智能化采煤現(xiàn)狀及設備維護技術(shù)研究

摘要：近年來，國家在采煤技術(shù)和設備等方面給予了大力扶持，使得采煤的智能化技術(shù)得到了較好的發(fā)展。無論是自動化水平還是機械化程度，都得到了大幅提高，有效保證了煤礦的作業(yè)安全。在我國煤礦中，井下采煤還是主要的采掘方式，但由于地質(zhì)構(gòu)造復雜，現(xiàn)有的智能化技術(shù)很難滿足實際需要，無法從根本上保證采煤的安全性，極易發(fā)生諸如冒水、頂板等各類事故。因此，為了保證煤礦生產(chǎn)安全，必須加強對智能化技術(shù)的研究并持續(xù)改進。

關(guān)鍵詞：煤礦企業(yè)；智能化采煤；研究現(xiàn)狀；發(fā)展方向

根據(jù)當前的采煤技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和煤炭開采全過程，可以看出我國的煤炭開采技術(shù)正朝著智能化的方向發(fā)展。利用計算機技術(shù)和傳統(tǒng)采礦技術(shù)，在保障生產(chǎn)安全的同時，能逐步降低生產(chǎn)成本，改善礦區(qū)環(huán)境，提高煤炭開采效率，減少環(huán)境污染。隨著我國科技水平的提升，相信煤礦開采將取得重要進展，并逐步建立起與環(huán)境保護相結(jié)合的生態(tài)保護體系。在未來的發(fā)展過程中，我國的煤炭開采技術(shù)將走向自動化、高端化和智能化的發(fā)展道路。

一、智能化采煤概述

智能化采煤是一種新型的煤炭生產(chǎn)方式，對我國煤炭產(chǎn)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展至關(guān)重要。它將計算機網(wǎng)絡技術(shù)、傳感技術(shù)、自動化技術(shù)等各種技術(shù)有機結(jié)合，建立完整的信息系統(tǒng)，提升了采煤工作的信息化程度。智能化采煤系統(tǒng)覆蓋了整個礦井的生產(chǎn)流程，包括數(shù)據(jù)傳輸渠道，為礦井的數(shù)據(jù)傳輸和應用分析提供了數(shù)據(jù)支持。礦井智能化建設涵蓋了大數(shù)據(jù)、信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能技術(shù)等方面。將這些技術(shù)融合在一起，使得煤礦生產(chǎn)過程向著自動化、智能化和科學化的方向發(fā)展。通過全過程監(jiān)控，煤礦的采掘效率得到大幅提高，同時將事故發(fā)生的可能性降到最低，為礦井的安全運行和企業(yè)經(jīng)濟效益的提高起到了重要作用。

煤礦智能系統(tǒng)的開發(fā)與當前的環(huán)境治理戰(zhàn)略相適應，將傳統(tǒng)的“粗放式”工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)椤熬G色化”工作方式。智能化系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控煤礦資源開采的不同階段情況，根據(jù)開采初期、中期和后期的特點，實現(xiàn)智能化管理和控制。它建立了管理系統(tǒng)，并應用管理職能，提供煤礦開采管理服務、煤礦井下定位導航服務、煤礦采掘運輸信息傳送和管理、井下空間視頻監(jiān)控、立體空間場景仿真、井下空間風險度預警、智能化無人作業(yè)平臺等模塊的協(xié)同運行，使各個模塊相互聯(lián)系、相互依賴，為煤炭開采工作的成功實施提供有力支持。

二、智能化技術(shù)在煤礦發(fā)展中的應用價值

煤炭是目前國際上最普遍使用的能源之一，但在煤炭開采過程中，由于種種原因，煤炭工業(yè)的發(fā)展受到了一定程度的制約。智能化技術(shù)的出現(xiàn)改變了人類的生活，并為煤炭開采開辟了新途徑。在煤炭工業(yè)發(fā)展的過程中，合理應用智能化采礦技術(shù)可以提高煤炭工業(yè)的發(fā)展速度。以某礦的智能化采煤工作面建設為例，智能工作面的建設實現(xiàn)了以采煤機記憶截割為主、人工現(xiàn)場干預為輔，以液壓支架自動跟機移架為主、人工干預為輔的智能化生產(chǎn)模式，最終目標是實現(xiàn)工作面少人、安全、高效開采。智能化系統(tǒng)常態(tài)運轉(zhuǎn)后，每班只需設置7名作業(yè)人員，其中包括班組長、煤機司機、支架操作工、三機、端頭維護工等，有效控制了工作面人員的數(shù)量。通過智能化采礦技術(shù)的運用，可以提高煤炭工業(yè)的效率和安全性，并減少人員數(shù)量。這對于推動煤炭工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

三、智能化采煤技術(shù)應用現(xiàn)狀

（一）精準定位系統(tǒng)技術(shù)

準確定位技術(shù)是提高礦井智能化水平的重要方法之一。為了確保煤礦安全有效地開發(fā)，并按照預定的生產(chǎn)進度進行各工序，必須對煤礦進行精確地勘探。然而，由于礦區(qū)地質(zhì)條件復雜、礦井內(nèi)空間狹小以及地面和地下空間的電磁信號接入和接收能力有限，因此在這種特殊環(huán)境下，實現(xiàn)地面和地下空間數(shù)據(jù)的準確定位和導航顯得尤為重要。準確定位技術(shù)的實現(xiàn)可以結(jié)合使用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)和遙感技術(shù)，以及衛(wèi)星定位技術(shù)、芯片導航技術(shù)、井下空間無線通信技術(shù)和礦井下空間定位技術(shù)等技術(shù)。通過將這些技術(shù)有機結(jié)合，可以確保定位系統(tǒng)的最終數(shù)據(jù)更加準確和科學，以順利進行煤礦資源開采的各項工作，并確保礦井取得經(jīng)濟效益。

（二） 數(shù)據(jù)分析技術(shù)

在智能礦井系統(tǒng)中，由于涉及多個平臺的組合，數(shù)據(jù)分析變得尤為重要。實際操作平臺和技術(shù)平臺都需要對數(shù)據(jù)進行分析。在數(shù)據(jù)分析技術(shù)的應用中，最關(guān)鍵的一步是通過傳感器收集數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進行分析，評估數(shù)據(jù)的好壞。通過對礦井生產(chǎn)過程中各種因素的分析和挖掘，可以使這些數(shù)據(jù)在礦井的生產(chǎn)中得到合理運用，從而確保礦井的生產(chǎn)效益，實現(xiàn)礦井的智能化開采。數(shù)據(jù)分析技術(shù)的應用還能幫助相關(guān)工作人員進行各項工作，能夠更方便地掌握采礦工作中的問題并及時處理，從而保證工作的順利進行。通過資料分析技術(shù)，可以對礦井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進行監(jiān)測和解讀，為決策提供支持。通過合理利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以實現(xiàn)對煤礦生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵指標、風險因素以及生產(chǎn)效益等方面的有效監(jiān)控和管理。

（三）井下虛擬現(xiàn)實技術(shù)

礦井智能化采掘技術(shù)利用智能設備實現(xiàn)對礦井的遙控和干擾，中虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)揮著重要作用。通過智能監(jiān)測和信息感應器，結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以實時監(jiān)測煤礦開采過程，并對礦井的智能化采掘過程進行仿真模擬。通過對采煤過程仿真數(shù)據(jù)的分析，實現(xiàn)對采煤作業(yè)環(huán)境的遠程干涉和控制。在實際應用中，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以實現(xiàn)自動操作和遠程控制。例如，遠程操作人員可以利用鼠標和鍵盤遠程遙控實際的煤礦機械；在飛行模式下，通過調(diào)整攝像機角度，實現(xiàn)對整個采煤工作面的遠程監(jiān)視。

（四）現(xiàn)場環(huán)境檢測技術(shù)

礦井復雜的地質(zhì)條件以及濕氣問題對礦井的正常生產(chǎn)和安全有著較大影響。但是，隨著采礦技術(shù)的不斷發(fā)展，礦山環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的應用也在不斷提升，包括環(huán)境探測和振動探測等技術(shù)。這些技術(shù)能夠識別出礦井中的各種異常和危險點，并迅速將識別信息傳輸至調(diào)度中心，以提高礦井的安全水平。此外，在開發(fā)現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測技術(shù)時，必須重視各技術(shù)功能之間的關(guān)聯(lián)性，以保證技術(shù)的精確性。這就使得該技術(shù)能夠在更加復雜的礦井環(huán)境中得到推廣。

在礦井智能化開采中，通過對礦井周邊地質(zhì)、大氣參數(shù)和地震探測參數(shù)等進行實時監(jiān)測，能夠快速識別潛在的異常和危險點，并將這些參數(shù)迅速上傳至總調(diào)度中心，以便調(diào)度中心向礦井作業(yè)人員通報。這提高了煤炭資源開發(fā)的安全管理水平，為迅速提升礦井的安全控制能力和及時采取應急措施提供了借鑒意義。同時，在開發(fā)煤炭資源環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的過程中，還需重視各種技術(shù)之間的相互關(guān)聯(lián)和銜接，以確保不同環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的具體監(jiān)測結(jié)果能夠相互驗證，從而保證技術(shù)的準確度。這使得工作人員可以更好地了解礦井的實際情況，進而使該技術(shù)能夠更好地應用于復雜環(huán)境中的煤炭開采工作。

（五）視頻監(jiān)控技術(shù)

在礦井智能化生產(chǎn)中，視頻監(jiān)控技術(shù)是一個需要重點關(guān)注的領(lǐng)域。雖然在煤炭行業(yè)的整個產(chǎn)業(yè)鏈中已經(jīng)有許多監(jiān)測儀器和監(jiān)測技術(shù)，但由于礦山內(nèi)部保密要求等因素，一些企業(yè)在煤炭開采過程中仍存在一些問題。因此，通過實時監(jiān)視礦井的實際狀況，動態(tài)監(jiān)測煤層傾斜度、煤層構(gòu)造等各種因素，并對不同采掘技術(shù)對煤層傾斜度的影響進行及時分析，可以找到一定的規(guī)律?；谶@些分析結(jié)果，創(chuàng)新優(yōu)化煤礦開采技術(shù)，為煤礦井下空間的安全事故預警和應急措施方案提供基礎(chǔ)，有效降低礦井的安全風險。視頻監(jiān)控技術(shù)為煤礦安全事故的應急處理提供了有力支撐，減少了煤礦安全事故的負面影響。

此外，采用視頻監(jiān)控技術(shù)可以更好地掌握礦井智能化生產(chǎn)的實際狀況，并實時比對和分析采集到的數(shù)據(jù)與信息。根據(jù)不同的實際情況，采取人為干預措施，以確保煤礦資源開發(fā)工作的科學性和有效性。這有效提高了煤炭企業(yè)的經(jīng)濟效益，使資源開發(fā)利用效率最大化。因此，視頻監(jiān)控技術(shù)為增強企業(yè)的市場競爭能力提供了堅實的基礎(chǔ)。

四、煤礦機電設備智能化維護技術(shù)措施

（一）科學預判設備運行狀態(tài)

通過模型構(gòu)建來預測設備運行狀態(tài)，通?？梢赃x擇神經(jīng)網(wǎng)絡或灰系統(tǒng)理論中的一種方法進行預測和判定。當想要實現(xiàn)準確的預測時，必須對設備在運轉(zhuǎn)過程中的特性有一定的認識。例如，當某個參數(shù)達到特定數(shù)值時，設備可能會出現(xiàn)相應的提示或問題。這種認識可以幫助工作人員構(gòu)建預測模型。如果需要進行短期預測，可以采用灰關(guān)聯(lián)分析方法。例如，以軸承為例，在運轉(zhuǎn)時可能會呈現(xiàn)出一條直線變化的趨勢。建立并應用預測模型，基于之前使用階段的損失數(shù)據(jù)來預測和判定下一個運行階段的具體狀態(tài)。這些預測結(jié)果可以為維修工作的展開提供依據(jù)。

（二）加大狀態(tài)檢測力度

首先，離線探測。采用振動、超聲波等設備對機械設備進行定期地離線探測，以快速發(fā)現(xiàn)潛在的失效原因，降低設備失效概率。其次，在線檢測?；趥鞲衅骷夹g(shù)，對與機電設備相關(guān)的數(shù)據(jù)進行采集，并進行全面的數(shù)據(jù)分析和處理，為檢測工作提供基礎(chǔ)支持。通過精細處理采集的數(shù)據(jù)，并與控制、調(diào)整裝置聯(lián)機測試相結(jié)合，可以掌握該設備的工作原理和特征。最后，維護和檢修。在維護期間或設備停運時，對機械設備進行檢修。通過與機電設備的出廠數(shù)據(jù)和使用時間相比較，檢查內(nèi)部零件的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，判斷是否有損傷。然后，由技術(shù)人員根據(jù)設備特征和操作規(guī)則，提出相應的檢測方案，以判斷其真實運行狀態(tài)。

（三）針對設備故障進行判斷

在機電設備的檢測和評價中，振動診斷是一種常見的方法。通過利用專門的設備，檢測并分析機電設備自身的振動情況，以此為重點判斷設備的運行狀態(tài)。該方法特別關(guān)注設備的振動特征，并根據(jù)分析結(jié)果正確判定設備的狀況。同時，還可以將收集到的設備運行數(shù)據(jù)信息與數(shù)據(jù)庫進行對比，實現(xiàn)智能化的辨識和判定。

（四）控制主要工作流程

通過將AI技術(shù)與智能系統(tǒng)相結(jié)合，利用影像和視頻數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以實現(xiàn)對巡檢故障影像數(shù)據(jù)的無人化、智能化、標準化和流程化分析，從而提升服務效能，快速解決機電設備的問題，確保其穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。首先，通過計算方式結(jié)合收集到的資料，可以構(gòu)建出科學性的模型。這個模型可以用于對當前正在使用的機電設備進行信息采集和分析，從而得出維修的依據(jù)，并詳細記錄計算結(jié)果。然后，對設備的維護周期與失效周期進行詳細研究，并提出相應的維護計劃。通過分析設備的工作狀況、使用時間、維護歷史等信息，可以確定設備的維護周期和維護內(nèi)容，以確保設備以最佳狀態(tài)運行，預防故障的發(fā)生。

五、煤礦智能化開采技術(shù)的發(fā)展方向

在煤炭智能化開采方面，國家已經(jīng)制定了到2025年所有大煤礦實現(xiàn)智能化開采的目標。機械智能化是礦井綜合開發(fā)技術(shù)的重要發(fā)展方向，對于實現(xiàn)礦井的綠色開采和促進煤炭產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義。通過應用智能化技術(shù)，可以實現(xiàn)對煤礦開采全過程的自動化和智能化控制。與此同時，還需要加強引進大量的專業(yè)技術(shù)人員。這些人員需要具備先進的智能化開采技術(shù)和管理知識，能夠適應時代的發(fā)展要求，推動工業(yè)升級。

（一）智能探測技術(shù)

在煤炭智能化開采中，有幾個關(guān)鍵的技術(shù)方向可以進一步提升效率和安全性。首先是提高煤層分類的自動化程度。煤層自動識別是實現(xiàn)智能化開采的重要問題。一種有效的方法是利用時域光譜技術(shù)對煤礦巖體進行檢測。這種技術(shù)利用飛秒脈沖、時域解析電場和傅里葉變換等手段獲取煤礦巖體的頻譜信息，并進行相關(guān)特性分析。通過該技術(shù)可以識別被測區(qū)域的物理性質(zhì)，并自動識別煤層，取得了良好的效果。其次是開發(fā)先期檢測技術(shù)。為了確保智能化生產(chǎn)的安全和穩(wěn)定，需要盡早獲取與采區(qū)相關(guān)的信息，并進行智能分析以選擇最佳的作業(yè)方式。超前探測技術(shù)可以提前發(fā)現(xiàn)和分析工作面的地質(zhì)情況，從而獲得更準確的物理特性、適用范圍和開采進度等信息，為智能采礦設備的實際應用提供依據(jù)。采用超前探測成像技術(shù)進行工作面勘探，可以更準確地獲取煤層的內(nèi)部情況，提前發(fā)現(xiàn)煤體的腐蝕情況，為及時、高效地控制開采設備提供理論依據(jù)。

（二）安全防控系統(tǒng)

當前，煤礦安全問題日益突出，煤礦安全監(jiān)控已成為必然。然而，目前煤礦的安全監(jiān)控工作仍然有一些缺陷，煤礦的安全生產(chǎn)仍然不能放松。為了進一步加強煤礦安全監(jiān)控，需要注意以下方面：首先，要加強對煤礦安全網(wǎng)絡的監(jiān)測。始終堅持早發(fā)現(xiàn)早處理的原則，在安全事故發(fā)生前及時修復可能存在的問題。對綜采工作面的設備進行實時監(jiān)控，并進行故障分析，以便及時采取措施防止事故發(fā)生。其次，煤炭企業(yè)要保證礦井機械設備的正常運轉(zhuǎn)，并定期檢查各個控制單元的安全隱患，保證故障問題能夠及時發(fā)現(xiàn)并采取相應的解決措施。另外，要加強對設備操作人員的培訓，建立健全相關(guān)的安全操作系統(tǒng)。這樣可以確保經(jīng)過培訓的員工具備綜合管理能力，定期進行設備維護工作，最大程度地降低安全事故的發(fā)生概率。最后，要認真做好每日的工作日志，以便為之后的調(diào)查和工作安排提供可靠的資料支持，進一步提高開采工作效率。通過建立這種一體化的安全防范體系，可以有效減少人為操作錯誤，提高機器設備的可靠性，確保采煤過程的安全進行。

六、結(jié)束語

隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的不斷發(fā)展，煤炭開采技術(shù)水平也在不斷提高，朝著智能化和精細化的方向發(fā)展。然而，在實際應用中，可能會面臨一些問題和挑戰(zhàn)。因此，必須重視對煤礦智能化開采的管理和綜合分析，同時針對當前存在的問題采取相應的解決策略，進一步提升煤炭開采的智能化發(fā)展水平。

作者單位：平慶天 兗礦能源鄂爾多斯公司轉(zhuǎn)龍灣煤礦

參? 考? 文? 獻

[1]袁永，屠世浩，陳忠順，等.薄煤層智能開采技術(shù)研究現(xiàn)狀與進展[J].煤炭科學技術(shù)，2020（5）：80-81.

[2]程建遠，劉文明，朱夢博，等.智能開采透明工作面地質(zhì)模型梯級優(yōu)化試驗研究[J].煤炭科學技術(shù)，2020（7）：53.

[3]周生斌.試論煤礦綜采工作面智能化開采[J].當代化工研究，2020（9）：68-69.

[4]黃曾華，王峰，張守祥.智能化采煤系統(tǒng)架構(gòu)及關(guān)鍵技術(shù)研究[J].煤炭學報，2020（6）：51.

[5]張建國，朱同功，楊黨委.深部煤層智能化大采長綜采工作面關(guān)鍵技術(shù)研究[J].煤炭科學技術(shù)，2020（7）：102-103.

平慶天（1990-），男，漢族，山東鄒城，本科，助理工程師，研究方向：綜采智能化管理。