煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用與發(fā)展芻議

王昆昆

摘 要：智能化開(kāi)采技術(shù)在煤礦井下生產(chǎn)作業(yè)中的普及應(yīng)用，是大勢(shì)所趨，是必由之路，這是由煤礦井下采煤作業(yè)在的一些特征所決定的，即：地質(zhì)條件復(fù)雜、生產(chǎn)環(huán)境惡劣、勞動(dòng)強(qiáng)度大、危險(xiǎn)系數(shù)高，并伴有瓦斯、冒頂、涌水、煤粉塵等危害礦工身心健康的各種災(zāi)害。如果煤礦能在井下采煤作業(yè)中應(yīng)用智能化開(kāi)采技術(shù)，那么上述各種不利于生產(chǎn)和礦工身心健康防護(hù)的情況就會(huì)得到有效的緩解，不單能讓煤礦的采煤作業(yè)條件大為改善，而且還能顯著提高礦山的經(jīng)濟(jì)效益和礦工的人身安全保障。文章首先介紹了煤礦應(yīng)用發(fā)展智能化開(kāi)采技術(shù)的意義，著重介紹了智能化開(kāi)采技術(shù)在我國(guó)煤礦的應(yīng)用與發(fā)展現(xiàn)況。

關(guān)鍵詞：煤礦；智能化開(kāi)采技術(shù)；意義；應(yīng)用與發(fā)展；現(xiàn)況

智能化開(kāi)采技術(shù)堪為是支撐煤礦井下采煤作業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)，是目前我國(guó)和國(guó)外一些煤炭生產(chǎn)國(guó)家競(jìng)相研發(fā)的前沿技術(shù)。智能化技術(shù)的誕生、應(yīng)用、發(fā)展，是計(jì)算機(jī)技術(shù)和信息通信技術(shù)飛速躍進(jìn)、廣泛普及和全面應(yīng)用帶來(lái)的必然結(jié)果，例如，煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)，就是基于計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)、云計(jì)算技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、人工智能技術(shù)以及遠(yuǎn)程控制技術(shù)等與煤炭開(kāi)采技術(shù)進(jìn)行深度融合后而形成的一種前沿性的現(xiàn)代化煤炭開(kāi)采技術(shù)，有了這種現(xiàn)代化煤炭開(kāi)采技術(shù)的支持，煤礦井下生產(chǎn)作業(yè)中的諸如開(kāi)拓、采掘、運(yùn)輸、通風(fēng)等環(huán)節(jié)就有望實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行了，這對(duì)傳統(tǒng)礦山生產(chǎn)建設(shè)來(lái)講具有非凡的意義。可以預(yù)見(jiàn)的是，此后隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)和信息通信技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，煤礦井下煤炭開(kāi)采技術(shù)也與之將同步實(shí)現(xiàn)在技術(shù)上的迭代更新。

一、煤礦應(yīng)用發(fā)展智能化開(kāi)采技術(shù)的意義

數(shù)字經(jīng)濟(jì)，近年來(lái)在各行各業(yè)被廣泛熱議，成為生產(chǎn)領(lǐng)域和營(yíng)銷領(lǐng)域耳熟能詳?shù)摹盁嵩~”。從原理上將，煤礦對(duì)智能化開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，同樣也可以被看作是傳統(tǒng)模式向數(shù)字化模式轉(zhuǎn)型中一種，通過(guò)這種轉(zhuǎn)型來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益的提升。例如，借助智能化開(kāi)采和數(shù)字化轉(zhuǎn)型，礦山生產(chǎn)建設(shè)有望實(shí)現(xiàn)從原煤標(biāo)準(zhǔn)化向業(yè)務(wù)網(wǎng)絡(luò)化的發(fā)展，并最終推動(dòng)少人、甚至是無(wú)人開(kāi)采目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。與此同時(shí)，對(duì)智能化開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，還有望帶動(dòng)智能化技術(shù)在采煤設(shè)計(jì)、倉(cāng)儲(chǔ)、運(yùn)輸、洗選等領(lǐng)域的應(yīng)用與發(fā)展，進(jìn)而促進(jìn)了整個(gè)礦山運(yùn)營(yíng)管理體系的轉(zhuǎn)型升級(jí)和現(xiàn)代化發(fā)展，提升礦山的綜合競(jìng)爭(zhēng)力，這對(duì)于正處在“去產(chǎn)能”“去杠桿”壓力下的煤炭企業(yè)來(lái)說(shuō)，當(dāng)然是非常難得的。毫無(wú)疑問(wèn)，煤礦應(yīng)用發(fā)展智能化開(kāi)采技術(shù)，一方面提高了礦山的整體經(jīng)濟(jì)效益，因?yàn)樵诩ち业哪茉搭I(lǐng)域競(jìng)爭(zhēng)中，尤其是在產(chǎn)能過(guò)剩和轉(zhuǎn)型發(fā)展的壓力下，礦山要保持競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)，不被淘汰出局，提高煤炭開(kāi)采水平和效率是至為重要的，對(duì)智能化開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展，既能提高煤炭開(kāi)采效率，還能降低對(duì)人力成本的支付，還能提高對(duì)煤層的開(kāi)采質(zhì)量，還能提高對(duì)礦工的人身安全保障，還能保護(hù)礦工的身心健康，還能促進(jìn)礦山的可持續(xù)發(fā)展，因而促進(jìn)了礦山整體經(jīng)濟(jì)效益的提高；另一方面也提高了礦山生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)的現(xiàn)代化水平，因?yàn)橹悄芑_(kāi)采技術(shù)在采煤作業(yè)中的應(yīng)用與發(fā)展，一定程度上替換了傳統(tǒng)的采煤設(shè)備和采煤工藝及其方式、方法，在提高對(duì)煤層開(kāi)采效率和質(zhì)量的同時(shí)，還提高了對(duì)煤層開(kāi)采的科學(xué)化、規(guī)范化和標(biāo)準(zhǔn)化水平，還推動(dòng)了礦山創(chuàng)新生產(chǎn)技術(shù)、創(chuàng)新管理方式和創(chuàng)新發(fā)展觀念，還有效降低了礦山生產(chǎn)作業(yè)安全事故的發(fā)生率，因而也有效地促進(jìn)了礦山生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)整體現(xiàn)代化水平的提高。

二、智能化開(kāi)采技術(shù)在煤礦應(yīng)用發(fā)展的現(xiàn)況

通過(guò)前文分析可以知曉，所謂智能化開(kāi)采技術(shù)，實(shí)際上是對(duì)機(jī)械化開(kāi)采技術(shù)、自動(dòng)化開(kāi)采技術(shù)與信息化技術(shù)的融合應(yīng)用與融合發(fā)展，是對(duì)煤礦井下采煤作業(yè)技術(shù)的一次升級(jí)改造和技術(shù)迭代，智慧化開(kāi)采技術(shù)的顯著優(yōu)勢(shì)在于賦予了煤層開(kāi)采作業(yè)的智能感知、調(diào)控、導(dǎo)航和在無(wú)人狀況下獨(dú)立完成采煤作業(yè)的功能，例如，利用遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，管理人員可以實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤作業(yè)中諸如割煤、推溜、移架、運(yùn)輸、消塵等的智能化監(jiān)測(cè)和智能化控制，可實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦井下諸如瓦斯、冒頂、涌水、煤粉塵等智能化監(jiān)測(cè)和智能化報(bào)警，從而有效保證了煤層開(kāi)采作業(yè)過(guò)程的安全和高效。目前，智能化開(kāi)采技術(shù)在我國(guó)煤礦應(yīng)用與發(fā)展的現(xiàn)況大致如下：

（一）在開(kāi)采模式方面：改變了過(guò)去以單機(jī)為主的開(kāi)采模式，建立了基于成套裝備的以網(wǎng)絡(luò)信息為主的開(kāi)采模式，把各種采煤設(shè)備比如采煤機(jī)、支架、輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、膠帶機(jī)等科學(xué)的組合在了一起，從而形成了一個(gè)既能夠相互聯(lián)系又可以彼此限制的新的開(kāi)采系統(tǒng)。據(jù)悉，目前我國(guó)在這方面的發(fā)展與應(yīng)用，比如在開(kāi)采控制方式、響應(yīng)時(shí)間、智能化功能以及開(kāi)采作業(yè)的人數(shù)和產(chǎn)能等方面，在國(guó)際上處于領(lǐng)先水平。

（二）在開(kāi)采技術(shù)方面：在信息技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的支持下，地面管理人員可以對(duì)開(kāi)采作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)諸如采煤機(jī)、支架、輸送機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、膠帶機(jī)、泵站以及供電系統(tǒng)等進(jìn)行遠(yuǎn)程指揮和操控，可以對(duì)諸如瓦斯、冒頂、涌水、煤粉塵等影響開(kāi)采作業(yè)和礦工人身安全的各種數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行全程監(jiān)測(cè)和預(yù)警，并及時(shí)發(fā)出調(diào)度和聯(lián)絡(luò)指令，提高了煤礦井下開(kāi)采作業(yè)的有序性與安全性。

（三）在開(kāi)采工藝方面：一是通過(guò)安全定位傳感器和數(shù)據(jù)處理器賦予了開(kāi)采設(shè)備以記憶截割功能，實(shí)現(xiàn)了開(kāi)采作業(yè)的自動(dòng)截割運(yùn)行；二是通過(guò)將液壓支架自動(dòng)控制與采煤記憶截割的有機(jī)結(jié)合，實(shí)現(xiàn)了對(duì)開(kāi)采作業(yè)現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備狀態(tài)的跟蹤管理，維持開(kāi)采設(shè)備處在最佳工況；三是通過(guò)對(duì)刮板輸送機(jī)煤流負(fù)荷分布狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)刮板輸送機(jī)傳輸速度的合理控制，保證裝運(yùn)設(shè)備處在自動(dòng)協(xié)調(diào)運(yùn)行的狀態(tài)。

（四）在煤巖識(shí)別方面：隨著礦井挖掘深度的不斷向下延展，在煤礦井下開(kāi)采作業(yè)過(guò)程中，巖石在受力后會(huì)引起溫度上的變化和引起發(fā)射率的變化，通過(guò)將智能化開(kāi)采技術(shù)與紅外遙感手段的有機(jī)結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)巖石受力后溫度變化和發(fā)射率變化的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，進(jìn)而及時(shí)發(fā)現(xiàn)巖石的異常變化，并及時(shí)通知管理人員，提前做好應(yīng)對(duì)的對(duì)策。

（五）在遠(yuǎn)程監(jiān)控方面：利用智能化開(kāi)采技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)對(duì)截割模式的有效記憶，還可以賦予截割設(shè)備以自動(dòng)運(yùn)行、調(diào)整、臥底、加速和減速等功能，還可以結(jié)合開(kāi)采煤層工作面具體狀況，對(duì)開(kāi)采設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，并結(jié)合開(kāi)采作業(yè)需要和設(shè)備運(yùn)行需要，實(shí)現(xiàn)對(duì)設(shè)備的啟停和斷電等控制，有效解放了礦山的勞動(dòng)生產(chǎn)力。

（六）在推進(jìn)技術(shù)方面：在煤層開(kāi)展作業(yè)中，保持開(kāi)采工作面的煤壁直、輸送機(jī)直、支架直頂機(jī)平和底板平，是最基本的要求，也是基礎(chǔ)性的工作，但是煤礦井下煤層受地質(zhì)環(huán)境影響會(huì)常常處在起伏變化的狀態(tài)，因而非可視測(cè)量問(wèn)題一直在困擾著開(kāi)采推進(jìn)工作，并且鑒于采煤截割煤塵也會(huì)影響到測(cè)量的準(zhǔn)確性，所以，采用激光定位技術(shù)和經(jīng)緯測(cè)量技術(shù)并不是理想的選擇，但是，如果將智能化開(kāi)采技術(shù)與激光矩陣測(cè)量技術(shù)相結(jié)合，就可以為設(shè)備“三平一直”要求提供較好地保證。

（七）在難點(diǎn)和發(fā)展方向方面：首先，在難點(diǎn)方面：一是尚且沒(méi)有找到可以直接探測(cè)煤層前方地質(zhì)構(gòu)造的有效手段；二是智能化開(kāi)采技術(shù)目前還必須一定程度依賴人的干預(yù)，還無(wú)法做到完全智能化；三是由單機(jī)向成套裝備的智能化轉(zhuǎn)變?cè)诩夹g(shù)上還不夠成熟；四是還不能實(shí)現(xiàn)在惡劣環(huán)境下進(jìn)行可視化開(kāi)采；其次，在發(fā)展方向方面：一是智能導(dǎo)航開(kāi)采將是大勢(shì)所趨；二是開(kāi)發(fā)開(kāi)采巡檢技術(shù)將是大勢(shì)所趨。

參考文獻(xiàn)：

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