智能化技術在煤礦開采中的現狀及展望

余銅柱

摘? ?要：近年來隨著我國在煤礦開采的高端技術及裝備領域的政策扶持，資金支持，煤礦開采的智能化技術不斷取得突破，機械化、自動化程度得到大幅度的提升，安全系數大幅提高，許多重點煤礦企業實現了億噸無死亡。通過分析煤炭在我國的能源結構之中的地位及當前煤礦開采中過程復雜、系統龐大、環境惡劣等特點，通過對現階段的研究，提出煤礦開采智能化概念并從關鍵技術及實踐應用這兩個方面分析一些智能化技術的實現以及智能化技術在煤礦開采中的應用現狀，并展望可能發展的路徑和方向。

關鍵詞：智能化開采? 煤炭開采? 現狀? 展望

中圖分類號：TD67? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）07（a）-0022-02

我國煤炭儲量豐富，近年來隨著我國在煤礦開采的高端技術及裝備領域的政策扶持，資金支持，煤礦開采的智能化技術不斷取得突破，機械化、自動化程度得到大幅度的提升，安全系數大幅提高，許多重點煤礦企業實現了億噸無死亡，如圖1所示。但是我國煤礦大多以井工開采為主，大多數煤礦的地質構造較為復雜，我國的煤炭開采智能化水平仍然處于初級階段，在煤炭開采過程中，瓦斯、頂板、透水、沖擊地壓等重大事故并沒有從根本源頭上得到解決，嚴重影響著我國煤炭的安全生產形象。煤炭開采由粗放生產到智能化、精細化的轉型成為必然趨勢。為此，本文在總結我國在智能化開采現狀的基礎上，提出了今后一段時期內技術裝備的發展方向及建議。

1? 我國煤礦智能化開采的一些關鍵技術

為了確保煤礦智能化開采的實現，可以應用下面的一些智能化開采的關鍵技術。

1.1 智能記憶截割技術

所謂的智能記憶截割技術指的是學習和記憶人工操作自動化采煤機示范刀，以使自動割煤在下個循環實現。采煤機控制系統可以應用位移型調高油缸或者是采高軸編碼器自動定位工作面采高，以及可以結合位置傳感器自動定位工作面位置。

1.2 視頻監控技術

針對礦井視頻監控技術而言，其指的是結合指揮中心視頻監測系統對礦井開采的設備運行以及煤層傾角的改變進行觀察。操作者能夠結合顯示器把握礦井的工作現狀，防止生產中問題的形成。視頻監控技術可以引導工作者及時把握礦井一系列傳感器的運行現狀和開采煤礦的進程，從而保證順利開采煤礦資源。

1.3 人工遠程干預控制技術

所謂的人工遠程干預控制技術是結合發達的計算機技術、通信技術、網絡技術等，以及借助一體化軟件平臺監測工作設備的數據和實現遠程控制。在有效統一采煤機遠程控制系統、工作面輸送控制系統、超前支架控制系統、供電系統、三機通信控制系統、支架電液控制系統、泵站控制系統等的基礎上，可以統一控制和協調管理煤礦綜合機械化采煤工作面的全部機械設備。

2? 我國煤礦智能化開采的現狀

我國的煤礦開采方式經歷了人力、炮采、普采、綜采4個階段，目前我國廣泛開展科技合作與技術創新，在煤礦智能化開采的基礎理論、關鍵技術、重大裝備和示范工程等方面取得了重大突破，高新技術的迅猛發展為煤礦智能化開采提供了有力的技術保障。圖2為我國當前煤礦智能化開采的系統結構圖。

利用采礦自動化網絡，實現了地面與井下工作面之間的互聯互通，將工作面各設備信息和監視畫面集成到在井下的數據通訊系統當中，然后再通過連接井上及井下的環網，將數據傳輸到地面的控制系統中。實現了“智能+遠程干預”的智能化開采方法，利用了記憶切割技術、視頻監控技術和遠程干預技術，逐步實現了“無人操作，有人巡視”的目標。

兗州煤業股份有限公司在濟寧二號煤礦實現的自主研發的基于MG2X125/556-WD型薄煤層滾筒采煤機的薄煤層綜采自動化系統。陜煤集團黃陵礦業有限責任公司針對黃陵一號煤礦進行了智能化綜采系統研發和工程示范，實現了煤炭無人開采的技術突破，獲得2016年中國工業大獎。大同煤礦集團塔山煤礦研發的特厚煤層大采高綜放成套技術和裝備，將綜放開采高度從14m提升到了20m，獲得國家科技進步一等獎。兗州煤業與天地科技公司在國內外首次研發了8.2m綜采成套技術和智能化控制系統并應用于陜西未來能源有限公司金雞灘煤礦實現了工作面月產150萬t以上，達到了國際領先的水平。神東煤炭集團在榆家梁煤礦44305工作面采用了采煤機記憶切割、支架聯動跟機、視頻監控、遠程干預的自動化綜采成套技術，建成我國首個自動化綜采工作面。

3? 智能化煤礦開采存在的主要問題

要實現煤礦的智能化開采，重點是實現工作面基本無人化，巷道集中控制，采煤機械化程度要達到90%以上，掘進機械化程度80%以上，當前存在的主要問題和急需突破的核心技術主要包括以下幾個方面。

3.1 通信平臺沒有實現統一

雖然工作面的以太網已經基本建成和投入使用，但是大多數情況下只是傳輸數據量較大的視頻信息，并沒有形成統一的協議和標準，沒有真正實現綜采設備和監控數據的“無縫”對接，各個系統之間的信息也沒有真正的共享。

3.2 需要提升設備的可靠性

設備的穩定性和可靠性是智能化煤礦開采的核心，由于各工作面環境惡劣，攝像系統、傳感系統易收到煤塵的影響，清晰度、準確性達不到要求。研究關鍵元部件的失效原因和故障機理，攻克關鍵元部件的技術壁壘，為煤礦的智能化開采提供可靠穩定的保障。

3.3 工作面存在的上竄下滑的問題

由于工作面煤層和地質環境的變化，會出現刮板運輸機沿工作面向上或向下的整體的竄動，使得刮板機和轉載機搭接的距離發生變化，造成安全出口不夠及拉煤不暢的問題，影響著煤礦的安全生產，應通過自動檢測位置信息研究偽傾斜技術用以攻克此項問題。

3.4 智能調高技術需要進一步發展

關鍵在于能夠自動識別煤巖的技術，即采煤機切割時可以根據煤層的彎曲變化情況自動調整滾筒的切割高度，避免切割到頂底板的巖層，此項技術需要進一步的研究。

3.5 煤炭企業的高端投入面臨困局

我國煤炭的產能過剩，供大于求的形式在短期內無法改變，煤炭行業的不穩定性使得煤炭企業經濟效益下滑的條件下，研發投入難以保障。開采設備的經濟性和實用性成為煤炭企業所關注的重點。

4? 煤礦智能化開采的研究展望

智能化技術是煤礦轉型升級的必然，智能型煤礦以信息化、數字化、自動化、無人化為目標，實現煤礦高效安全的開采。現階段雖然取得了一定成果，但仍不能滿足高效安全生產的需求，需要進一步的研究。

在多數地質條件一般的礦井，需要建立可靠的系統軟件，使多個子系統高度的耦合，并不能只是簡單的疊加，各系統的參數聯系緊密，提高系統的動態響應能力，為減少由于惡劣環境導致的傳感器不準或失效，需運用多種傳感器的融合，提高系統的穩定性能，實現生產過程協同，數據實時傳輸，礦井智能化無人開采，值班人員在控制中心值守，系統自動運行（極端情況下進行人工干預），工作面無工作人員，實現真正的煤礦智能化開采。

參考文獻

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