樊宏波
黑龙江省七台河市茄子河区煤炭生产安全管理局 黑龙江 七台河 154600
摘要：煤炭开采工作是煤矿生产过程中非常重要的一个环节，智能化技术的应用是保证煤矿开采效率与质量不能缺少的一部分，如何做好智能化开采技术应用是每个煤炭企业需要关注的问题。文章通过对智能化开采现状进行分析，探讨智能化开采关键技术的应用与未来发展。
关键词：煤矿开采；开采技术；智能化；技术创新
引言
智能化开采的突出特点是智能化开采系统具有自主学习和自主决策功能,减少人工干预和控制,通过自身具备的感知能力、控制能力、自我调整和修复能力,实现环境和设别的管控、精度和准度的控制以及异常故障的自我诊断与修复,进而实现全智能开采。近年来,煤炭智能化开采技术不断推广和应用,在一定程度上取得了较好的成效,但是在关键技术的创新方面仍有所不足,如何立足煤炭行业发展现状,结合实际技术与装备情况进行妥善管理成为煤炭智能化开采关键技术创新的关键突破点。
1智能开采应用现状
由于煤矿工作面开采条件的多样性与复杂性，以及现阶段设备可靠性与系统稳定性等因素，在智能开采实际应用过程中，仍存在一些问题与难点，工作面自动化的常态化运行依旧无法保障，在实际应用过程中普遍存在以下问题：第一，工作面恶劣环境下，摄像仪清晰度受粉尘、水雾影响较大，尤其是逆风开采时，难以看清煤岩界面及采煤机滚筒上沿与支架顶梁间的干涉关系，通过视频远程干预采煤机进行常态化开采困难较大，实际应用中仍以人工现场干预为主。第二，液压支架自动自动化并未达到理想的应用效果，仅在条件较好的工作面阶段性的应用，不能作为主流生产模式长期运行，只有少数矿区在持续使用，主要问题是支架跟机自动化程序、流程及参数的静态化与单一化，不能适应多变的工作面环境、设备和配套供液系统的要求，主要集中为丢架及拉架不到位的问题，不能满足采煤机高速割煤，支架快速推移的要求。第三，采煤机记忆截割技术不能自动适应工作面煤层赋存的变化，依赖采煤机司机的现场试教，煤层赋存发生变化时，采煤机司机必须现场重新进行试教，适合于条件较为简单的工作面。第四，综采工作面成套装备、执行机构、控制元件以及传感器的可靠性仍有待提高，同时由于综采工作面自动化系统缺乏行业标准，且目前接入控制系统良莠不齐，造成总体系统可靠性、控制及时性难以保障，这也是目前自动化工作面实施难以达到预期效果的关键所在。
2实用的采矿智能技术
2.13D建模技术的应用
3D建模技术是数字化采矿领域备受关注也是最具影响力的一项技术。3D建模技术一直以来作为新矿山建设前勘探工作的一部分在应用，一般是凭借计算机程序，主要用来创建地下区域图。利用建模能够有效地捕捉到人员无法到达地点的图像，以此扩大勘探工作所覆盖的范围。另外，建模还可以将未知和潜在不安全的地下区域的工人撤离，提高勘探作业的安全性。创建地下区域详细图像的能力也是eMesent悬停地图系统的一个组成部分，该系统可使用无人机完成一个更大区域的建模和绘图工作，广为采矿技术所用。
2.2地下开采装备需要具备精确的定位和导航功能
在智能化煤炭开采的过程中，准确的定位和导航是煤炭开采的重要环节。只有通过地下采矿定位导航模型，才能确保煤矿开采设备清楚地定位和测量采矿路线，严格遵循煤矿开采路线。在当前的地下煤矿开采过程中，定位和导航一般是通过GIS地理信息系统导航等方法实现的，但该技术的应用仍然存在很多问题，如技术成本较高、精度不够、定位不够精确等。在煤矿开挖过程中，掘进机尚不能提供准确的指导。在该技术中，辅助无人驾驶系统尚未开发。这也要求研究人员对这些问题进行深入的分析和研究，尽快找到技术突破方向，并促进该技术的发展。
2.3围岩-装备耦合自适应控制技术
液压支架是煤炭安全开采的重要保障，其与围岩的耦合状态是安全生产的核心。虽然支架调整动作已基本实现自动化，但主要作用在工作面整体协调推进上，对支架本身和围岩的支护调节还是靠人为操作实现，效率低、精度一致性差，不能达到目标效果。因此，提出了围岩-装备耦合自适应控制技术，液压支架自适应围岩智能控制逻辑如图2所示。对工作面围岩状态感知与液压支架智能控制方式进行系统研究，为实现综采工作面智能化开采提供围岩-装备耦合智能控制思路。通过建立围岩-支架耦合的力学模型及液压支架支护监测状态模型，对工作面围岩控制效果进行多方位评价，建立围岩控制效果评价模型，通过对比评价，得到液压支架控制模型，实现液压支架自适应围岩智能控制
2.4特厚煤层综放开采智能化技术
特厚煤层主要分布在我国特大型煤矿企业,资金和技术实力雄厚,开采技术和投入相对超前,开采前景相对广泛。特厚煤层智能化开采技术采用各类综合先进设备入场,操作范围广、生产规模大,在相当程度上提高了劳动生产率,降低了劳动成本。以两柱式放顶煤液压支架及自动化放煤技术在推广应用中,面临着现场顶板管控复杂,难度加大,顶板风险加大,依托现有的传感技术,对作业现场设备和环境信息进行综合搜集,自动分析,在使用过程中,受到作业现场高温、高湿度、高粉尘的影响,红外及其他在线监测功能设施,在数据和环境数值收集过程中,频繁故障,影响连续开采,同时也暴露出检测对象影响因素复杂等情况。此外,超厚煤层综放开采智能化技术通过采用优化参数,构建合理的动态约束方程和控制模型,通过自主分析和决策控制参数,实现支架与综放工艺的有序耦合,自主决策支架和综放控制,在一定程度上实现了连续高效生产。
2.5矿井机器人技术
煤矿井下作业机器人属于防爆重载机器人，机器人工作环境极其复杂，这就要求机器人系统不仅要具备基本的感知监控功能，还要具备必须的运移、避障、导航和抗颠覆功能。当前，以智能化综采工作面系统组成的采煤机器人群已在70多个煤矿得以应用，部分装备巡检机器人、固定岗位机器人和危险环境探测机器人初级产品已有使用。针对井下复杂环境的机器人冲击碰撞问题，可通过研究机器人与环境间接触阻力的变化规律，搭建接触阻力与控制参数之间的作用模型，对不同的接触阻力设置不同的控制参数，实现对机器人的自适应跟踪控制，可以有效解决井下复杂环境下的机器人冲击碰撞问题，保障机器人安全、高效运行。对于井下机器人电池续航问题，由于煤矿井下电气设备相关安全规范对机器人电池容量和防护壳体有极为严格的要求，因此应当研发可长时间可靠供电的技术，可将防爆电池轻量化，还可寻求无线充电装置，从而保障井下机器人长时间可靠工作。
3智能采矿的局限性与发展前景
从采矿全自动化实验应用效果分析，全自动采矿目前尚处于实验与部分应用阶段，设备接收信号的灵敏度、执行指令的速度方面依然有一定局限性，相比一些半人工操控的机械作业，在生产效率方面存在一定的差距，实现全部智能化采矿在技术设计上仍需不断的完善，另一方面，这些智能设备的操作技术难度比较大，设备正确的操作与维护对采矿人员的技术要求也比较高，需要高端熟练型技术人才的参与，为此，智能化全自动采矿设备能否大批量投入生产和使用，全面实现无人机械自动化采矿，还会有一段漫长的路要走。
结语
综上所述，煤矿智能开采技术是当代煤矿开采技术发展的前沿技术,是未来煤矿发展的最终方向,不断发展完善煤矿智能开采关键技术是发展绿色矿山、清洁煤矿、安全社会，推动我国煤矿产业的良性发展。
参考文献
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[2]王国法,范京道,徐亚军,等.煤炭智能化开采关键技术创新进展与展望[J].工矿自动化,2018,44(2):5-12.
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