人工智能技術在煤炭行業生產中的應用研究

王譯

煤炭是我國工業發展的重要資源。一直以來，我國煤炭產業的發展都是走粗放型的發展之路，生產成本高，能源消耗大，且對環境產生嚴重污染，以此來提高煤炭產業規模，這對于煤炭產業的綠色可持續性發展形成阻礙。再加上部分地區地方政府對于煤礦開采缺乏有效監管，企業盲目追求利潤，忽視社會整體效益，導致煤炭安全生產工作存在諸多問題，影響煤炭開采行業的健康穩定發展。隨著科技水平不斷增強，人工智能技術在各個行業領域的應用增強，煤炭行業也不例外。眾多科技含量高的設施設備，包括各類性能先進的儀器儀表，自動化操作系統，智能檢測診斷系統等等的應用，對于提高煤炭生產的現代化水平，提高生產安全性，發揮出重要的作用與價值。因此，我們需要進一步加大對人工智能技術在煤炭行業應用的研究，以更好地運用人工智能技術，減少行業生產成本，提高人力物力資源配置水平，提高煤炭生產與管理效率。

當下我國煤炭生產方式依然較為粗放，煤炭企業不重視安全生產和環境污染問題，大幅度縮減投入于安全和環保的資金，無法保障行業生產中的環保問題和安全問題，嚴重破壞生態平衡，人員傷亡情況時有發生。一些從業者長期在高污染環境下開展作業，在工作中吸入了過多有害粉塵和氣體，對個人身體健康造成很大危害。因此，安全生產問題亟需有效解決。

經濟的不斷發展需要大量能源動力，煤炭資源有效地保障了經濟發展，是重要的技術性能源之一。因為擴張無度、運轉超負荷以及對煤炭產量的盲目追求，出現了很多非法礦井，對煤炭安全生產產生了嚴重威脅，并對環境造成了嚴重的污染。

如今煤炭行業運行不規范。在市場競爭激烈而監管存在死角的形勢下，煤炭行業經常發生安全事故，安全生產問題十分嚴重。我國缺乏先進的煤礦生產技術，浪費了大量能源，無法保障煤礦生產安全。煤礦從業人員多數是農民工，文化程度相對不高，專業知識缺乏，控制風險的能力不足。而企業對安全生產問題并沒有采取十分有利的措施，沒有對員工進行安全培訓，很多員工安全意識薄弱，應對安全事故的能力比較不足。

回望煤炭行業一路走來，從半機械化半手工采集，到大規模機械化，再到集成信息化、智能化，現今煤炭行業的發展逐漸趨于成熟，主要是采用智能化開采方式，但是在生產過程中還有很多問題需要解決。

（一）需要升級技術設備

如今我國煤炭開采技術已經向數字化、自動化和信息化方向發展，但是相比發達國家還是有很大差距。2019年，國家煤礦安全監察局提出了產業化運用煤礦機器人政策。如今的煤礦機器人，除了可以簡單地進行重復性操作，還可以及時感知和反饋周圍的大環境，但是它缺乏多種能力，如獨立思維和決策能力，很多地方依然需要依靠人力才能完成一些任務。

（二）存在嚴重的安全隱患問題

煤炭行業存在各種各樣危險的情況，經常發生各類災害，地下環境十分復雜多變，這對作業人員的人身安全產生嚴重威脅。隨著各類煤炭智能監測和預警技術的創新應用，事故發生頻率大幅度減少，煤礦生產安全得到有力保障，但其中依然有很多問題存在。由于傳感器技術不夠發達，無法全面及時采集前兆信息，而監測系統互為獨立，功能不全，缺乏安全性數據，沒有深度學習和適應性強的監測設備。

（三）較為嚴重的環境污染

在煤炭開采過程中會產生大量的煤塵，還有一氧化碳和二氧化碳這類的危害空氣質量的有害氣體，影響空氣的質量。同時，在開采煤炭的過程中會產生大量污水，還有大量酸性物質和重金屬，這些污水容易流入地下，對水源環境造成嚴重的污染，在開采煤炭過程中還會破壞耕地、侵占植被、破壞土地表層等。

人工智能技術作為一種智能控制系統，深入研究并有效利用現代化計算機技術、其他科研技術和傳感器技術。通過使用人工智能技術，把產品的邏輯能力充分發揮出來，可以讓產品的功能和用途得到最大程度的發揮。這是一項重大的技術創新，各行各業都因為智能技術的出現而受到很大影響。隨著近十年新技術的不斷涌現，可以預見在未來很長一段時間，煤炭行業會處于向現代化、網絡化和智能化發展的階段，人工智能技術有利于快速全面的采集和處理電氣工程數據，可以有效提升煤炭生產效率并確保安全，有助于煤炭生產技術的發展。

（一）人工智能技術的內涵

1.模式識別方面

通過集成技術和數據庫技術建立網絡數字化監測系統，能夠信息采集、分析和處理，建立良好的人工智能識別模式，讓智能機器人具有和人類相似的感官能力，對人類處理信息的方式進行有效模擬，從而十分精準地識別出字符、場景、圖像、聲音以及各類融合信息。

人工智能技術可以模擬人類視力，可以促進機器人更好地理解井下環境和作業過程。智能機器人有了視覺能力之后，可以很大程度上提升在井下作業環境的適應能力，可以和其他人造設備進行有效協作，還能深入理解和挖掘圖像內容，提升捕捉外界景觀信息的能力，還能對作業進程及時判斷并給出反饋。

2.專家系統方面

專家系統技術是結合人類專家知識和經驗建模，把系統決策、工藝、故障等問題加以解決。通過充分利用人工智能技術，建立起系統的知識對井下系統進行服務，對在解決作業過程中遇到的一些實際問題進行有效模擬。根據當前所表現出來的系統狀態，人類專家可以對系統的故障問題進行及時、有效的預測，然后對故障點作出判斷并提出解決對策。所以，在故障預測、診斷和排除方面，專家系統發揮著重要的作用。此外，在制造業領域也可以應用專家系統優化生產工藝、決策生產方案、協調生產和優化設備參數。

3.機器學習方面

計算機通過機器學習最終獲得人工智能，所以機器學習是人工智能的核心。人工智能按照一定的模型和算法，獲得經驗，并根據經驗自動改進，從而實現對人類學習能力的模擬。基于機器學習，計算機在研究人的規律、對知識進行總結、分辨重要信息以及提升智能化水平等方面不斷取得突破，并在解決各種突發狀況和難題等方面，能很好的節約各種成本。因此，可以說，人工智能通過機器學習，及時反饋各種數據和環境信息，不斷提升自身系統性能和促進適應環境的能力。

4.分布式人工智能方面

通過運用人工智能和計算機技術，可以大大提高分布式人工智能系統的性能，可以有效提升執行任務的效率，發揮協同智能機器人的各個獨立系統方面的作用。即便是遇到一些難以預測的情況，各個分系統因為有了智能機器人的保障，也可以確保正常工作的開展。如今因為人工智能技術還處于初步研發階段，所以還會面臨很多難題。

（二）人工智能技術應用于煤炭行業的優勢

隨著科學技術的不斷發展，人工智能技術的概念和內涵也在不斷擴大。在工業技術方面，人工智能技術作為各種先進技術的綜合體，也是十分重要的組成部分。通過對各個功能單元的科學合理配置和布局，人工智能技術的特定功能價值會向高質量、智能化、高可靠性和多功能方向不斷發展，可以有效提升整體系統運行功能的優化程度。

第一，在設計和開發機械產品中，人工智能技術發揮著十分重要的作用。人工智能技術對信號的整合控制，實現煤礦機電產品對不同模塊和執行單元進行有效控制的目的。通過如現代傳感器技術和無線通訊技術的應用，煤礦機電產品的智能化實現了良好發展。

第二，在煤礦作業過程中，人工智能技術比如井下設備和監控系統等，也能發揮顯著優勢。隨著全面而深入地運用人工智能技術，煤礦行業的發展相比以前有了很大進步。比如通過礦井生產專家系統，實時采集環境信息和設備運行數據的檢測系統應用，可以優化礦井生產，提升設備運營效率，促進效益最大化的目的實現，同時還可以實現煤礦作業安全、有效、清潔的良好效果。

第三，對于煤礦產業的安全生產，人工智能技術的運用同樣可以發揮有效作用。一方面機器人崗位替代，不僅減少井下作業人員數量，提升工作效率，促進煤炭生產能力的提升，實現良好的經濟效益。另一方面，對于采煤機器人、鑿巖機器人、礦車機器人的應用，有利于減少人工作業的危險，擺脫危險的井下勞動，有效縮短用工時長，可以更好地保障礦工的生命安全為礦山作業人員提供良好的工作、生活環境。同時，在較為精準的聲音檢測設備的有力保障下，可以有效減少意外事故的發生，保證煤炭作業人員的生命健康安全。

所以，把人工智能技術充分運用到煤礦產業的各個工作情境中，都可以發揮出十分顯著的優勢作用，對于煤炭生產具有重要意義。

（一）勘探系統應用

煤炭行業不斷發展，相應的勘探技術也要不斷變革。現實中，煤炭領域經常應用智能化的地質勘探技術，尤其是在危險復雜的礦井作業中，這項技術更是發揮重要作用，為煤炭的安全生產保駕護航。礦井的安全作業受到多種因素的影響，如果沒有做好相對應的地質勘探安全防范措施，沒有采取較為有力的保障措施，很難避免一些安全事故。所以要對井下地質條件進行全面勘探，然后再對煤炭資源進行開采。煤層中正常都會含有瓦斯和水等物質，很大程度上會影響到生產的安全。如果不慎出現了瓦斯泄露或者爆炸的事故.后果不堪設想，而礦井人員也經常因為水害而受到傷害，或是因此產生巨大的損失。

在實際生產活動中，為了減少瓦斯、水害等事故和人員傷亡的發生，通常都會對瓦斯和水的分布情況提前進行全面摸排，并根據實際情況做好有效的防范措施。在進行挖井前探測的時候，會浪費掉很多的人力成本和物力成本，導致礦企的負擔十分嚴重，而且井下的作業環境十分艱苦，會有各種危險出現，不利于開展安全生產活動。在解決探測工作中遇到的問題時，可以運用計算機視覺技術，煤礦大腦智能勘探分析系統會依據各種各樣的視覺特征對整個探測過程進行實時監控和分析，能夠有效減少各種監管成本，而且具有十分高的準確率。

（二）無人化采煤技術應用

隨著我國人工智能技術的高速健康發展，無人化開采技術在很多煤礦重點工作面中得到了全面充分的運用。不斷發生變化的實施流程，也運用了很多的新型智能化控制技術。通過有效使用這些先進的控制系統，進一步促進了無人化開采技術方案深入實施，有利于各個環節的穩定運行，對于整個綜采工作面的整體開采質量和效率有很大的提升作用。如今，隨著我國煤炭開采技術的高速發展，在今后的煤炭生產的發展過程中，煤炭開采單位在開采的時候也會根據更深層次的地質條件開展行動.所以未來將會遇到更加惡劣的煤礦開采工作環境，需要有更高質量的無人化開采技術方案，這對于推動我國煤礦開采產業向智能化產業方向發展起到十分重要的作用。

（三）煤礦通風系統應用

在煤礦通風系統中運用人工智能技術，可以讓煤炭生產環境變得更加安全，可以有效減少人員傷亡，實現安全生產的目標。在進行相關設計的時候，要全方位地進行規劃，可以通過各種方式比如冗余、分層、分散等方式進行設計。在應用人工智能技術時，可以從多方面人手，比如擴展功能、數據顯示功能、人工智能控制功能等，可以有效促進人工智能技術在煤礦通風系統中的運用。

（四）煤礦排水系統應用

根據煤礦生產地質條件的不同，人工智能技術運用于排水系統中可以發揮十分重要作用。

1.實行無人化操控煤礦排水系統，自動控制排水系統的水泵工作量，同時，運用人工智能技術對排水機械進行調度，對于提升排水系統的工作效率起到十分有效的作用。

2.在設計煤炭人工智能排水系統的時候，設計出具有多項功能的系統，還要及時做出利于實施的工作預案，要幫助技術人員科學分析并及時掌握排水系統的運行安全水平。

3.要及時向地面控制站傳遞系統的運行情況，在系統中清晰地展現出泵房等排水系統組成部分的運行情況。在對系統的運行情況有清楚地掌握以后再對排水系統進行控制，根據實際情況，地面站點及時進行技術操控并發出有效的指令。

4.為了更加有效地提前控制各種運行故障，一些自動化控制、手動控制以及遠程控制等方法被運用到人工智能排水系統中，可以促進煤礦安全儀器的網格化發展，并取得不錯的效果。

（五）井上下供電系統應用

通過對工作理念的不斷創新，專業技術人員著力于對全景數據平臺和全景數據信息進行檢測并做出具體分析。在對數據進行檢測的時候，電網智能技術把整個系統進行劃分，主要劃分為三個部分。通過合理利用全景數據文件，分析有關數據，可以及時辨別出故障發生的原因。因此，在回訪數據時可以快速有效地檢索數據，同時也要利用各種方式展現數據，把數據的系統性功能更好地展示出來。

煤礦安全生產問題關系十分重大，備受社會各界的關注，新技術代表了社會的不斷發展，煤炭行業有了更多的手段來應付環境與安全的問題。此外，煤炭行業的管理仍舊不能忽視：要及時排查出煤礦生產中存在的各種安全隱患，盡早制定出有效的方案，采取有效的應對方法，防止發生重大安全事故;要及時替換掉一些不合時宜的人力操作方式，換成一些高效率的人力操作方式，有效提高煤礦生產效率，對于確保煤炭的質量和產量都具有十分重要的意義，可以防止一些安全事故的出現，可以有效避免人員的傷亡。所以，各個企業要不斷探索新型的企業管理模式，不斷改進落后的生產設備，不斷提升企業管理水平，增強企業從業人員的安全意識，鍛煉企業人員的自救意識。國家應該針對性采取一些有力措施，提升煤礦安全生產技術水平，促進煤礦生產效率的提升，政府和企業都要十分重視煤礦安全生產問題，要通過各種方式，生產出更加豐富且高質量的煤炭，不斷提升煤礦生產水平。