智慧礦山建設(shè)及煤礦智能化開采探述

文/劉海瑞

當(dāng)前隨著智能化、多元化思維方式在各行各業(yè)中的滲透和應(yīng)用，礦山企業(yè)也將相關(guān)的信息技術(shù)和智能化技術(shù)滲透到了煤礦開采過程中，為礦山的智能化發(fā)展提供了有效的技術(shù)支持。為了進(jìn)一步提升礦山的智能化發(fā)展水平，推動煤礦開采作業(yè)智能化開展，礦山企業(yè)還需要對目前智能化技術(shù)的應(yīng)用現(xiàn)狀進(jìn)行具體分析，準(zhǔn)確掌握其中存在的關(guān)鍵技術(shù)，加快智慧礦山的建設(shè)步伐，推動礦山企業(yè)健康可持續(xù)發(fā)展。

煤礦智能化開采核心技術(shù)

智慧煤礦平臺的應(yīng)用

智慧礦山建設(shè)過程中離不開智慧煤礦平臺的支持。要想在煤礦開采過程中充分發(fā)揮智能化煤礦的功能，需要在了解實際情況的基礎(chǔ)上，結(jié)合煤礦的具體發(fā)展需求以先進(jìn)科學(xué)技術(shù)為載體加強(qiáng)智慧煤礦平臺的建設(shè)。

當(dāng)前在智慧煤礦建設(shè)過程中采用的煤礦多系統(tǒng)集成經(jīng)營平臺在運行的過程中主要以煤礦為核心發(fā)揮自身的智能化功能、傳感器功能和信息感知功能。它可以通過集成的管理平臺，開展智能化生產(chǎn)作業(yè)，實現(xiàn)對員工的有效管理。同時借助智慧煤礦平臺還可以實現(xiàn)對智能煤礦框架的有效構(gòu)建，將煤礦生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)進(jìn)行全面覆蓋，不斷強(qiáng)化煤礦運行的透明性，突破和改善以往智慧煤礦在建設(shè)過程中存在的資源混亂問題和數(shù)據(jù)存儲不統(tǒng)一的問題，這樣有效監(jiān)控和管理生產(chǎn)過程的整個安全性以及相關(guān)的信息數(shù)據(jù)，為后續(xù)智能化煤礦的建設(shè)提供更加科學(xué)的決策依據(jù)。當(dāng)前在智慧煤礦建設(shè)過程中采用的管理運營平臺具有的特點和功能主要體現(xiàn)在以下幾個方面。

其一，管理運營平臺的數(shù)據(jù)具備一定的完整性和規(guī)范性。平臺中的所有作業(yè)資料采用的標(biāo)準(zhǔn)格式要具有高度的統(tǒng)一性，資料的交換或者資料的存儲可以采用相同的形式，為后續(xù)通信工作的開展提供便利。

其二，管理運營平臺的數(shù)據(jù)存儲系統(tǒng)具有統(tǒng)一性。針對監(jiān)控過程中獲取的所有數(shù)據(jù)信息都必須采用統(tǒng)一的存儲方式來進(jìn)行存儲，這樣不僅可以確保數(shù)據(jù)的存儲質(zhì)量，而且方便后續(xù)對數(shù)據(jù)進(jìn)行有效查詢，有助于工作人員對數(shù)據(jù)進(jìn)行更加高效、更加科學(xué)的管理，以免后續(xù)出現(xiàn)數(shù)據(jù)混亂的問題。

其三，管理運營平臺的數(shù)據(jù)傳送具有實時性和穩(wěn)定性特征。實時傳輸相關(guān)的數(shù)據(jù)，可以突破以往數(shù)據(jù)延時的問題，方便相關(guān)決策工作的開展。平臺具有高度的穩(wěn)定性能夠解決后續(xù)通信過程中出現(xiàn)的不穩(wěn)定問題，有助于智能系統(tǒng)良好穩(wěn)定持續(xù)性的運轉(zhuǎn)。

其四，管理運營平臺具備可配置平臺。結(jié)合操作系統(tǒng)的運行情況，針對其前、后兩個平臺選擇相關(guān)的裝置進(jìn)行安裝，這樣既為業(yè)務(wù)邏輯以及應(yīng)用程序提供了大力的支持，又進(jìn)一步優(yōu)化了配置的統(tǒng)一性。

其五，管理應(yīng)用平臺通過與大數(shù)據(jù)平臺連接，可以實時訪問和全方位的管理相關(guān)的數(shù)據(jù)，不斷強(qiáng)化數(shù)據(jù)的可視化功能，提升數(shù)據(jù)的應(yīng)用效果。

其六，管理應(yīng)用平臺與相關(guān)的開放平臺結(jié)合使用，這樣可以為多種采礦設(shè)備的使用提供有效的支撐，也可以應(yīng)用到不同的行業(yè)中，也可以與更先進(jìn)的智能設(shè)備進(jìn)行有效結(jié)合。

精準(zhǔn)定位系統(tǒng)的應(yīng)用

為了確保礦山開采作業(yè)能夠按照計劃逐步開展，需要在開采過程中開展準(zhǔn)確的定位工作。但是礦山開采環(huán)境比較復(fù)雜，缺乏強(qiáng)烈的衛(wèi)星訊號和電磁信號。這就很難在礦山開采過程中進(jìn)行準(zhǔn)確的定位和導(dǎo)航。

為此，在智慧礦山建設(shè)工作發(fā)展的過程中可以通過GIS定位信息系統(tǒng)的有效應(yīng)用實現(xiàn)準(zhǔn)確定位和導(dǎo)航。此定位系統(tǒng)在應(yīng)用的過程中涉及的核心技術(shù)主要有五項。一是地下避障技術(shù)，二是高精度的地下定位技術(shù)，三是高速地下無線通信技術(shù)，四是地下高精度定位和高精度導(dǎo)航芯片技術(shù)，五是復(fù)雜磁場環(huán)境中的高精度導(dǎo)航技術(shù)。在以上五項核心技術(shù)的支持下，煤礦開采作業(yè)在開展的過程中能夠精確地獲取地下測距的數(shù)據(jù)，有助于煤礦開采作業(yè)的安全、高質(zhì)量開展。

井下環(huán)境檢測技術(shù)的應(yīng)用

一般煤礦開采作業(yè)在開展的過程中面臨的生產(chǎn)環(huán)境比較復(fù)雜，不僅潮濕而且艱苦，同時還存在著一定的安全隱患。為了降低安全事故發(fā)生的概率，需要在礦山生產(chǎn)作業(yè)開展的過程中加大對井下環(huán)境的監(jiān)測力度。為此，井下環(huán)境監(jiān)測技術(shù)也成了智慧礦山建設(shè)過程中的一項關(guān)鍵技術(shù)。當(dāng)前在礦山環(huán)境監(jiān)測過程中采用的技術(shù)主要有環(huán)境探測技術(shù)和振動探測技術(shù)，這些技術(shù)在應(yīng)用過程中需要以下技術(shù)和儀器設(shè)備作為支持和輔助。

第一，特定物理環(huán)境探測儀設(shè)備；第二，采掘裝備傳感器設(shè)備；第三，煤炭探測傳感器設(shè)備。第四，高精度穿透技術(shù)。在以上關(guān)鍵技術(shù)的相互支持和相互配合下，可以實時準(zhǔn)確的獲取井下的一些環(huán)境信息，實現(xiàn)對煤礦開采全過程的有效監(jiān)測。

數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)的應(yīng)用

智慧礦山的建設(shè)離不開數(shù)據(jù)分析。當(dāng)前智慧礦山在運行的過程中主要涉及了八個子系統(tǒng)，每個子系統(tǒng)生產(chǎn)的數(shù)據(jù)信息比較龐大，要篩選出更加有價值的數(shù)據(jù)信息，需要從技術(shù)和實踐層面入手加強(qiáng)對數(shù)據(jù)分析的力度。

通過數(shù)字化礦山模型的有效構(gòu)建全面準(zhǔn)確實時的分析礦山資料，并對其中存在的規(guī)則進(jìn)行準(zhǔn)確挖掘，以此實現(xiàn)對煤礦開采的智能化控制。同時通過對數(shù)據(jù)信息的分析，以及數(shù)據(jù)分析體系的有效構(gòu)建，可以讓工作人員更加清楚認(rèn)識到煤礦開采過程中存在的一些安全隱患和問題，進(jìn)而制定更加科學(xué)更加針對性的措施，實現(xiàn)對安全隱患的有效規(guī)避，改善煤礦生產(chǎn)過程中存在的困難和問題，提升煤礦開采的效率和質(zhì)量。

視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用

當(dāng)前在煤礦開采作業(yè)開展的過程中為了方便現(xiàn)場管理人員對井下的作業(yè)情況進(jìn)行實時準(zhǔn)確的掌握，還需要在智慧礦山建設(shè)過程中加大對視頻監(jiān)控技術(shù)的應(yīng)用力度。通過先進(jìn)的視頻監(jiān)控技術(shù)可以實時的監(jiān)控礦井下的設(shè)備運行情況以及煤層的傾角變化情況，管理人員可以通過監(jiān)控獲取的相關(guān)數(shù)據(jù)信息，對煤礦開采過程中發(fā)生的問題進(jìn)行具體分析，進(jìn)而采取有效的措施進(jìn)行及時改善和解決。同時管理人員也可以通過視頻監(jiān)控技術(shù)對礦井中各種傳感器的運行情況進(jìn)行實時掌握，確保各種傳感器良好穩(wěn)定的運行，當(dāng)智能礦井在運行過程中發(fā)生故障時也可以采用人工的方式對其進(jìn)行及時有效的處理，進(jìn)而為礦井生產(chǎn)作業(yè)的正常穩(wěn)定開展提供有效的保障。

智能機(jī)器人技術(shù)

智能機(jī)器人技術(shù)是智能化開采實現(xiàn)自動化的核心技術(shù)之一。它可以通過激光、雷達(dá)、聲納等傳感器實時采集數(shù)據(jù)，配合自主控制算法，實現(xiàn)機(jī)器人自主地進(jìn)行采煤和支護(hù)作業(yè)，對煤礦工人作業(yè)的依賴程度大大降低。智能機(jī)器人技術(shù)的應(yīng)用可以大幅提高采煤效率，降低采煤成本，同時也能減少礦工的傷亡事故，提高采煤的安全性和穩(wěn)定性。

智慧礦山建設(shè)及煤礦智能化開采發(fā)展的相關(guān)路徑

重視頂層設(shè)計工作的開展

當(dāng)前隨著市場競爭力越來越大，煤礦企業(yè)要想獲得長遠(yuǎn)穩(wěn)定的發(fā)展，需要加強(qiáng)頂層設(shè)計，必須嚴(yán)格把握好產(chǎn)出與投入的平衡性，根據(jù)自身的發(fā)展實際情況開展整體性規(guī)劃，通過資金的大力投入，為智慧礦山的建設(shè)提供有效的資金支持。

礦山企業(yè)要結(jié)合自身的發(fā)展理念以及智能化礦山開采技術(shù)以及相關(guān)設(shè)備的應(yīng)用情況，創(chuàng)造有利的條件，不斷提升智能化開采的水平和質(zhì)量。同時，礦山企業(yè)還要從宏觀和微觀兩個方面，進(jìn)一步提升自身的工作效率。

要綜合分析企業(yè)在發(fā)展過程中存在的不足，通過會議的召開制定科學(xué)詳細(xì)的智能化開采技術(shù)和措施，明確未來智能化開采的發(fā)展趨勢，對企業(yè)當(dāng)前智能化開采的發(fā)展規(guī)模和發(fā)展程度進(jìn)行全面審視，積極鼓勵相關(guān)的工作人員在智慧礦山建設(shè)方面充分發(fā)揮自身的創(chuàng)新能力，對現(xiàn)有的智能化設(shè)備功能進(jìn)行不斷拓展，全面提升煤礦的智能化開采技術(shù)的水平，強(qiáng)化智慧礦山建設(shè)的效果。

此外，礦山企業(yè)在智慧礦山建設(shè)的過程中，還需要根據(jù)國家或者地方的供需發(fā)展情況，對各種先進(jìn)的手段進(jìn)行科學(xué)合理的應(yīng)用，以此來達(dá)到供需平衡，全面提升礦山企業(yè)的經(jīng)營效益，實現(xiàn)對礦山開采技術(shù)以及相關(guān)設(shè)備的更新?lián)Q代，推動智慧礦山建設(shè)的創(chuàng)新發(fā)展。

加大智能化建設(shè)的投資力度

第一，重視無人化綜采工作面系統(tǒng)的建設(shè)。礦業(yè)公司在煤炭開采過程中已經(jīng)對智能化綜采工作面系統(tǒng)進(jìn)行了熟練應(yīng)用，不過在當(dāng)前科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的背景下，還需要礦山企業(yè)在明確和掌握煤層條件以及地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，充分發(fā)揮當(dāng)代社會先進(jìn)智能化技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和大數(shù)據(jù)技術(shù)的優(yōu)勢，實現(xiàn)對無人化綜采開采系統(tǒng)的科學(xué)合理建設(shè)和優(yōu)化。在無人化綜采開采系統(tǒng)的支持下，可以實現(xiàn)對勞動用工情況的進(jìn)一步優(yōu)化。相比傳統(tǒng)的綜采工作面，無人化綜采開采系統(tǒng)在運行的過程中，不僅可以確保煤礦開采的作業(yè)循環(huán)與煤礦開采的日產(chǎn)量達(dá)到同等水平，而且還可以節(jié)省大量的勞動用工，有效的提高了煤礦開采的效率和質(zhì)量，進(jìn)一步節(jié)省了煤礦企業(yè)的成本支出，提高了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率。

第二，重視人機(jī)協(xié)同掘錨一體系統(tǒng)的建設(shè)。企業(yè)可以在建設(shè)快速掘進(jìn)掘錨一體化平臺的基礎(chǔ)上，借助當(dāng)代社會先進(jìn)的智能化技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)，在開采過程中加大對成熟輔助系統(tǒng)的應(yīng)用力度，比如混凝土底板施工技術(shù)、自動抽排水技術(shù)和自動噴漿技術(shù)等等，實現(xiàn)對人機(jī)協(xié)同快速掘進(jìn)掘錨一體系統(tǒng)的有效建設(shè)。在以上系統(tǒng)的支持下，礦山企業(yè)在生產(chǎn)作業(yè)開展的過程中能夠同時開展支護(hù)作業(yè)和割煤作業(yè)。相比傳統(tǒng)的綜掘掘進(jìn)系統(tǒng)，此系統(tǒng)在應(yīng)用的過程中能夠確保掘錨機(jī)保持連續(xù)向前的狀態(tài)，不僅實現(xiàn)了煤礦企業(yè)生產(chǎn)時長的增加，而且還進(jìn)一步提高了煤礦企業(yè)的生產(chǎn)效率。同時在此系統(tǒng)的支持下還可以通過遠(yuǎn)程操控技術(shù)以及無線傳輸技術(shù)的科學(xué)合理應(yīng)用實現(xiàn)掘錨機(jī)的無線遙控操作，這不僅有效的避免了高風(fēng)險高危害生產(chǎn)作業(yè)所帶來的人員傷害，而且降低了工作人員的勞動強(qiáng)度，實現(xiàn)了用工效率的進(jìn)一步優(yōu)化和提升。

第三，重視智能皮帶運輸控制系統(tǒng)的建設(shè)。當(dāng)前礦山企業(yè)可以在現(xiàn)有皮帶運輸系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過對巡檢機(jī)器人技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)和傳感器系統(tǒng)的科學(xué)合理應(yīng)用，實現(xiàn)對智能化皮帶運輸系統(tǒng)的建設(shè)。目前自動化皮帶運輸系統(tǒng)在先進(jìn)在線監(jiān)測系統(tǒng)的輔助下可以在地面遠(yuǎn)程集中控制原煤運輸皮帶，實現(xiàn)了機(jī)器人換人，降低了崗位的危險系數(shù)。工作人員可以通過無線信號收集相關(guān)的圖像和數(shù)據(jù)，巡檢整個生產(chǎn)過程。針對其中存在的異常信息情況，機(jī)器人會以報警的形式告知工作人員，并對故障位置進(jìn)行準(zhǔn)確定位，有效的保障了生產(chǎn)作業(yè)的質(zhì)量和連續(xù)性。

第四，重視智能輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的建設(shè)。根據(jù)當(dāng)前礦山企業(yè)的發(fā)展情況以及煤礦開采的實際情況，在智慧礦山建設(shè)工作開展的過程中需要加強(qiáng)對如下幾個智能輔助生產(chǎn)系統(tǒng)的建設(shè)力度。一是砌密閉及防火墻系統(tǒng)；二是自動排水系統(tǒng)；三是無人智能變電硐室；四是吸污、抑塵、清掃系統(tǒng)；五是掏槽機(jī)器人系統(tǒng)等等。降低人工投入量，提高生產(chǎn)的智能化水平。

第五，重視一通三防智能管控系統(tǒng)的建設(shè)。當(dāng)前礦山企業(yè)在智慧礦山建設(shè)工作開展的過程中不僅要在線實時監(jiān)測瓦斯和粉塵情況，而且還要進(jìn)行光纖測溫，進(jìn)一步提升監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)的智能化水平，努力打造一個無人化的智能化的一通三防監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，全面提升煤礦的智能化開采水平。

重視加強(qiáng)提升系統(tǒng)模塊的建設(shè)

當(dāng)前在智慧礦山建設(shè)工作開展的過程中，要想實現(xiàn)煤礦開采的智能化發(fā)展，需要礦山企業(yè)實時監(jiān)測相關(guān)的數(shù)據(jù)，比如提升機(jī)的油壓數(shù)據(jù)、提升機(jī)的速度電流數(shù)據(jù)、提升機(jī)的位置、加速度數(shù)據(jù)、提升機(jī)的能耗和具體的提升量數(shù)據(jù)等等，通過對以上數(shù)據(jù)的了解，實現(xiàn)對提升機(jī)運行數(shù)據(jù)模型的有效構(gòu)建。借助先進(jìn)的大數(shù)據(jù)技術(shù)實現(xiàn)對提升機(jī)運行數(shù)據(jù)的實時采集和監(jiān)控，并對其進(jìn)行科學(xué)合理的診斷，制定有效的措施，不斷優(yōu)化和提升提升機(jī)的工作效率和工作質(zhì)量。在優(yōu)化和建設(shè)提升系統(tǒng)模塊的過程中，需要從以下幾個維度進(jìn)行具體分析和研究。一為提升井提升量；二為班組報表。三為提升速度；四為提升日報表；五為皮帶的運行時間。通過對各井提升情況的了解和掌握，實現(xiàn)對提升量等相關(guān)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計和分析，進(jìn)而對主井提升情況進(jìn)行迅速掌握，最后以報表的形式進(jìn)行輸出。以分區(qū)表的形式對相關(guān)的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效存儲，方便工作人員后期進(jìn)行高效率準(zhǔn)確性的查詢?？偨Y(jié)提升機(jī)的故障規(guī)律，開展科學(xué)的維護(hù)工作，降低提升機(jī)的能耗，實現(xiàn)對提升機(jī)提升位置和速度的準(zhǔn)確控制。

綜上所述，當(dāng)前礦山企業(yè)要想獲得長遠(yuǎn)穩(wěn)定的發(fā)展，需要在自身轉(zhuǎn)型和升級的過程中，加大對智能化技術(shù)的應(yīng)用力度，通過智慧礦山建設(shè)工作的開展以及煤礦智能化開采技術(shù)的科學(xué)合理應(yīng)用，實現(xiàn)對智能礦山運營模式的不斷優(yōu)化，改善以往煤礦開采過程中存在的人工投入過大、生產(chǎn)效率低，安全隱患多的問題，降低煤礦開采的風(fēng)險與危害，促進(jìn)煤礦開采工作安全高質(zhì)量開展，提升煤礦開采的智能化水平，增加礦山企業(yè)的經(jīng)營效益，推動礦山企業(yè)向智能化、規(guī)范化方向發(fā)展。