魏兆恒 袁如江
鄂尔多斯市国源矿业开发有限责任公司 内蒙古鄂尔多斯 17000
摘要：近年来，智慧矿山建设和智能化开采引起了广泛的关注。在大数据和互联网技术的支撑下，煤矿开采工作正朝着智能化的方向不断推进。基于此背景下，本文就对智慧煤矿建设与智能化开采关键核心技术的有关内容进行研究，以供参考。
关键词：智慧煤矿；智能化开采；关键核心技术
1智慧煤矿平台建设研究
智慧煤矿所拥有的功能需要符合现实情况和煤矿发展需要，进行智慧煤矿平台建设。煤矿多系统综合管理操作平台其主要是面向矿山建设，它所拥有的功能非常强大，包括信息感知、传感器和智能设备等。通过综合管理平台操作，可以对应用业务逻辑进行分析，也可以进行智能生产和设备人员管理应用模块建设。通过系统，还可以构造智慧矿山骨架，可以全方位地覆盖矿山每一个环节，让矿山工作变得更加透明。与此同时，还可以解决矿山智慧化建设过程中存在的问题，例如常见数据存储割裂、资源混乱等问题，其可以对生产过程实行自动化安全监督，还可以进行信息管理，这些对于矿井管理决策科学来说，是非常有帮助的。在建设管理操作平台时候，其平台是应该具备以下这些功能和特性：第一，平台需要具有全面数据标准化。所有进入操作平台中的数据，应该使用统一标准格式，数据可以用同一种格式来进行交换或者存储。通过这样的手段，数据在交流互通当中就不会存在障碍。第二，平台需要具备统一数据存储方案。所有监测数据使用统一的存储方案，数据的存储和查询性能充分保障，便于数据的统一管理，解决数据资源混乱问题。第三，平台需要具备数据传输的实时性和稳定性。在传输数据的时候，其要有很强的实时性，能够解决一些数据延迟问题。而且，这个功能对于决策来说也会比较有效果。其所需要稳定性，是为了解决通信不稳定问题。只有稳定下来，才能够让智能系统长时间运行。第四，平台需要具备组态化可配置。操作系统的前后端架构设计支持全面的组态化开发，支持应用界面与业务逻辑的快速组态化构建，并在配置中心中做统一配置管理。第五，平台需要可以进行大数据分析。可以支持数据接入和全维度管理，能与大数据平台保持高效性联系，可以支撑大数据技术应用，数据应该可视化。第六，平台需要具备开放性。能够支持多种开采装备应用程序的开发与部署，以支持不同应用场景的灵活应用和未来更多先进智能装备的灵活接入。
2智慧煤矿与智能化开采关键核心技术的研究
2.1地下开采装备精确定位和导航
地下开采定位导航模型，为保证煤矿开采、掘进装备沿着规划的路径和方向推进，必须准确测量设备的空间位置和运行轨迹。然而，煤矿井下为完全封闭空间和复杂电磁环境，没有卫星导航信号辅助，实现定位和导航的难度很大。目前，提出了基于GIS地理信息系统的导航、基于RFID的AOA和TOA算法、UWB超宽带定位等多种定位和导航技术，但是还存在诸多问题。亟待突破的核心技术包括：第一，低成本、高精度的适用于复杂磁场环境下的捷联惯性导航技术；第二，局部定位导航应用场景核心芯片技术；第vvsan，井下5G高速无线通信技术；第四，井下高精度定位系统；第五，基于精确定位导航的井下避障技术；第六，掘进机精确制导技术；第七，辅助运输车辆无人驾驶系统。
2.2开采智能探测分析
（1）煤岩分界。采用太赫兹技术利用单天线进行多普勒雷达脉冲的发送和接收，信号通过煤岩层时会减弱，并遇到煤岩界面会发生反射。反射波的速度相位滞后或从发射波到反射波被接收的时间间隙，除与发射波频率、煤和顶板岩性等可测知的因素有关外，还与电磁波在顶底煤中穿越路程即顶底煤厚度有关。
（2）煤矸放落自动识别。煤矸放落自动识别一直是综采工作面的技术难题，通过时域光谱技术探测是一种可行的技术方法。时域光谱技术的基本原理是利用飞秒脉冲产生并探测时间分辨的电场，通过傅里叶变换获得被测物质的光谱信息，通过特征频率对物质结构、物性进行分析和鉴定，适用于煤炭矿物质的实时成分分析。
（3）超前探测。
超前探测系统无须预先求取煤岩物理特性，适用范围更广，具有可靠的精度，在多数顶板条件下能够运行良好。但也存在其固有的问题：在具有波散射性质的煤层表现不好，探测范围小，发射器功率偏低，深入煤层的深度范围有限，需要未来功率更大的信号源支持来克服信号在煤层内的衰减。
2.3工作面设备故障自动化处理难题
实现煤炭开采的连续、可靠、自动运行是智能化开采的核心要求，而工作面设备故障的及时发现和自动化处理是保障其连续可靠运行的核心技术。以往多是针对某一单一设备的故障开展的离线处理研究，对工作面设备系统级的复合故障和自动化处理方法缺乏研究，严重制约了智能化开采的发展。亟待攻克的核心技术包括：第一，数据驱动的开采系统健康状态评价方法；第二，开采系统衰退行为与变工况下的剩余寿命预测；第三，融合生产调度和维护行为的开采系统双层机会维修预知决策模型。
2.4控制逻辑对采场环境的适应性
近年来，煤岩识别技术未获得有效突破，自动化工作面仍以采煤机记忆截割、支架自动跟机为主要自动化手段。在复杂地质条件下记忆截割需频繁示教，影响效率，因此，研发适应复杂地质条件下的采煤机自动识别和调整采高控制技术是采煤机自动化的关键。
3智慧煤矿与智能化开采发展对策分析
3.1数据的获取和利用
两个重点：一是研发工作面煤层地质条件高精度探测技术和装备，构造工作面煤层地质数字模型；二是研发低成本、高可靠性的井下设备精确定位和导航系统。
3.2智能决策
研究高效的机器学习算法使综采系统装备拥有自主学习能力，提高智能化水平与开采效率。
3.3技术装备研发
攻克井下特殊条件下的装备关键元部件、设备群网络化协同控制技术，研制井下复杂作业机器人和远程智能诊断及服务中心。第一，加快完善煤炭资源管理与产能布局，将煤炭的安全高效绿色开采作为我国煤炭资源开发的基本产业政策，淘汰落后开采方法与产能装备。第二，改革传统煤矿的运行和生产组织模式，推行智慧煤矿和智能化开采系统一体化解决方案、系统维护云端服务、智能采掘专业化队伍、市场化服务，解决煤矿人才、管理运行水平不平衡问题。
4结语
总而言之，智慧煤矿建设是煤炭工业技术革命、产业转型升级的战略方向和目标，智能化开采是智慧煤矿的核心技术。要始终坚持创新驱动，大力推进高端装备制造，充分利用大数据技术，深化信息化应用，通过系统融合和数据挖掘，充分总结现有数字矿山、区域自动化成果和经验，积极探索建设智慧矿山建设，积极抢占科技竞争和未来发展制高点，推动煤炭产业高质量发展。
参考文献
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作者简介：魏兆恒（1995.10.20），性别:男；籍贯:内蒙古自治区临河市；民族:汉；学历:本科：论文研究方向:智能化开采技术；