礦井智能化開采關鍵技術分析

楊勇

摘 要：作為中國的主要能源，在未來相當長的一段時間內，礦井開采仍繼續占據世界能源結構的主導地位。在當前信息化、智能化革命到來之際，礦井智能化是適應當代信息工業革命發展趨勢、保障國家能源供應、促進礦井工業高質量發展的核心。應用信息技術、智能制造技術和人工智能技術的研究成果，實現礦井安全、高效、綠色開采和利用，實現礦井智能化已成為礦井工業發展的必經之路。圍繞智慧礦井及智能化無人開采的重大技術需求，突破行業共性核心問題，加快智能、安全、高效現代礦井生產體系建設成為主要目標。

關鍵詞：礦井;智能化開采;關鍵技術

0 引言

近年來，受城市經濟建設進程持續深化的影響，促使市場中石油能源使用需求缺口漸漸擴大，而做好礦井開采工作不止能為社會經濟運行發展提供相應的能源支持，更保證日常生活供暖的有序性及不間斷性。與其他類型能源相比，礦井開采作業量大且作業難度高，尤其是大范圍應用自動化技術及智能化技術后，大大增加各種問題的發生率，對礦井生產安全性產生極其不利的影響，甚至埋下安全事故的發生隱患。一旦發生安全生產事故則威脅開采人員生命健康安全，甚至造成企業嚴重的經濟損失。由此可見，礦井資源開采期間靈活運用智能化技術手段，根據現場具體情況選擇適宜的開采技術，能保證礦井開采工作有序開展。

1 礦井智能化開采與國外發展狀況

礦井智能化開采，集物聯網、人工智能、大數據等技術，打造一體化智能平臺，將科學技術與礦井開采充分結合，推動礦井智能化發展。礦井智能化開采平臺的建設，通過自動化安全生產，減少開采冗余環節，以環保節能手段充分開采礦井資源，實現礦井可持續發展。礦井智能化開采落實，是全面貫徹落實環境保護政策的重要手段，創新礦井開采過程，增加綠色環保技術，通過綜合管理平臺與采掘運輸信息管理、導航監控、智能化無人工作系統等的結合，確保礦井開采中相互聯系，分層次展開礦井開采工作。國外礦井智能化開采技術發展迅速，高新技術的應用很大程度上改變了礦井工業的發展面貌，以先進采煤技術與設備，實現礦井集中高效生產，智能化發展基礎上，生產規模明顯國家，據悉德國礦井平均生產規模達到280萬t，英國為180萬t，波蘭為200萬t，而我國僅達到10萬t。大部分發達國家已經實現了礦井生產綜合機械化，遙控、自動化發展極為先進，生產率明顯提高。我國近些年積極引進采煤機、液壓支架以及刮板輸送機等，采礦效率明顯提高，同時為智能化發展奠定基礎。

2 礦井采煤機智能化現狀分析

2.1 設置不合理

礦井開采期間采煤機應用智能化技術手段能保證所有開采工作有序開展，但是智能化技術具體應用時存在出現無線網絡傳輸問題的可能，尤其是所采取的解決措施不夠合理則直接影響采煤機使用質量及使用效率。同時，目前我國礦井企業普遍存在對無線網絡傳輸技術設置的重視程度有待提升的問題，一旦其綜采工作研究力度遠遠不足則可能引發無人機交換布置期間出現無法根據礦井資源具體開采狀況進行使用的問題，直接影響網絡布置的合理性，甚至無法充分發揮無線網絡傳輸技術的應用價值。此外，部分無線交換機設備技術設計未從根源上認識到通信渠道的重要性及必要性。

2.2 技術不普及

現階段礦井作業中煤層動態傾角實時測量開始采用煤巖界面識別技術。設備滾筒高度的調整則依靠此測量數據，從而得到綜采工作面的水平高度。綜采工作面水平高度的調整方式在國內外是不同的，國內裝備高度的調整使用的是記憶割煤技術，但是當煤層走向發生大的變化時該技術就不再準確。國外裝備高度的調整使用的是熱紅外攝像儀，根據掃描的結果進行工作面高度的調整，然而現今熱紅外攝像儀的使用尚未普及。

2.3 設計規劃不足

通常情況下，采煤機裝置使用期間采取科學合理的截割路徑設計方案是保證設備使用期間滿足開采環境具體要求的技術前提及標準要求，方可達到提高采煤機綜合性能設計質量的目標。同時，規劃設計采煤機設備截割路徑期間，不得脫離設備截割滾筒特點進行綜合考慮，根據礦井開采現場具體情況選擇科學合理的開采方式，尤其是結合煤層具體厚度進行判斷，能大幅度提高煤巖截面識別技術的處理效率及處理質量。部分礦井開采企業規劃設計采煤機具體截割路徑期間，普遍存在忽略實際使用狀況的問題，造成采煤機截割處理出現大量問題，直接影響其截割效果。

2.4 實際工作環境不理想

當前，礦井開采的智能化綜采工作面系統尚不穩定，還存在許多不得不解決的問題：一是礦井綜采的工作環境較為惡劣，礦井開采的工作環境常常是位于幾百米以下的地面深處，環境悶熱潮濕、粉塵多、光線弱，礦井開采人員難以在如此復雜艱難的環境中工作，而綜采系統的傳感器的反應速度和可靠性都會受環境的制約，難以向地面傳達最真實可靠的數據。二是礦井開采的地質環境十分復雜，穩定性弱，相關技術難以在復雜環境中實現普遍應用，各礦區的實際情況也并不相同，技術運用難度大。

3 礦井采煤機智能化關鍵技術手段分析

3.1 工作面綜采裝備位姿監測技術

礦井井下工作面綜采裝備的姿態感知和測量是進行綜采裝備智能控制的必要條件。礦井井下環境復雜多變，因此需要高精度、高可靠性的定位導航系統對綜采裝備進行實時監測。在裝備運行過程中，可通過采用三維激光掃描儀、紅外高清攝像儀進行實時動態掃描，對工作面進行三維激光掃描，實時構建工作巷道三維模型，繪制工作面地圖。由于井下高粉塵環境，可采用仿生除塵、智能去塵的本安型防爆視覺傳感器對井下環境進行高清圖像獲取。利用慣性導航、機器視覺和激光掃描等高精度定位技術對綜采裝備位置進行實時監測，為綜采裝備安裝高精度傳感器，采用多傳感信號集成監測技術，實時監測綜采裝備的姿態。應用基于多信息的三維場景實時建模，搜集綜采工作面三維地圖、裝備行程、壓力、傾角等傳感信息，通過視頻增強技術和動態建圖技術構建遠程虛擬生產監測系統，從而實現工作面綜采裝備位姿的實時監測。

3.2 智能采煤機

綜采工作面智能化設備的不斷發展使得智能化設備在礦井業中得到了廣泛的應用，智能采煤機就是其中一個廣泛受用的智能化設備。智能采煤機具有多種工作模式，并會根據不同的任務需求使用不同的模式。通過傳感器得到與采煤有關各個設備的位置對設備的運動路線進行估計以完成聯動控制，對采煤機進行遠程的無人操作控制則需要結合跟進作業和斜切進刀工藝等。

3.3 智能礦井開采記憶截割技術

礦井智能化開采中，根據記憶截割的方式，以人工自動化操作的方式對采煤機進行操控，不斷進行學習與記憶，制定采煤機自動割煤計劃。利用位移型調高油缸的方式，完善礦井開采中采煤機控制系統，智能記憶截割技術下，自主對礦井開采工作面進行定位，并且及時將定位信息傳遞到位置傳感器中，保證智能化開采平臺能夠及時掌握，合理安排礦井開采計劃。礦井開采期間，記憶截割技術應用中，必須在采煤機的搖臂上安裝傾斜計，隨時跟蹤采煤機，掌握其坐標變化，控制采煤機搖臂工作在+45°～-20°工作，確保采煤機工作順利。

4 結束語

礦井智能化開采是煤炭產業轉型升級和煤炭工業技術改革的核心，礦井企業務必緊跟信息時代的發展步伐，應用信息技術的成果，將數字化、人工智能、大數據等技術應用于煤炭開采過程中，攻關智能化開采核心技術難題，逐步實現礦井開采全過程的智能化監控，通過遠程監控實現井下少人甚至無人作業，徹底改變傳統的礦井生產方式，使煤炭行業適應信息時代的發展，走可持續發展的道路。

參考文獻：

[1]趙寧波.煤礦采煤機智能化關鍵技術探討[J].中國石油和化工標準與質量，2019，39（23）：204-205.

[2]王國法，杜毅博.智慧礦井與智能化開采技術的發展方向[J].煤炭科學技術，2019，47（01）：1-10.