)，加強地下信息傳輸速度，確保整體適用性和實用性。

6.2 智能導航技術

與導航技術的結合，實現(xiàn)采掘設備的實時定位，可有效地改善地質勘探和空間定位，提高設備的智能控制水平，實現(xiàn)安全監(jiān)控和高精度挖掘。

6.3 智能機器人

對于智能機器人工作面的維修管理，遠程智能機器人將起到輔助工作的作用。利用配準性能檢測裝置及改造處理，可實現(xiàn)煤礦智能工作面的自動開采。

6.4 智能化掘進技術

加強智能隧道技術的研究，提高隧道設備的整體性能和智能控制，創(chuàng)造更加協(xié)調有效地隧道接口，實現(xiàn)無人駕駛隧道作業(yè)。

7 結束語

隨著世界經濟的快速發(fā)展，中國對煤炭資源的需求不斷增加，年煤炭產量不斷增加，煤炭資源范圍不斷擴大，礦山深度不斷加深。隨著煤炭開采力度的逐步加大，煤炭開采工作將出現(xiàn)各種問題。智能采煤技術的選擇至關重要?，F(xiàn)實工作流程中，必須根據(jù)建設的實際情況，在選擇智能挖掘技術時，相關人員應采取合理的措施，使煤炭采煤工作順利進行，促進相關產業(yè)的發(fā)展，最大限度地減少阻礙采煤工作的因素。

參考文獻

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

[2] 張立新，魏強.煤礦智能化開采技術研究現(xiàn)狀及展望[J].中國礦山工程，2021，50（3）：68-70.

[3] 王林.煤礦智能化開采技術研究現(xiàn)狀及展望[J].石化技術，2020，27（12）：179-180.