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煤矿智能化开采技术研究现状及展望陈星霖

发表时间：2020/9/29 来源：《基层建设》2020年第17期作者：陈星霖

[导读] 摘要：新时期煤矿开采水平不断提高，特别是在智能化技术的应用方面，综采智能化平台开采技术为煤矿产业发展奠定了稳定基础，其具有高效率、安全性高等优势。

        陕煤集团神南产业发展有限公司陕西省神木市 719300
        摘要：新时期煤矿开采水平不断提高，特别是在智能化技术的应用方面，综采智能化平台开采技术为煤矿产业发展奠定了稳定基础，其具有高效率、安全性高等优势。文章通过对煤矿智能化开采技术现状与未来发展进行研究。
        关键词：煤矿开采；智能开采；智能化；开采技术
        引言
        煤矿开采智能化发展持续深入，我国作为能源消耗大国，在城市化建设与生产中对煤炭资源的需求不断增加，传统煤矿开采率低，开采步骤复杂，无法满足现代化发展需求。在这样的背景下，必须加大煤矿智能化开采技术研究力度，不断融入先进理念，改善传统煤矿开采不足，提高煤矿开采效率，帮助煤矿产业获得更多经济效益与社会效益。
        1煤矿智能化定义
        “智能化”是指控制对象具有精准敏感的感知能力、准确的判断和决策能力及高效快捷的执行能力，能够根据自身感知到的信息进行自主分析、判断、决策与执行，并具备自主学习及自主优化能力。智能化应具备以下3个特征：a）具备对外界信息的实时感知与实时采集能力；b）具备对感知采集的信息进行分析、判断、自主学习、自主决策的能力；c）具备基于自主判断与决策可以自主执行的能力。煤矿智能化开采是在煤矿自动化开采系统中加入自主学习及自主决策功能，使煤机装备能够实时感知并采集井下环境变化及围岩条件并自动进行控制参数调整，智能感知、智能决策和智能控制是煤矿智能化开采的三要素。煤矿智能化开采的特点是煤机装备具有自主学习和决策的能力，具有自感知、自分析、自控制、自修正的功能，从而实现不同条件下的自适应开采，只有具备自适应开采能力的智能化综采装备才能根据生产环境的实时改变，实现真正意义上的智能化开采，实现在相对有限条件下的无人化开采。其中，自感知是进行条件信息的采集，自分析是对采集到的信息进行实时分析，自控制是基于分析数据自主决策控制方案，自修正是在装备运行过程中不断修改和改善控制参数，实时响应环境变化。
        2矿山机械智能化存在的问题
        首先，设备问题。在煤炭开采的过程中，机械设备往往结构比较复杂，机身较大，难以在煤炭开采的狭窄作业空间内进行精确性的活动，这种情况极大地降低了煤炭开采的有效性，降低了煤炭开采的效率，无法满足当前所需要的产率。其次，技术问题。与发达国家相比，我国煤炭开采技术水平相对落后，信息化与数字化的发展水平略低，其智能化仅仅有一小部分矿山得到了实现。大多数的煤炭开采还需要人工操作。另外，环境问题。煤炭开采会引发一些环境问题，综采过程会破坏自然环境与自然资源，不符合绿色、无污染的要求，不符合可持续发展理念。采矿设备的进步带来对环境的伤害，此问题不容小觑。调整和优化工业发展模式目前是矿业公司面临的普遍问题。
        3智慧煤矿和智能化开采的应用现状
        3.1地下开采装备需要具备精确的定位和导航功能
        在智能煤矿和智能化开采的过程当中，精确地定位和导航，是保证煤矿顺利开采正常掘进的重要保障。只有通过地下开采定位导航模型才能够保障在实际的煤矿开采过程当中相关设备能够对开采路线进行明确的定位和测量，设备也能够严格按照路线机型煤矿的开采。但是在实际的地下煤矿开采过程当中，由于地下环境较为复杂，而且封闭的地下环境也阻挡了信号的传递，因此实现准确的定位和精确的导航难度较大。在目前的地下煤矿开采过程当中，一般是通过GIS地理信息的系统导航等方式来实现的定位和导航，但是该技术的应用还存在许多问题。比如说该技术的成本投入较高，而且精度不够高，对于一些复杂磁场环境下的煤矿无法进行精确的导航。核心芯片的技术不够高，对于局部的定位不够准确。在井下还只能使用4G的无线通信技术，5G的高速无线通信技术还未被突破。目前在矿井下的定位系统还不够精准。并且在井下的导航还无法对障碍进行躲避。在进行煤矿挖掘过程当中，掘进机还无法进行精确的制导。在该技术当中辅助无人驾驶系统还未进行开发。

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这也需要研究人员针对这些问题进行深入的分析研究，早日找到技术突破点，促进该技术的发展。
        3.2智能煤矿开采记忆截割技术
        煤矿智能化开采中，根据记忆截割的方式，以人工自动化操作的方式对采煤机进行操控，不断进行学习与记忆，制定采煤机自动割煤计划。利用位移型调高油缸的方式，完善煤矿开采中采煤机控制系统，智能记忆截割技术下，自主对煤矿开采工作面进行定位，并且及时将定位信息传递到位置传感器中，保证智能化开采平台能够及时掌握，合理安排煤矿开采计划。煤矿开采期间，记忆截割技术应用中，必须在采煤机的摇臂上安装倾斜计，随时跟踪采煤机，掌握其坐标变化，控制采煤机摇臂工作在+45°～-20°工作，确保采煤机工作顺利。
        3.3物联网技术的运用
        井下智能化开采的关键步骤就是物联网技术的运用。伴随目前PLC装置及监控技能的持续进步，让井下的设施能够收集且传送一些重要的信息，然而因为各个生产装置的公司所使用的信号模式与连接处有所差别，无法建立起通讯，导致采用的信息只能独自分析，无法完成信息之间的互通，从而没有办法有效的对信息数据进行整合。利用物联网技术能够完美解决这一弊端，打通设施、信息数据、工作人员之间的障碍，将信息数据实现所有设施之间的共享，更好的进行分析与研究，从而实现万物都能连接在一些。所以，物联网技术是完成井下智能化开采技术的重要途径以及关键的内核。
        3.4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，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。
        4智能化开采技术的发展趋势
        进一步推进井下高速无线通讯技术、煤矿识别技术、自动找直技术的研究与开发，进一步加强井下网络的信息传输速度和设备的整体性能，确保整体装备的适用性和实用性。除此之外，智能开采在以下几方面也取得了不错成绩，首先，智能机器人。对于工作面的维护与管理来说，遥控智能机器人能够起到辅助工作的效果，利用性能相匹配的传感设备，并进行改装处理，便可以实现煤矿智能化工作面的自主化开采。其次，“三无”开采技术。“三无”开采技术指的是无人、无巷道、无煤柱的煤矿开采新模式，积极推广智能化无人开采技术的研发，推进智能化开采技术的创新与发展。另外，智能化掘进技术。加强智能化掘进技术的研究力度，提高掘进设备的整体性能与智能化控制，创造更加协调高效的掘进工作面，实现无人化的煤矿掘进作业。
        结语
        综上所述，煤矿智能化开采是煤炭产业转型升级和煤炭工业技术改革的核心，煤矿企业务必紧跟信息时代的发展步伐，应用信息技术的成果，将数字化、人工智能、大数据等技术应用于煤炭开采过程中，攻关智能化开采核心技术难题，降低传统井下作业人为操作不规范或环境恶劣开采困难等问题，切实提高煤矿开采智能化水平，实现开采的现代化发展。
        参考文献：
        [1]王国法，赵国瑞，任怀伟.智慧煤矿与智能化开采关键核心技术分析[J].煤炭学报，2019，44（1）：41-48.
        [2]杜毅博.智慧煤矿与智能化开采技术的发展方向[J].煤炭科学技术，2019，47（1）：6-15.
        [3]宋芳芳.关于煤矿采矿新技术与开采方法的论述[J].城市建设理论研究（电子版），2018，271（25）：26.