煤礦智能化開采技術分析

龍昌福

摘? 要：煤礦開采長久以來都是勞動密集型產業，還被人們貼上了“傻大黑粗”的標簽。在煤礦開采過程中，由于地質條件存在很大的不確定性，事故頻發，嚴重威脅了工人的生命安全。為了改變目前這種情況，煤礦企業開始大力發展智能化開采技術，這也上升到了國家層面。采用煤礦智能化開采技術后，不僅能降低人在煤礦生產中的參與度，還能大幅提高生產效率。現在智能化開采技術還處于起步階段，很多人還不了解。為此，本文簡要介紹了煤礦智能化開采的相關內容，以幫助人們認識智能化開采技術。

關鍵詞：煤礦;智能化開采;技術分析

引言

我國是能源大國，煤炭資源儲量十分豐富。近年來，在煤炭技術裝備領域的政策支持和資金支持下，煤炭智能化技術不斷取得突破，機械化和自動化程度大大提高，煤炭安全得到了保障。許多煤礦企業實現了億噸無死亡。但是，我國煤炭開采智能化仍處于初級階段。我國的煤炭開采多為井工開采，地質結構相對復雜，初級的智能技術對于復雜的開采過程來說仍無法滿足現實需求。煤炭安全沒有從根本上得到保障，仍會不可避免地發生一些事故，如瓦斯泄漏、頂板事故、冒水事故等。因此，智能技術還需要進一步的研發和改進，以保障我國煤炭開采安全。

1煤礦智能化開采的概念

近年來，隨著人工智能技術的發展，智能算法不斷更新，推進了煤礦智能化開采的發展。煤礦智能化開采是煤礦機械化和自動化開采的重要延伸，其強調的是實現煤礦的無人化開采。智能化開采技術就是要使機電設備具有一些人的思維，對周圍的開采環境有識別并做出相應處理的能力。通過這種方式，逐漸減弱人在煤礦開采中所發揮的作用，并保證設備能自動運行。換句話說，智能化開采的本質就是給機電設備裝上一個“大腦”，使機電設備具有思考的能力，將原來由人操作的過程改為由電腦控制。煤礦智能化開采的關鍵在于，設備上的控制程序對于煤礦井下復雜環境的適應性。因此，要實現煤礦的智能化開采并不是一件容易的事情，一方面，要進行智能算法的開發，使其能適應井下復雜的生產環境;另一方面，要開發相應的設備，例如傳感器和微處理器等。煤礦智能化開采的主要目的是實現生產環節的智能化決策和自動化運行，主要工作崗位實現無人化。

2煤礦智能化開采的現狀

近年來，伴隨著我國的煤礦智能綜合采礦技術發展迅速，煤炭行業綜合智能采礦技術不斷取得進步和突破。在實際應用中，其工作主要基于記憶切割設備和配套的自動跟機設備，并且結合遠程視覺監控設備和智能控制系統，實現對設備的遠程智能控制。將這種智能化技術應用于煤礦綜采工作時，其有效的確保了綜采工作面的連續性，高效性和安全性。除此之外，智能采礦是煤礦智能的核心。目前，中國有四種智能采煤模式：薄及中厚煤層智能化無人開采模式，大采高工作面智能耦和人機協同高效開采模式，綜放工作面智能化操控與人工干預輔助放煤模式，復雜條件機械化+智能化開采模式。以山東能源棗礦業集團為例，其應用的智能煤礦開采技術的主要指標目前已處于世界領先水平，究其技術應用，主要采用了計算機綜控的智能綜合遠程開采生產模式。不僅如此，整體采礦機械的發展促進了煤炭開采公司向智能采礦的發展，促進了生態環境保護，高效和密集的能源利用，并促進了整體煤礦開采模式的轉變。

3煤礦智能化開采的關鍵技術分析

3.1地質雷達技術

由于煤礦開采是在地層中進行的，從巖層中準確識別煤層是十分關鍵的。在識別時，不僅要識別煤層的具體位置，還要識別煤層的厚度，以便為調整液壓支架的高度提供參考。如果識別煤層出現較大的偏差，則會導致采煤機的截割高度不準確，出現截割巖層的情況或大量煤炭資源被遺棄在采空區中。因此，地質雷達技術是智能化開采成功實施的關鍵。工作面內的照明條件差，粉塵濃度高，很難采用視頻監控技術來識別煤層信息，只能采用紅外成像技術來識別煤層信息。這就要求采用的紅外技術具有極高的靈敏度，能區別煤層熱性質比較相似的巖層。與此同時，還應該采用一些其他輔助技術，對工作面周圍的地質構成進行三維成像，從而方便準確地開采煤層。

3.2智能探測技術

在煤礦開采過程中，智能探測技術主要有煤巖分界技術、煤矸放落自動識別技術、超前探測技術。1）煤巖分界技術。這項技術使用單個天線和多普勒雷達的脈沖發送和接收信號。當工作信號接觸煤巖層時，該信號將減弱并反射回發射區域。這樣可以區分煤層和巖石層。在判斷過程中，人們通過反射波的波長和頻率來判斷煤與巖石之間的界面，但是反射波的波長和頻率將受到透射波和煤層厚度的影響。2）煤矸放落自動識別技術。煤矸放落自動識別技術可以分析煤層礦物的組成，該技術實際上利用飛秒脈沖產生的電場來分析和識別礦石層的材料結構。在實際的應用過程中，該技術一直存在操作問題。3）超前探測技術。該技術精確度較高，使用范圍也較廣。它不用事先對物質的成分進行分析，在多種條件下都能夠使用。

3.3設備故障診斷技術

在煤礦智能化開采過程中，需要用到的電子元器件非常多。由于井下惡劣的工作環境，很容易出現一些元件被損壞或失效的情況。而電子元器件的維修過程十分麻煩，很難通過肉眼識別故障。為此，需要智能化設備具有一定的故障診斷功能，發生故障時能及時報警，并提示發生故障的位置，以便及時維修。雖然現在也有一些故障診斷技術，但是診斷也是需要數據庫才能準確識別故障的。而智能化開采剛剛處于起步階段，很難建立可供參考的故障數據庫，這就形成了一種矛盾。

4煤礦智能化開采發展趨勢

中國煤炭智能化階段的目標是：到2020年，建成100個初級智能示范煤礦。到2025年，所有大型煤礦將基本實現智能化。機械智能是礦山綜合開采技術的重要突破，對提升煤礦工業和煤礦綠色開采具有重大的現實意義。同時，要引進大批專業人才，與時俱進，加快促進產業升級。目前，我國煤炭開采設備單一，結構復雜，難以在狹窄的工作面進行作業。為了滿足實際采煤需求，煤炭開采設備要朝多元化方向發展。例如，安裝可以進行人工智能處理的傳感器，并通過數據處理模塊計算采煤機的工作位移，以將數據輸入模型中進行自主開采;引進智能化的采礦機器人，逐步取代人來全面進行采礦工作，從而節省人力和物力。最后，還可以引進先進的超聲技術。與傳統的探測方法相比，該技術的應用簡化了工作環節并減少了工作量。

結束語

煤礦智能化開采是煤礦機械化和自動化開采的重要延伸，其強調的是實現煤礦的無人化開采。智能化開采的本質就是給機電設備裝上一個“大腦”，使機電設備具有思考的能力，將原來由人進行操作的過程改為由電腦的程序控制。因此，要實現煤礦的智能化開采并不是一件容易的事情，不僅要進行智能算法的開發，使其適應井下復雜的生產環境，還要開發相應的設備，例如傳感器和微處理器等。智能化開采的關鍵技術主要有地質雷達技術、裝備定位技術、視頻成像技術和故障診斷技術，希望通過相關論述，可以為認識煤礦的智能化開采提供參考。

參考文獻

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