智能化采煤現狀及設備維護技術研究

摘要：近年來，國家在采煤技術和設備等方面給予了大力扶持，使得采煤的智能化技術得到了較好的發展。無論是自動化水平還是機械化程度，都得到了大幅提高，有效保證了煤礦的作業安全。在我國煤礦中，井下采煤還是主要的采掘方式，但由于地質構造復雜，現有的智能化技術很難滿足實際需要，無法從根本上保證采煤的安全性，極易發生諸如冒水、頂板等各類事故。因此，為了保證煤礦生產安全，必須加強對智能化技術的研究并持續改進。

關鍵詞：煤礦企業；智能化采煤；研究現狀；發展方向

根據當前的采煤技術發展現狀和煤炭開采全過程，可以看出我國的煤炭開采技術正朝著智能化的方向發展。利用計算機技術和傳統采礦技術，在保障生產安全的同時，能逐步降低生產成本，改善礦區環境，提高煤炭開采效率，減少環境污染。隨著我國科技水平的提升，相信煤礦開采將取得重要進展，并逐步建立起與環境保護相結合的生態保護體系。在未來的發展過程中，我國的煤炭開采技術將走向自動化、高端化和智能化的發展道路。

一、智能化采煤概述

智能化采煤是一種新型的煤炭生產方式，對我國煤炭產業的持續穩定發展至關重要。它將計算機網絡技術、傳感技術、自動化技術等各種技術有機結合，建立完整的信息系統，提升了采煤工作的信息化程度。智能化采煤系統覆蓋了整個礦井的生產流程，包括數據傳輸渠道，為礦井的數據傳輸和應用分析提供了數據支持。礦井智能化建設涵蓋了大數據、信息技術、物聯網技術和人工智能技術等方面。將這些技術融合在一起，使得煤礦生產過程向著自動化、智能化和科學化的方向發展。通過全過程監控，煤礦的采掘效率得到大幅提高，同時將事故發生的可能性降到最低，為礦井的安全運行和企業經濟效益的提高起到了重要作用。

煤礦智能系統的開發與當前的環境治理戰略相適應，將傳統的“粗放式”工作方式轉變為“綠色化”工作方式。智能化系統能夠實時監控煤礦資源開采的不同階段情況，根據開采初期、中期和后期的特點，實現智能化管理和控制。它建立了管理系統，并應用管理職能，提供煤礦開采管理服務、煤礦井下定位導航服務、煤礦采掘運輸信息傳送和管理、井下空間視頻監控、立體空間場景仿真、井下空間風險度預警、智能化無人作業平臺等模塊的協同運行，使各個模塊相互聯系、相互依賴，為煤炭開采工作的成功實施提供有力支持。

二、智能化技術在煤礦發展中的應用價值

煤炭是目前國際上最普遍使用的能源之一，但在煤炭開采過程中，由于種種原因，煤炭工業的發展受到了一定程度的制約。智能化技術的出現改變了人類的生活，并為煤炭開采開辟了新途徑。在煤炭工業發展的過程中，合理應用智能化采礦技術可以提高煤炭工業的發展速度。以某礦的智能化采煤工作面建設為例，智能工作面的建設實現了以采煤機記憶截割為主、人工現場干預為輔，以液壓支架自動跟機移架為主、人工干預為輔的智能化生產模式，最終目標是實現工作面少人、安全、高效開采。智能化系統常態運轉后，每班只需設置7名作業人員，其中包括班組長、煤機司機、支架操作工、三機、端頭維護工等，有效控制了工作面人員的數量。通過智能化采礦技術的運用，可以提高煤炭工業的效率和安全性，并減少人員數量。這對于推動煤炭工業的發展具有重要意義。

三、智能化采煤技術應用現狀

（一）精準定位系統技術

準確定位技術是提高礦井智能化水平的重要方法之一。為了確保煤礦安全有效地開發，并按照預定的生產進度進行各工序，必須對煤礦進行精確地勘探。然而，由于礦區地質條件復雜、礦井內空間狹小以及地面和地下空間的電磁信號接入和接收能力有限，因此在這種特殊環境下，實現地面和地下空間數據的準確定位和導航顯得尤為重要。準確定位技術的實現可以結合使用GPS衛星定位技術和遙感技術，以及衛星定位技術、芯片導航技術、井下空間無線通信技術和礦井下空間定位技術等技術。通過將這些技術有機結合，可以確保定位系統的最終數據更加準確和科學，以順利進行煤礦資源開采的各項工作，并確保礦井取得經濟效益。

（二） 數據分析技術

在智能礦井系統中，由于涉及多個平臺的組合，數據分析變得尤為重要。實際操作平臺和技術平臺都需要對數據進行分析。在數據分析技術的應用中，最關鍵的一步是通過傳感器收集數據，然后對數據進行分析，評估數據的好壞。通過對礦井生產過程中各種因素的分析和挖掘，可以使這些數據在礦井的生產中得到合理運用，從而確保礦井的生產效益，實現礦井的智能化開采。數據分析技術的應用還能幫助相關工作人員進行各項工作，能夠更方便地掌握采礦工作中的問題并及時處理，從而保證工作的順利進行。通過資料分析技術，可以對礦井的生產數據進行監測和解讀，為決策提供支持。通過合理利用數據分析技術，可以實現對煤礦生產過程中的關鍵指標、風險因素以及生產效益等方面的有效監控和管理。

（三）井下虛擬現實技術

礦井智能化采掘技術利用智能設備實現對礦井的遙控和干擾，中虛擬現實技術發揮著重要作用。通過智能監測和信息感應器，結合虛擬現實技術，可以實時監測煤礦開采過程，并對礦井的智能化采掘過程進行仿真模擬。通過對采煤過程仿真數據的分析，實現對采煤作業環境的遠程干涉和控制。在實際應用中，利用虛擬現實技術可以實現自動操作和遠程控制。例如，遠程操作人員可以利用鼠標和鍵盤遠程遙控實際的煤礦機械；在飛行模式下，通過調整攝像機角度，實現對整個采煤工作面的遠程監視。

（四）現場環境檢測技術

礦井復雜的地質條件以及濕氣問題對礦井的正常生產和安全有著較大影響。但是，隨著采礦技術的不斷發展，礦山環境監測技術的應用也在不斷提升，包括環境探測和振動探測等技術。這些技術能夠識別出礦井中的各種異常和危險點，并迅速將識別信息傳輸至調度中心，以提高礦井的安全水平。此外，在開發現場環境監測技術時，必須重視各技術功能之間的關聯性，以保證技術的精確性。這就使得該技術能夠在更加復雜的礦井環境中得到推廣。

在礦井智能化開采中，通過對礦井周邊地質、大氣參數和地震探測參數等進行實時監測，能夠快速識別潛在的異常和危險點，并將這些參數迅速上傳至總調度中心，以便調度中心向礦井作業人員通報。這提高了煤炭資源開發的安全管理水平，為迅速提升礦井的安全控制能力和及時采取應急措施提供了借鑒意義。同時，在開發煤炭資源環境監測技術的過程中，還需重視各種技術之間的相互關聯和銜接，以確保不同環境監測技術的具體監測結果能夠相互驗證，從而保證技術的準確度。這使得工作人員可以更好地了解礦井的實際情況，進而使該技術能夠更好地應用于復雜環境中的煤炭開采工作。

（五）視頻監控技術

在礦井智能化生產中，視頻監控技術是一個需要重點關注的領域。雖然在煤炭行業的整個產業鏈中已經有許多監測儀器和監測技術，但由于礦山內部保密要求等因素，一些企業在煤炭開采過程中仍存在一些問題。因此，通過實時監視礦井的實際狀況，動態監測煤層傾斜度、煤層構造等各種因素，并對不同采掘技術對煤層傾斜度的影響進行及時分析，可以找到一定的規律。基于這些分析結果，創新優化煤礦開采技術，為煤礦井下空間的安全事故預警和應急措施方案提供基礎，有效降低礦井的安全風險。視頻監控技術為煤礦安全事故的應急處理提供了有力支撐，減少了煤礦安全事故的負面影響。

此外，采用視頻監控技術可以更好地掌握礦井智能化生產的實際狀況，并實時比對和分析采集到的數據與信息。根據不同的實際情況，采取人為干預措施，以確保煤礦資源開發工作的科學性和有效性。這有效提高了煤炭企業的經濟效益，使資源開發利用效率最大化。因此，視頻監控技術為增強企業的市場競爭能力提供了堅實的基礎。

四、煤礦機電設備智能化維護技術措施

（一）科學預判設備運行狀態

通過模型構建來預測設備運行狀態，通常可以選擇神經網絡或灰系統理論中的一種方法進行預測和判定。當想要實現準確的預測時，必須對設備在運轉過程中的特性有一定的認識。例如，當某個參數達到特定數值時，設備可能會出現相應的提示或問題。這種認識可以幫助工作人員構建預測模型。如果需要進行短期預測，可以采用灰關聯分析方法。例如，以軸承為例，在運轉時可能會呈現出一條直線變化的趨勢。建立并應用預測模型，基于之前使用階段的損失數據來預測和判定下一個運行階段的具體狀態。這些預測結果可以為維修工作的展開提供依據。

（二）加大狀態檢測力度

首先，離線探測。采用振動、超聲波等設備對機械設備進行定期地離線探測，以快速發現潛在的失效原因，降低設備失效概率。其次，在線檢測。基于傳感器技術，對與機電設備相關的數據進行采集，并進行全面的數據分析和處理，為檢測工作提供基礎支持。通過精細處理采集的數據，并與控制、調整裝置聯機測試相結合，可以掌握該設備的工作原理和特征。最后，維護和檢修。在維護期間或設備停運時，對機械設備進行檢修。通過與機電設備的出廠數據和使用時間相比較，檢查內部零件的運轉狀態，判斷是否有損傷。然后，由技術人員根據設備特征和操作規則，提出相應的檢測方案，以判斷其真實運行狀態。

（三）針對設備故障進行判斷

在機電設備的檢測和評價中，振動診斷是一種常見的方法。通過利用專門的設備，檢測并分析機電設備自身的振動情況，以此為重點判斷設備的運行狀態。該方法特別關注設備的振動特征，并根據分析結果正確判定設備的狀況。同時，還可以將收集到的設備運行數據信息與數據庫進行對比，實現智能化的辨識和判定。

（四）控制主要工作流程

通過將AI技術與智能系統相結合，利用影像和視頻數據分析技術，可以實現對巡檢故障影像數據的無人化、智能化、標準化和流程化分析，從而提升服務效能，快速解決機電設備的問題，確保其穩定運轉。首先，通過計算方式結合收集到的資料，可以構建出科學性的模型。這個模型可以用于對當前正在使用的機電設備進行信息采集和分析，從而得出維修的依據，并詳細記錄計算結果。然后，對設備的維護周期與失效周期進行詳細研究，并提出相應的維護計劃。通過分析設備的工作狀況、使用時間、維護歷史等信息，可以確定設備的維護周期和維護內容，以確保設備以最佳狀態運行，預防故障的發生。

五、煤礦智能化開采技術的發展方向

在煤炭智能化開采方面，國家已經制定了到2025年所有大煤礦實現智能化開采的目標。機械智能化是礦井綜合開發技術的重要發展方向，對于實現礦井的綠色開采和促進煤炭產業的健康發展具有重要意義。通過應用智能化技術，可以實現對煤礦開采全過程的自動化和智能化控制。與此同時，還需要加強引進大量的專業技術人員。這些人員需要具備先進的智能化開采技術和管理知識，能夠適應時代的發展要求，推動工業升級。

（一）智能探測技術

在煤炭智能化開采中，有幾個關鍵的技術方向可以進一步提升效率和安全性。首先是提高煤層分類的自動化程度。煤層自動識別是實現智能化開采的重要問題。一種有效的方法是利用時域光譜技術對煤礦巖體進行檢測。這種技術利用飛秒脈沖、時域解析電場和傅里葉變換等手段獲取煤礦巖體的頻譜信息，并進行相關特性分析。通過該技術可以識別被測區域的物理性質，并自動識別煤層，取得了良好的效果。其次是開發先期檢測技術。為了確保智能化生產的安全和穩定，需要盡早獲取與采區相關的信息，并進行智能分析以選擇最佳的作業方式。超前探測技術可以提前發現和分析工作面的地質情況，從而獲得更準確的物理特性、適用范圍和開采進度等信息，為智能采礦設備的實際應用提供依據。采用超前探測成像技術進行工作面勘探，可以更準確地獲取煤層的內部情況，提前發現煤體的腐蝕情況，為及時、高效地控制開采設備提供理論依據。

（二）安全防控系統

當前，煤礦安全問題日益突出，煤礦安全監控已成為必然。然而，目前煤礦的安全監控工作仍然有一些缺陷，煤礦的安全生產仍然不能放松。為了進一步加強煤礦安全監控，需要注意以下方面：首先，要加強對煤礦安全網絡的監測。始終堅持早發現早處理的原則，在安全事故發生前及時修復可能存在的問題。對綜采工作面的設備進行實時監控，并進行故障分析，以便及時采取措施防止事故發生。其次，煤炭企業要保證礦井機械設備的正常運轉，并定期檢查各個控制單元的安全隱患，保證故障問題能夠及時發現并采取相應的解決措施。另外，要加強對設備操作人員的培訓，建立健全相關的安全操作系統。這樣可以確保經過培訓的員工具備綜合管理能力，定期進行設備維護工作，最大程度地降低安全事故的發生概率。最后，要認真做好每日的工作日志，以便為之后的調查和工作安排提供可靠的資料支持，進一步提高開采工作效率。通過建立這種一體化的安全防范體系，可以有效減少人為操作錯誤，提高機器設備的可靠性，確保采煤過程的安全進行。

六、結束語

隨著物聯網、人工智能和大數據等技術的不斷發展，煤炭開采技術水平也在不斷提高，朝著智能化和精細化的方向發展。然而，在實際應用中，可能會面臨一些問題和挑戰。因此，必須重視對煤礦智能化開采的管理和綜合分析，同時針對當前存在的問題采取相應的解決策略，進一步提升煤炭開采的智能化發展水平。

作者單位：平慶天 兗礦能源鄂爾多斯公司轉龍灣煤礦

參? 考? 文? 獻

[1]袁永，屠世浩，陳忠順，等.薄煤層智能開采技術研究現狀與進展[J].煤炭科學技術，2020（5）：80-81.

[2]程建遠，劉文明，朱夢博，等.智能開采透明工作面地質模型梯級優化試驗研究[J].煤炭科學技術，2020（7）：53.

[3]周生斌.試論煤礦綜采工作面智能化開采[J].當代化工研究，2020（9）：68-69.

[4]黃曾華，王峰，張守祥.智能化采煤系統架構及關鍵技術研究[J].煤炭學報，2020（6）：51.

[5]張建國，朱同功，楊黨委.深部煤層智能化大采長綜采工作面關鍵技術研究[J].煤炭科學技術，2020（7）：102-103.

平慶天（1990-），男，漢族，山東鄒城，本科，助理工程師，研究方向：綜采智能化管理。