煤礦智能化開采技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望

姚小飛

（平頂山天安煤業(yè)股份有限公司五礦，河南 平頂山 467000）

一、煤礦智能化開采的重要性

隨著社會的發(fā)展，對煤礦開采的要求也越來越高，其中最重要的是保證工人的生命安全。與此同時(shí)，中國煤礦開采的人力資源成本也逐漸上升，煤礦企業(yè)迫切需要減員提效。在這種背景下，煤礦的智能化開采應(yīng)運(yùn)而生。在煤礦生產(chǎn)過程中，夜班是令工人十分頭痛的事情——工人的生物鐘顛倒，很難有效適應(yīng)，導(dǎo)致夜班時(shí)發(fā)生事故的可能性要大于白班。而采用了煤礦智能化開采技術(shù)后，很多煤礦取消了夜班，極大地保證了工人的權(quán)益。

此外，在傳統(tǒng)開采過程中，很多機(jī)電設(shè)備需要人來操控，操控時(shí)需要通過肉眼識別開采狀況來采取相應(yīng)的操作。由于人的精力有限，在煤礦井下長時(shí)間工作，人的思想意識和操作動作很難不受影響，難以準(zhǔn)確判斷具體工作情況。這不僅導(dǎo)致開采效率降低，還容易因?yàn)樵O(shè)備誤操作而引發(fā)安全事故。而采用煤礦智能化開采技術(shù)后，可以保證設(shè)備持續(xù)高效運(yùn)行，極大地降低了誤操作的概率，大大提高了煤礦的開采效率。

二、技術(shù)現(xiàn)狀分析

（一）煤礦開采定位系統(tǒng)

導(dǎo)航技術(shù)的應(yīng)用能夠?qū)崿F(xiàn)采煤機(jī)的實(shí)時(shí)定位，從而便于實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)控制。在采煤機(jī)內(nèi)安裝導(dǎo)航芯片，能夠在三維空間內(nèi)實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)定位，定位系統(tǒng)有助于按照開采計(jì)劃實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確定位，保證開采的順利進(jìn)行。由于礦井中的信號較差，衛(wèi)星信號不能起到正常的交流作用，因此，研究新型的精準(zhǔn)定位系統(tǒng)十分必要。精準(zhǔn)的定位系統(tǒng)以 GIS定位系統(tǒng)為基礎(chǔ)，包括井下高精度定位、局部定位和導(dǎo)航，高速無線通信等相關(guān)技術(shù)，保證礦井開采的精準(zhǔn)定位。能提高開采的精確度，提高開采效率，結(jié)合 RS傳感器的應(yīng)用，能夠?qū)崿F(xiàn)對礦井開采狀況的實(shí)時(shí)監(jiān)測。

（二）智能數(shù)據(jù)分析技術(shù)

考慮到煤礦生產(chǎn)的環(huán)境復(fù)雜多變，危險(xiǎn)性高，因此，掌握開采過程中的數(shù)據(jù)資料，對于提高生產(chǎn)的安全性、提高生產(chǎn)效率具有重要作用。通過對地理信息的勘探，以及通過三維監(jiān)測對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提高數(shù)據(jù)的應(yīng)用能力，進(jìn)一步發(fā)揮數(shù)據(jù)資料的應(yīng)用價(jià)值。其中信息主要來源于在綜采工作面上的巡檢裝置，設(shè)置激光掃描儀，對于煤層進(jìn)行持續(xù)的快速巡檢，并將其擬合成曲線生成采煤機(jī)運(yùn)動圖像，并建立三維模型。有助于清晰、直觀的掌握煤礦的開采現(xiàn)狀，提升數(shù)據(jù)應(yīng)用效率，保證采煤工作的順利進(jìn)行。考慮到采煤工作面煤層厚度變化大，而在單一煤層內(nèi)煤層高度變化平緩這一狀況，可開展采高歷史監(jiān)測。從而能根據(jù)實(shí)時(shí)的地質(zhì)狀況，對采煤機(jī)的割煤線和決策控制進(jìn)行預(yù)先處理，進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)和液壓支架的精準(zhǔn)控制。根據(jù)數(shù)據(jù)采集技術(shù)和方法，對環(huán)境數(shù)據(jù)進(jìn)行更新，選擇大數(shù)據(jù)算法做出干預(yù)和控制，實(shí)現(xiàn)智能化精準(zhǔn)控制決策。

（三）智能記憶截割技術(shù)

根據(jù)采煤的需求和采煤計(jì)劃，制定有針對性的、科學(xué)高效的采煤機(jī)自動割煤計(jì)劃。通過控制系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)調(diào)高油缸的位置，對工作面采高進(jìn)行自主定位，根據(jù)工程需求完善煤礦開采中的采煤機(jī)控制系統(tǒng)。智能記憶截割技術(shù)的應(yīng)用使得采煤機(jī)煤礦開采工作面能實(shí)現(xiàn)自主定位，同時(shí)將定位信息及時(shí)傳遞到傳感器中，保證智能化開采平臺及時(shí)掌握位置信息，便于安排和調(diào)整煤礦開采計(jì)劃。

（四）實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)

在煤礦中應(yīng)用實(shí)時(shí)監(jiān)控能夠?qū)崿F(xiàn)，工作人員不進(jìn)入礦井即可對井內(nèi)的工作情況進(jìn)行觀察，從而了解工作環(huán)境。視頻監(jiān)控系統(tǒng)和井下視頻傳感系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)控的重要環(huán)節(jié)，通過通訊網(wǎng)絡(luò)將井下的采礦工作畫面上傳到終端控制設(shè)備，同時(shí)對井下的視頻畫面進(jìn)行判斷，判斷是否處于正常的工作狀態(tài)，從而決定是否采用遠(yuǎn)程人工干預(yù)切割。實(shí)時(shí)監(jiān)控技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能化采礦的重要環(huán)節(jié)，合理設(shè)置視頻傳感器和觀測采煤機(jī)，提高視頻畫面的清晰度和實(shí)時(shí)性，保證畫面?zhèn)鬏數(shù)姆€(wěn)定性，提高畫面質(zhì)量，有助于實(shí)現(xiàn)智能化開采。

（五）系統(tǒng)自適應(yīng)和故障自診斷技術(shù)

目前我國的智能化開采技術(shù)尚未達(dá)到國際領(lǐng)先水平，在實(shí)際應(yīng)用中存在智能感知差、無法實(shí)現(xiàn)自主決策等問題，總體表現(xiàn)為智能化水平較低。還體現(xiàn)在裝備可靠性低，維修和檢修的工作量大，任務(wù)繁重，在控制系統(tǒng)中常出現(xiàn)通信不穩(wěn)、控制不準(zhǔn)等現(xiàn)象。由于在采煤過程中不能根據(jù)綜采工作面的地質(zhì)變化進(jìn)行裝備自適應(yīng)調(diào)整，因此系統(tǒng)不具備自適應(yīng)能力，這為故障自診斷技術(shù)的實(shí)現(xiàn)造成了極大的干擾。為提升系統(tǒng)自適應(yīng)能力，需從智能探測、智能分析和智能控制入手，開展進(jìn)一步的探索，從而提升設(shè)備的智能感知、自主適應(yīng)和智能控制的能力。

如在以往遇到工作面輸送機(jī)上下滑動時(shí)，由于現(xiàn)有的智能化系統(tǒng)不能自動實(shí)現(xiàn)加減到控制，必須通常通過人工來進(jìn)行手動操作，加減刀，而自適應(yīng)系統(tǒng)融入了加到操作，使得系統(tǒng)根據(jù)傳感器的檢測數(shù)據(jù)及時(shí)調(diào)整,做出加減刀調(diào)整。由于國產(chǎn)的采煤機(jī)械裝備存在制造材料，制作工藝等方面的不足，機(jī)械的可靠性較差，故障頻發(fā)，極大地影響了智能化綜采設(shè)備的運(yùn)行，考慮到自動控制系統(tǒng)數(shù)量多，維護(hù)難度大，而僅依靠檢修人員進(jìn)行故障判斷，不僅工作量大，難度大而且，效率不高，通過運(yùn)用大數(shù)據(jù)分析處理技術(shù)，對運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行采集和分析應(yīng)用算法，實(shí)現(xiàn)故障的自動分析和處理，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)故障自診斷。

結(jié)束語

綜上所述，我國煤礦的智能化開采技術(shù)處于發(fā)展階段，智能化開采技術(shù)的應(yīng)用能夠有效避免重大安全事故，提高開采效率和質(zhì)量。保證智能開采與復(fù)雜工作環(huán)境的緊密聯(lián)系，提高智能化開采技術(shù)的效率，是實(shí)現(xiàn)安全生產(chǎn)、高效生產(chǎn)的重要途徑。同時(shí)企業(yè)應(yīng)當(dāng)提高管理水平，建立健全專業(yè)化的作業(yè)模式，保證智能化開采技術(shù)的有效落實(shí)。