智慧煤礦與智能化開采技術的發展方向

徐華偉 石海洋

摘要：煤炭是我國經濟發展的一個重要資源。近年來，為了提升煤炭的開采力度以及煤炭資源使用效率，相關開采技術成為行業重點研究的對象，智慧煤礦與智能化開采技術就是其中研究的重點。因此，本文就對智慧煤礦與智能化開采技術的發展方向進行簡單的分析，以供相關人士參考交流。

關鍵詞：智慧煤礦;煤礦開采;智能化開采技術;發展方向

智慧煤礦與智能化開采技術的出現可以大大提升煤礦開開采的效率，也可以解決開采階段存在的一些難題。智慧煤礦與智能化開采技術主要是將各項先進技術融合在一起，完全實現了智能、安全、高效的生產模式，是我國煤礦行業發展的主要目標。

一、智慧煤礦的概念

智慧煤礦的基礎是數字化和信息化，目的是實現安全、高效、清潔的煤礦開采。智慧煤礦從功能上可以分為三個方面：一是智慧生產系統，主要指的采煤和掘進工作面的智慧化推進，以無人值守、無人采礦的煤炭開采為目標的工作系統;二是智慧化健康安全系統，我國在煤炭開采作業管理目標就是“減少事故，減少死亡”，因此對于煤礦開采的工作人員的生命健康、幸福關愛是非常關注的。健康安全系統又包括通風、水害監控、應急救援、污水處理、視頻監控等眾多子系統;三是智慧技術和后勤保障系統，智慧技術主要這是對煤礦的勘測、開采、挖掘、運輸、調度和設計等各方面的信息化、智能化的建設。后勤保證系統指的是在管理的過程中采用智能化的管理系統和辦公系統。

二、智慧煤礦技術架構

智慧煤礦建設的首要條件就是智慧煤礦的技術構架，智慧煤礦的技術構架設計主要的設計原則有以下幾點：一是網絡融合安全原則，二是信息互通原則，三是數據共享原則，四是功能協同設計原則，煤礦部門需求的不同，設計開發人員采用的框架和技術也不盡相同，但總得來說，在技術結構的設計上都是通過網絡傳輸和感知以及大數據技術實現的。智慧煤礦的框架涉及的范圍比較廣，可以概括為以下幾個方面，一是地下精準定位系統，二是煤礦物聯網綜合智能管理系統，三是礦井設備、設施管理系統，四是工作平臺智能開采系統，五是地面分選運銷與生態建設系統，六是智能掘進和采準系統，七是地質探測信息系統，八是危險預警及防控系統，總的框架結構如下圖所示：

從上圖可以清晰的看到，智慧煤礦處于設計中的核心，這是因為地下煤礦的開采環境存在很大的變數，不僅需要面臨復雜的地質情況，還有時刻警惕礦洞的情況，因此在煤礦的開采上有一定的難度。而在實際的開采中應用智能化技術，通過智能化技術超強的感知和控制能力，實現地下復雜開采作業的有效控制，這就是智慧挖掘。智慧挖掘開采的模塊主要分為三個板塊，分別是智慧感知和智慧決策以及自動控制，以此實現對煤礦開采環境多變性的適應，真正實現煤礦開采的智能化和無人化。

三、智慧煤礦智能化開采技術的發展方向

（一）無線網傳輸技術

地下煤礦的開采需要面對復雜的作業環境，因此無線網路傳輸技術是非常重要的一環，是智能化技術在煤炭開采的基礎，更是開采質量的保證。無線網傳輸技術在智慧煤礦開采的過程中，要根據機械設備的情況進行合理的選用。因此在實際的運用中，要根據開采機械的數據參數和使用的要求進行無線網絡的設置，從而保證在系統運行的過程中數據的安全可靠。而在這個過程中，無線交換機裝置就是其中的重點，因此要根據無線交換機中的數據和資源，從而更加合理的設計采煤機的設備，并且通過創新無線網傳輸技術，加強煤礦開采的管理力度。

（二）智能探測技術的應用

智能探測技術在煤礦開采過程中主要有三種：一種是煤巖分界技術，煤巖分界技術發送和接受信號的方式主要有兩種脈沖，一種是單天線，一種是多普勒雷達，通過這兩種方式區分煤層和巖層。煤巖分界技術判斷的依據是反射波的頻率和波長，巖層的反射波和煤層的反射波是截然不同的，但是需要注意的是，煤層的厚度對反射波的頻率和波長的影響是很大的，會影響人們判斷;二是煤矸放落自動識別技術，煤矸放落自動識別技術主要是分析煤層的成分，從而判定煤層的厚度、產量等，但是這項技術存在一定技術上難題，飛秒脈沖的方式分析和鑒定礦層的物質結構，不管是操作上還是技術上的都存在很大的難度，在實際上應用比較少。煤矸放落自動識別技術能夠對煤層礦物質的成分進行分析，但是該技術在實際操作過程當中一直存在著各種難題。該技術實際上是利用飛秒脈沖產生的電場來對礦層的物質結構進行分析和鑒定，由于技術難度較大，在實際的應用過程當中很難進行操作;三是超前探測技術，超前探測技術的精度是非常高的，能夠得到比較精準的效果，而且使用范圍廣且限制條件比較少，所以應用非常廣泛。

（三）采煤機的故障感知技術

由于煤礦在開采過程中需要面臨復雜的井下環境，如果機械設備超負荷運行，就會導致采煤機受到比較的工作影響，嚴重的會出現各種機械故障。以往對采煤機故障診斷主要是依賴檢測人員豐富的檢測經驗和知識進行的，但費時費力，而且影響開采的效率。使用故障感知技術能夠極大的提升故障檢測的效率，故障感知技術主要是將傳感器安裝采煤機上，如果發生故障，傳感器會通過數據的收集和整理，然后對比標準數據，從而快速的找出設備發生故障的位置，進而采取針對性的措施解決問題。

（四）更加精確的定位和導航功能

精準的定位和導航系統是智能煤礦開采的保證，只有足夠的精度，才能建立起更加精準、完善的定位導航模型，才能在保證開采機器的順利進行。但是由于地下煤礦的開采環境比較復雜，阻擋信號的傳遞，實現精準的定位導航還是有一定的難度。在目前的地下煤礦開采過程當中，一般是通過GIS地理信息的系統導航等方式來實現的定位和導航，但是該技術的應用還存在許多問題。比如說該技術的成本投入較高，而且精度不夠高，對于一些復雜磁場環境下的煤礦無法進行精確的導航。核心芯片的技術不夠高，對于局部的定位不夠準確。在井下還只能使用4G的無線通信技術，5G的高速無線通信技術還未被突破。

結束語：

在新時代的發展下，應當總結過往發展的經驗，利用目前的新技術新科技不斷提高核心技術水平。并且建立數字化的礦山，在開采的過程當中，將高效開發的技術和清潔技術進行結合和創新對管理部門進行改革，運用信息化，數字化等先進的科學技術對傳統的煤炭行業進行改造和創新。這樣才能夠實現智慧煤礦的高效綠色發展，促進煤炭行業的進步，為我國社會經濟的發展提供有利的支持。

參考文獻：

[1]高振.智慧煤礦與智能化開采關鍵核心技術分析[J].山東工業技術，2019（15）：83.

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