淺析煤礦開采中的智能開采技術

李誠

摘 要：煤礦作為我國經濟發展當中重要的支柱型產業，不僅關系到廣大人民群眾的生活與生產，而且還和國家經濟的可持續發展有著重要的關系。但心于煤礦開采當中充滿了各種不安全因素（例如塌方、瓦斯泄漏等等），導致我國的煤礦產業無法滿足新時期的經濟發展需求。為了能夠保障煤礦產業的順利發展并提高煤礦開采的安全性，文中在傳統煤礦開采模式當中運用智能開采技術，不但有效地提高煤礦開采的安全性和效率，而且還能夠在有效地減少企業開發成本的同時，優化國內產業經濟結構，這對于煤礦技術創新具有重要的意義。文中對于國內煤礦智能化開采技術的現狀進行了簡要論述，并針對我國智能開采技術的發展趨勢給出了一些建議，以供參考、借鑒。

關鍵詞：煤礦開采；現狀；智能開采技術

中圖分類號：TD82；TD67 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）15-0176-02

0 引言

智能開采技術（Intelligent mining technology），它是利用具備微感知、記憶以及自我學習能力與判斷力的煤礦開采設備（例如智能液壓支架、智能型采煤機等等具有多元化功能的綜合采礦設備）來作為基礎運用人工智能以及各種自動化控制系統為核心，結合遠程監控的方式來實現煤礦開采“無人作業，有人巡查”的高效、安全開采方式，而這也是近些年來我國工業化發展與信息技術的深度融合的基礎上所形成的煤炭開采技術變革，對于實現煤礦技術創新和安全可持續性發展具有重要的促進作用。隨著我國對于煤炭需求的數量逐漸增加，傳統的煤礦開采技術早已經不能夠再滿足當前國家建設與發展的需要，國家以及地方政府部門投入了大量的物力資源與人力資源，利用技術上的引入、消化以及再創新的方式，我國在煤礦智能化綜合開采技術上有了明顯的進步并取得了良好的科研成效。值得注意的是，我國雖然在煤炭開采技術方面已經與世界其他發達國家相接近，但是想要在全國范圍內全面性普及與推廣智能煤礦開采技術仍然具有較為明顯的局限性和片面性，許多煤礦智能開采工作仍然停留在較薄的煤層當中。在國內的煤礦綜合開采技術方面是以精準陀螺儀來針對煤炭儲層進行高精度的定位，同時在原有記憶割煤、過載保護以及其他實用性功能上增加了諸如紅外線攝像功能以及雷達探測防碰撞功能。雖然這些技術處在研發的起步過程中，但是對于我國未來煤礦事業的深入發展具有不可乎視的重要作用。

1 國外智能開采技術的現狀

在2000年以后至今，國外的煤礦開采也從原先只重生產效率和經濟效益開始向著“安全合理、高效實用、經濟環保”等方向發展。國外在煤礦開采智能技術上所沿用的思維模式是：利用鉆孔地質勘探以及深度掘進相互融合的方式來將所要開采的煤層進行完整的描繪出來，并了解在某個區域之內煤層的厚度和煤炭的實際分布情況，然后再運用高精視度的陀螺儀來了解并鎖定住采煤機所在位置的坐標，然后再將兩者進行相互融合并實現自化割煤的目的。利用這種思維方式能夠有效地克服煤炭開采過程當中煤炭識別所造成的問題，在全面性了解所在區域地質條件的情況下完成自動化、智能化采煤的目的。

1.1 工作面自動化LASC系統

在2011年三月初，西班牙聯邦科學工作研究小組CSIRO推出了ACARP計劃，該計劃確立了全自動自能化煤炭開采技術項目。在2015年時該項目通過了軍用級別的標準，并運用高精密度的煤機三維定位（該項技術所造成的測量誤差僅僅在+15cm）、工作面矯直系統（該系統本身所引起的誤差只有+45）以及工作面垂直水平控制系統。在工作面自動化（即LASC系統）技術的支持下于2015年的BAltana礦場成功完成實驗。隨后該科學工作研究小組對LASC自動化系統進行了深度改進與優化，并且將歐洲最先進的煤機智能控制技術、煤流負荷平衡和艾可夫等采煤機械供應企業進行戰略合作，并用最高效的方式實現商業用途。與其他的技術相比，LASC技術所具備的優勢有工作自動控制算法以及高精度導航等核心技術。

1.2 智能開采服務中心

智能開采服務中心本質上來說就是一項使產品增值的服務。在西班牙的AMGJD礦業公司所開設的調度室里就設置有一個全世界最先進的煤礦智能開采中心，該中心對旗下所管轄的所有礦井都能夠進行全天候24小時的即時監控，并且會按照目前所出現的報警以及相關的故障信息通過電子郵件或者電話的方式將相關信息發送到智能開采服務中心里進行相應的調整。此外，在每天、每個星期、每個月和每個季度都會向礦井一方傳出報告內容，并對礦井的管理給出了一些有效的指導和建議，在安排設備檢修的同時做好相應的記錄。把相關的報告內容進行采集以后再對礦井每天運營的狀況進行了分析同時制定相關的計劃通知，這樣就能夠保障每個星期都會有相應的智能服務回顧，而且每個月、每個季度的井下精益運行也都會有所回顧。煤礦智能開采服務中心的構建不但可以有效地減少煤礦開采設備停機的頻率和時間，而且還能夠降低設備的損壞率，對于提高煤礦整體的生產水平和減少生產成本具有重要的意義。

2 國內智能開采技術的現狀

2.1 遠程干預無人化采煤工藝

國內智能化開采全面實現了“工作面無人”的目標，通俗地講就是按照工作面的實際需求來進行自動化控制，并運用遠程監控的方式來對煤礦開采過程進行干預，該智能化模式的運用使得煤礦開采行業初步實現了“無人跟機作業，有人安全職守”的目標。在通過一定人工干預的情況下實現模糊控制采煤工藝，其本身所具備的煤礦開采系統智能化功能主要包括了以下幾個方面：系統擁有不同層面、多個視角的感知力，并且支持各類工作信息的遠程交互與高速網絡通道的構建；工作面所引起的協同集中控制和采煤設備智能化快速記憶截割能夠安全、穩定地自動運行；全面自動化的煤流平衡控制系統，多功能采煤機和運輸體系與之能夠自動適應，刮板運輸機鏈條張力的監督與控制和智能化軟件相兼容；多元化煤礦開采設備能夠相互協調并且穩定地運行，并會針對不同的開采情況設置出相應的設備參數。

2.2 礦井虛擬現實技術

綜采工作面運用高仿真的虛擬現實技術將一個三維采礦環境，并以此來對采礦作業的過程和采礦所涉及到的加工生產工藝以及相關機械設備的操作來進行模擬，操作人員能夠將虛擬和現實系統深度融合并構建為一個穩定、高效的人機交互機制，無論是在何種操作環境和操作時間段時都能夠進行模擬。除此之外，礦井虛擬和現實技術的運用能夠對于物體的大小、性質以及其他方面的參數進行掃描并且記錄下該物體的狀態，并將這些參數和信息收集之后存儲到空間當中來對物體的運動進行控制，在鎖定空間狀態以及構建相應自然規律的同時，將現實與開采情況相近的三維內容通過計算機屏幕展示出來。此外，采礦作業的具體情況以及煤炭生產系統的平面圖以及各類設備參數運作當中所形成的動態化信息（例如說設備運作的時長、設備的總產能、煤炭設備的間距以及相關的動態化信息等等），并結合具體的煤炭開采情況來構建出不同的生產系統來進行客觀模擬，以此來滿足與改善評煤炭生產評價系統。值得注意的是，虛擬現實系統當中還包括了兩種不同的控制機制，即自主模式和飛行模式。所謂的自主模式就是以人力的方式來進行操作（管理人員利用鼠標或者鍵盤的方式來將鏡頭進行移動，并對場景當中的任意位置進行瀏覽和監視）；至于飛行模式就具有更加廣闊的活動范圍和功能，在飛行模式下鏡頭能夠被移動到較高的位置處并以俯瞰的方式來觀察整個煤炭開采過程。

2.3 遠程遙控技術

智能化采煤生產當中所使用的遠程遙感技術具有高靈活度和高適應性的特點，但是在實際的運用過程當中應當要嚴格遵守以下幾個方面的原則：

（1）將采煤機記憶截割作為基礎，再通過人們進行遠程干預的方式來進行操作，結合多功能的煤炭采集運輸設備來實現自動化控制，通過就地控制的方式來達到綜采設備智能感知的效果。同時還利用各種視頻監督與控制的方式來實現全天候即時的管理。

（2）在煤礦開采過程當中對于整個地面以及相關的巷道等等具有一定危險性的工作區域內都會設置完整而又健全的網絡通信設備。智能開采控制設備的運用不但有效地解決了傳統煤炭開采以單機為基礎的單一化思路，構建出一個多元化、成套化的系統總控制網絡化信息綜合判斷為核心的音機裝備，為實現煤炭開采智能化打下堅實的基礎。把采煤機、液壓支架、刮板輸送以及轉載機、帶式輸送設備以及強流供液機、電力供給與穩定系統等等融合成為一個系統的整體，然后再按照實際的控制內容和情況來了解決策模型與結果，確保綜合采礦設備能夠穩定、安全地可持續運作。

2.4 智能開采技術的難點

2.4.1 自動化技術水平差

因為地質條件和科學技術水平等多方面的原因，加上煤層本身就存在著不可預知性，所以在煤炭開采過程當中運用智能化技術仍然無法擺脫大量人力勞動的投入，必須要全面性激發出機械設備與人的優勢并且將人力與機械的不足之處控制在最小范圍內。

2.4.2 煤炭開采設備的穩定性有待提高

現階段所使用的煤礦開采設備的穩定性與可靠性不足，除了要適當加入一些設備的感知以及決策與智能化功能以外，還必須要將開采設備從傳統的單機模式向著套裝化、系統化、智能化方向發展。

2.4.3 惡劣環境下可視效果差

由于技術上的原因導致在一些作業條件差的，或者一些危險性高的地方可視的效果差，必須要采取一些科學、合理的方式來對可視效果進行提高，這樣才能夠滿足煤炭開采的需求。

3 國內煤礦智能化開采技術的發展

當前國內的煤礦開采行業處在轉型的重要時期，將先進的信息技術引入到煤炭行業當中不但可以提高煤炭行業的生產效率，對于實現煤炭行業的智能化發展具有重要的意義。

3.1 厚煤層與薄煤層智能化綜采技術

運用當前主流的無線電通信技術能夠有效地降低煤炭開采井下作業當中纜線所使用的數量，確保整個煤炭開采地下作業環境更加安全更加整潔。同時將無線電通信技術運用到煤炭開采作業當中，既能夠有效地降低煤炭開采的人力成本和物質成本投入，同時還能夠提升井下數據的采集速度和畫面傳輸質量。在煤礦下方的巡檢人員當中配置先進的智能化信息裝備，不但有效地增強巡檢人員的防護能力以及生存能力，還能夠讓巡檢人員運用無線通信以及自動化技術和監控中心保持即時聯絡，對于提高巡檢人員的安全具有重要的意義。在智能化煤炭開采的時候應當要構建出一個完善、系統化的災害全方位防控系統，運用高精度的傳感器來確認井下瓦斯的濃度與油氣等具有危險性物質的數值進行即時監控。若是所采集到的數值高出上限閥值那么就會自動終止煤機運作，而且在災害預防與控制系統的監控下可以確保采煤作業能夠安全、穩定地進行，同時還能夠利用采集到的數據進行3D模擬，從而制定出最為合理、最為有效的煤炭開采方案。

3.2 復雜開采條件下智能化綜采技術

因為煤礦井下地質條件復雜的原因，使得煤炭井下開采作業的災害以及事故也變得更具多樣性，因此將智能化煤炭開采技術引入其中時應當要結合所在地區的具體情況這樣才能夠制定出一個全面性的保障機制，然后再依據所收集到的數據和相關信息進行分析之后，才能夠提高智能化開采的水平。

3.3 切頂沿空留巷智能化綜采技術

切順沿空留巷智能化綜采技術是對原有的綜采技術進行整體升級之后的新技術，該項新技術不但可以做到科學化管理，而且還能夠提升煤炭開采的效率，對于實現資源回收、強化煤礦工程的安全性有著良好的效果。此外，在其他的煤礦智能化開采技術當中也取入了突破性的成效。比如說在煤礦智能化開采當中加入了新式的全方位探測技術以及智能化高精度導航技術、智能化管理技術等等，這些智能化技術的運用對于提高煤礦開采的產能和質量效果顯著，同時還能夠提高智能煤炭開采的學習、適應以及全方位控制能力。在煤炭開采技術當中運用煤礦智能化開采技術，對于深化我國煤炭開采行業的可持續、安全穩定發展有著極為重要的影響，在實現了傳統煤炭開采領域和工業現代化、信息技術多元化多方融合之外，對于加快我國煤炭產業鏈的升級和轉型也有著不可忽視的作用。通過技煤炭開采智能化技術的運用后極大地改善了我國煤炭工業被動、人力資源投入大等問題，對于優化煤炭產業的生產效率、提高煤礦產業的生產人安安全性、排解各種安全問題和隱患等方面也起到了明顯的作用。因此，在煤礦智能化開采技術的運用方面應當要依據煤礦開采的具體情況，適當性地加大或者提高所有煤礦產業相關人員的職業素養培育，全面性地強化煤礦職業的實踐操作能力與安全生產責任意識，這樣才能夠保障煤礦產業智能化發展能夠持續、穩定。

4 結語

綜上所述，想要在現有的煤礦產業當中實現煤礦智能化開采技術創新和發展的目標，就必須要結合我國的實際情況，在深入了解煤礦開采當中的各種因素與現狀之后，再結合智能能化技術來實現煤礦智能化開采的目標，通過先進的信息化、自動化、以及無人控制等先進技術來提升我國煤礦開采的質量和效率，在降低礦難事故發生的同時，確保煤礦井下作業人員的生命財產安全。

參考文獻

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