智慧煤礦與智能化開采技術(shù)的發(fā)展方向

徐華偉 石海洋

摘要：煤炭是我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展的一個(gè)重要資源。近年來，為了提升煤炭的開采力度以及煤炭資源使用效率，相關(guān)開采技術(shù)成為行業(yè)重點(diǎn)研究的對(duì)象，智慧煤礦與智能化開采技術(shù)就是其中研究的重點(diǎn)。因此，本文就對(duì)智慧煤礦與智能化開采技術(shù)的發(fā)展方向進(jìn)行簡單的分析，以供相關(guān)人士參考交流。

關(guān)鍵詞：智慧煤礦;煤礦開采;智能化開采技術(shù);發(fā)展方向

智慧煤礦與智能化開采技術(shù)的出現(xiàn)可以大大提升煤礦開開采的效率，也可以解決開采階段存在的一些難題。智慧煤礦與智能化開采技術(shù)主要是將各項(xiàng)先進(jìn)技術(shù)融合在一起，完全實(shí)現(xiàn)了智能、安全、高效的生產(chǎn)模式，是我國煤礦行業(yè)發(fā)展的主要目標(biāo)。

一、智慧煤礦的概念

智慧煤礦的基礎(chǔ)是數(shù)字化和信息化，目的是實(shí)現(xiàn)安全、高效、清潔的煤礦開采。智慧煤礦從功能上可以分為三個(gè)方面：一是智慧生產(chǎn)系統(tǒng)，主要指的采煤和掘進(jìn)工作面的智慧化推進(jìn)，以無人值守、無人采礦的煤炭開采為目標(biāo)的工作系統(tǒng);二是智慧化健康安全系統(tǒng)，我國在煤炭開采作業(yè)管理目標(biāo)就是“減少事故，減少死亡”，因此對(duì)于煤礦開采的工作人員的生命健康、幸福關(guān)愛是非常關(guān)注的。健康安全系統(tǒng)又包括通風(fēng)、水害監(jiān)控、應(yīng)急救援、污水處理、視頻監(jiān)控等眾多子系統(tǒng);三是智慧技術(shù)和后勤保障系統(tǒng)，智慧技術(shù)主要這是對(duì)煤礦的勘測、開采、挖掘、運(yùn)輸、調(diào)度和設(shè)計(jì)等各方面的信息化、智能化的建設(shè)。后勤保證系統(tǒng)指的是在管理的過程中采用智能化的管理系統(tǒng)和辦公系統(tǒng)。

二、智慧煤礦技術(shù)架構(gòu)

智慧煤礦建設(shè)的首要條件就是智慧煤礦的技術(shù)構(gòu)架，智慧煤礦的技術(shù)構(gòu)架設(shè)計(jì)主要的設(shè)計(jì)原則有以下幾點(diǎn)：一是網(wǎng)絡(luò)融合安全原則，二是信息互通原則，三是數(shù)據(jù)共享原則，四是功能協(xié)同設(shè)計(jì)原則，煤礦部門需求的不同，設(shè)計(jì)開發(fā)人員采用的框架和技術(shù)也不盡相同，但總得來說，在技術(shù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上都是通過網(wǎng)絡(luò)傳輸和感知以及大數(shù)據(jù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)的。智慧煤礦的框架涉及的范圍比較廣，可以概括為以下幾個(gè)方面，一是地下精準(zhǔn)定位系統(tǒng)，二是煤礦物聯(lián)網(wǎng)綜合智能管理系統(tǒng)，三是礦井設(shè)備、設(shè)施管理系統(tǒng)，四是工作平臺(tái)智能開采系統(tǒng)，五是地面分選運(yùn)銷與生態(tài)建設(shè)系統(tǒng)，六是智能掘進(jìn)和采準(zhǔn)系統(tǒng)，七是地質(zhì)探測信息系統(tǒng)，八是危險(xiǎn)預(yù)警及防控系統(tǒng)，總的框架結(jié)構(gòu)如下圖所示：

從上圖可以清晰的看到，智慧煤礦處于設(shè)計(jì)中的核心，這是因?yàn)榈叵旅旱V的開采環(huán)境存在很大的變數(shù)，不僅需要面臨復(fù)雜的地質(zhì)情況，還有時(shí)刻警惕礦洞的情況，因此在煤礦的開采上有一定的難度。而在實(shí)際的開采中應(yīng)用智能化技術(shù)，通過智能化技術(shù)超強(qiáng)的感知和控制能力，實(shí)現(xiàn)地下復(fù)雜開采作業(yè)的有效控制，這就是智慧挖掘。智慧挖掘開采的模塊主要分為三個(gè)板塊，分別是智慧感知和智慧決策以及自動(dòng)控制，以此實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦開采環(huán)境多變性的適應(yīng)，真正實(shí)現(xiàn)煤礦開采的智能化和無人化。

三、智慧煤礦智能化開采技術(shù)的發(fā)展方向

（一）無線網(wǎng)傳輸技術(shù)

地下煤礦的開采需要面對(duì)復(fù)雜的作業(yè)環(huán)境，因此無線網(wǎng)路傳輸技術(shù)是非常重要的一環(huán)，是智能化技術(shù)在煤炭開采的基礎(chǔ)，更是開采質(zhì)量的保證。無線網(wǎng)傳輸技術(shù)在智慧煤礦開采的過程中，要根據(jù)機(jī)械設(shè)備的情況進(jìn)行合理的選用。因此在實(shí)際的運(yùn)用中，要根據(jù)開采機(jī)械的數(shù)據(jù)參數(shù)和使用的要求進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)的設(shè)置，從而保證在系統(tǒng)運(yùn)行的過程中數(shù)據(jù)的安全可靠。而在這個(gè)過程中，無線交換機(jī)裝置就是其中的重點(diǎn)，因此要根據(jù)無線交換機(jī)中的數(shù)據(jù)和資源，從而更加合理的設(shè)計(jì)采煤機(jī)的設(shè)備，并且通過創(chuàng)新無線網(wǎng)傳輸技術(shù)，加強(qiáng)煤礦開采的管理力度。

（二）智能探測技術(shù)的應(yīng)用

智能探測技術(shù)在煤礦開采過程中主要有三種：一種是煤巖分界技術(shù)，煤巖分界技術(shù)發(fā)送和接受信號(hào)的方式主要有兩種脈沖，一種是單天線，一種是多普勒雷達(dá)，通過這兩種方式區(qū)分煤層和巖層。煤巖分界技術(shù)判斷的依據(jù)是反射波的頻率和波長，巖層的反射波和煤層的反射波是截然不同的，但是需要注意的是，煤層的厚度對(duì)反射波的頻率和波長的影響是很大的，會(huì)影響人們判斷;二是煤矸放落自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，煤矸放落自動(dòng)識(shí)別技術(shù)主要是分析煤層的成分，從而判定煤層的厚度、產(chǎn)量等，但是這項(xiàng)技術(shù)存在一定技術(shù)上難題，飛秒脈沖的方式分析和鑒定礦層的物質(zhì)結(jié)構(gòu)，不管是操作上還是技術(shù)上的都存在很大的難度，在實(shí)際上應(yīng)用比較少。煤矸放落自動(dòng)識(shí)別技術(shù)能夠?qū)γ簩拥V物質(zhì)的成分進(jìn)行分析，但是該技術(shù)在實(shí)際操作過程當(dāng)中一直存在著各種難題。該技術(shù)實(shí)際上是利用飛秒脈沖產(chǎn)生的電場來對(duì)礦層的物質(zhì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析和鑒定，由于技術(shù)難度較大，在實(shí)際的應(yīng)用過程當(dāng)中很難進(jìn)行操作;三是超前探測技術(shù)，超前探測技術(shù)的精度是非常高的，能夠得到比較精準(zhǔn)的效果，而且使用范圍廣且限制條件比較少，所以應(yīng)用非常廣泛。

（三）采煤機(jī)的故障感知技術(shù)

由于煤礦在開采過程中需要面臨復(fù)雜的井下環(huán)境，如果機(jī)械設(shè)備超負(fù)荷運(yùn)行，就會(huì)導(dǎo)致采煤機(jī)受到比較的工作影響，嚴(yán)重的會(huì)出現(xiàn)各種機(jī)械故障。以往對(duì)采煤機(jī)故障診斷主要是依賴檢測人員豐富的檢測經(jīng)驗(yàn)和知識(shí)進(jìn)行的，但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，而且影響開采的效率。使用故障感知技術(shù)能夠極大的提升故障檢測的效率，故障感知技術(shù)主要是將傳感器安裝采煤機(jī)上，如果發(fā)生故障，傳感器會(huì)通過數(shù)據(jù)的收集和整理，然后對(duì)比標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，從而快速的找出設(shè)備發(fā)生故障的位置，進(jìn)而采取針對(duì)性的措施解決問題。

（四）更加精確的定位和導(dǎo)航功能

精準(zhǔn)的定位和導(dǎo)航系統(tǒng)是智能煤礦開采的保證，只有足夠的精度，才能建立起更加精準(zhǔn)、完善的定位導(dǎo)航模型，才能在保證開采機(jī)器的順利進(jìn)行。但是由于地下煤礦的開采環(huán)境比較復(fù)雜，阻擋信號(hào)的傳遞，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的定位導(dǎo)航還是有一定的難度。在目前的地下煤礦開采過程當(dāng)中，一般是通過GIS地理信息的系統(tǒng)導(dǎo)航等方式來實(shí)現(xiàn)的定位和導(dǎo)航，但是該技術(shù)的應(yīng)用還存在許多問題。比如說該技術(shù)的成本投入較高，而且精度不夠高，對(duì)于一些復(fù)雜磁場環(huán)境下的煤礦無法進(jìn)行精確的導(dǎo)航。核心芯片的技術(shù)不夠高，對(duì)于局部的定位不夠準(zhǔn)確。在井下還只能使用4G的無線通信技術(shù)，5G的高速無線通信技術(shù)還未被突破。

結(jié)束語：

在新時(shí)代的發(fā)展下，應(yīng)當(dāng)總結(jié)過往發(fā)展的經(jīng)驗(yàn)，利用目前的新技術(shù)新科技不斷提高核心技術(shù)水平。并且建立數(shù)字化的礦山，在開采的過程當(dāng)中，將高效開發(fā)的技術(shù)和清潔技術(shù)進(jìn)行結(jié)合和創(chuàng)新對(duì)管理部門進(jìn)行改革，運(yùn)用信息化，數(shù)字化等先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)的煤炭行業(yè)進(jìn)行改造和創(chuàng)新。這樣才能夠?qū)崿F(xiàn)智慧煤礦的高效綠色發(fā)展，促進(jìn)煤炭行業(yè)的進(jìn)步，為我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供有利的支持。

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