煤礦智能化開采關(guān)鍵核心技術(shù)分析

于德宇

摘要：近幾年我國煤炭行業(yè)朝著智能化的方向持續(xù)邁進，諸多先進技術(shù)被廣泛應(yīng)用于煤礦開采中。其中關(guān)鍵核心技術(shù)的應(yīng)用，可以在提升煤礦開采智能化水平的同時，降低煤礦開采期間出現(xiàn)安全事故的概率。本文從煤礦開采智能化的分析入手，進一步闡明關(guān)鍵核心技術(shù)在煤礦智能化開采中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：關(guān)鍵核心技術(shù);開采;監(jiān)測;煤礦智能化

現(xiàn)階段我國社會發(fā)展建設(shè)仍離不開對煤炭資源的應(yīng)用，并且煤炭資源在未來一段時間內(nèi)仍在我國能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要地位?；谛畔⒒瘯r代的來臨，煤炭行業(yè)得益于諸多智能化、信息化技術(shù)的應(yīng)用，朝著智能化開采的方向持續(xù)推進，相關(guān)核心技術(shù)的應(yīng)用在顯著提升開采效率、實現(xiàn)綠色高質(zhì)量開采中發(fā)揮著重要作用。正因此，探討關(guān)于關(guān)鍵核心技術(shù)在煤礦智能化開采中的應(yīng)用，對于推動我國煤炭行業(yè)的綠色化、智能化發(fā)展有著重要作用。

一、煤礦智能化分析

所謂智能化，是指控制對象在信息感知時具有較強執(zhí)行、決策、判斷等能力，能夠做到自主進行信息的分析判斷與執(zhí)行，并通過自主優(yōu)化、學(xué)習(xí)來實現(xiàn)系統(tǒng)的逐步完善。煤礦智能化開采的應(yīng)用主要是即將先進的自主決策、學(xué)習(xí)功能融合于自動開采系統(tǒng)中，以煤機設(shè)備為載體對井下圍巖、結(jié)構(gòu)、地質(zhì)等信息進行實時感知與采集，在此基礎(chǔ)上通過參數(shù)自動調(diào)整控制來達到智能感知、智能決策與控制的目的。相較于傳統(tǒng)開采系統(tǒng)應(yīng)用，智能化開采具有自分析、自修正、自感知以及自控制的能力，能夠做到依據(jù)不同井下環(huán)境來實現(xiàn)參數(shù)調(diào)整，以自適應(yīng)的狀態(tài)開展更為高效、高質(zhì)的開采作業(yè)[1]。

二、煤礦智能化開采中關(guān)鍵核心技術(shù)

（一）裝備位姿監(jiān)測技術(shù)

井下綜采裝備智能控制需要以監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)，通過裝備姿態(tài)測量與感知，為綜采作業(yè)開展提供參考依據(jù)[2]。受到地質(zhì)條件、位置等因素的影響，使得井下開采面臨相對惡劣的環(huán)境，而要想做到在綜采期間實時、精準(zhǔn)檢測裝備運行，需要借助對高可靠性、高精度定位導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用。開采期間依托于高清攝像設(shè)備、三維激光掃描設(shè)備的應(yīng)用，對開采全過程進行動態(tài)性掃描，將井下掃描數(shù)據(jù)以系統(tǒng)平臺為載體轉(zhuǎn)化為井下三維模型，并做到對工作面地圖的精準(zhǔn)、合理繪制。同時，在裝備位姿監(jiān)測過程中，傳感器易受到粉塵的影響，所以需采用本安型數(shù)據(jù)傳感器設(shè)備的應(yīng)用，通過發(fā)揮其防爆、除塵功能來達到工作面圖像清晰獲取的目的。另外，綜采裝備位姿監(jiān)測的開展還涉及到對慣性導(dǎo)航、激光掃描、機器視覺等技術(shù)的綜合應(yīng)用，將高精度傳感器安設(shè)于綜采設(shè)備上，在運行期間借助信號集成監(jiān)測的應(yīng)用進行設(shè)備位姿的動態(tài)化、實時化獲取。在全面采集三維地圖、傾角、裝備行程、壓力等信息的基礎(chǔ)上，以三維場景建模為基礎(chǔ)，合理借助動態(tài)建圖與視頻增強等技術(shù)來實現(xiàn)對工作面模型構(gòu)建，通過立體模型在來實施展示綜采裝備位姿情況。

（二）裝備智能控制技術(shù)

煤礦智能化開采過程中相關(guān)綜采裝備的運行控制依托于智能控制裝置的應(yīng)用，通過控制方式的智能改進來實現(xiàn)對綜采設(shè)備的智能化操控[3]。以液壓支架控制系統(tǒng)為例，利用智能推移控制系統(tǒng)進行傳統(tǒng)系統(tǒng)的取代。在實際運行控制期間，出現(xiàn)支架調(diào)整需求時，智能系統(tǒng)可依托于傳感器應(yīng)用獲取位移信息，借助大量信息數(shù)據(jù)構(gòu)建位移模型，在此基礎(chǔ)上確定支架裝備需要位移的具體值。以系統(tǒng)預(yù)設(shè)值為參照進行實際位移值的比較，在明確實際修正值的前提下智能控制支架裝備的位移動作實現(xiàn)以閉環(huán)控制的形式做到對支架、刮板機運行的實時監(jiān)測，并動態(tài)化調(diào)整支架后續(xù)位移動作，確保在工作面開采期間支架系統(tǒng)始終處于直線、同步的運行狀態(tài)，達到支架系統(tǒng)智能控制的目的。

再以采煤機截割為例，在勘探階段依托于全信息模型的構(gòu)建進行礦井信息全面采集，借助慣性導(dǎo)航技術(shù)做到實時化、動態(tài)化監(jiān)測采煤機運行過程與姿態(tài)，并在開采期間依托于軸編碼器開展裝備二次校驗。結(jié)合對煤層、煤巖界面的科學(xué)預(yù)測，以超前規(guī)劃的形式來提升采煤機截割的合理性。在此基礎(chǔ)上利用控制裝置進行采煤機搖臂的智能控制，實現(xiàn)依照煤層、煤巖界面預(yù)測情況進行截割高度的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，以期通過智能化截割高度控制來提升綜采工作效率。

（三）礦井機器人技術(shù)

以往煤礦開采作業(yè)以人力為主，再加上井下環(huán)境的惡劣復(fù)雜，使得以往煤礦開采效率低下，并伴隨安全事故的頻繁發(fā)生[4]。為實現(xiàn)對綜采效率的顯著提升，并提升煤礦工作人員的安全保障，各大煤礦企業(yè)開始嘗試借助機器人技術(shù)來取代人力控制。在此背景下，現(xiàn)階段煤礦智能化開采中開始重視對機器人日常巡檢、井下作業(yè)以及應(yīng)急救援方面的研究。目前已經(jīng)有超過70個大型煤礦開始應(yīng)用采煤機器人群，涉及到對環(huán)境探測機器人、裝備巡檢機器人以及固定崗位機器人的應(yīng)用。而在實際應(yīng)用過程中，為有效解決機器人沖撞問題，可加大對環(huán)境與機器人接觸阻力方面的研究，以作用模型的構(gòu)建來分析控制參數(shù)與接觸阻力之間的關(guān)系，為機器人設(shè)置不同控制參數(shù)來對應(yīng)不同阻力接觸，實現(xiàn)以自適應(yīng)的形式進行機器人智能化控制，避免因井下機器人相互沖撞而造成煤礦企業(yè)經(jīng)濟損失。此外，目前機器人續(xù)航問題的研究成為相關(guān)領(lǐng)域研究人員的關(guān)注重點，以期通過防爆電池與無線充電、輕量化技術(shù)的融合應(yīng)用來提升機器人運行可靠性與穩(wěn)定性。

結(jié)束語：

綜上所述，煤礦智能開采已然成為我國煤炭企業(yè)的主要發(fā)展趨勢。為有效推動煤炭企業(yè)朝著智能化、綠色化的方向持續(xù)邁進，企業(yè)需重視在煤炭開采中加大對人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化以及大數(shù)據(jù)等技術(shù)的引進與應(yīng)用，結(jié)合關(guān)鍵核心技術(shù)來提升煤礦開采的效率性、安全性，促使我國煤炭行業(yè)發(fā)展邁入可持續(xù)道路。

參考文獻：

[1]王國法，趙國瑞，任懷偉. 智慧煤礦與智能化開采關(guān)鍵核心技術(shù)分析[J]. 煤炭學(xué)報，2019，44（01）：34-41.

[2]閆陶章. 智慧煤礦與智能化開采關(guān)鍵核心技術(shù)分析[J]. 科學(xué)與信息化，2019，000（010）：110-110.

[3]王國法，杜毅博. 智慧煤礦與智能化開采技術(shù)的發(fā)展方向[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2019，47（01）：6-15.

[4]白耀宗. 基于煤礦智能化開采的核心技術(shù)探究[J]. 中國石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2020，v.40;No.524（18）：217-218.