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煤矿智能化开采技术的创新与管理任吉慧

发表时间：2021/5/17 来源：《基层建设》2021年第2期作者：任吉慧

[导读] 摘要：科学技术的创新推动了我国煤矿开发技术的发展，年初，我国受疫情影响，一些经济活动趋于停滞。

        内蒙古牙克石五九煤炭（集团）有限责任公司牙星分公司一号井内蒙古牙克石市 022150
        摘要：科学技术的创新推动了我国煤矿开发技术的发展，年初，我国受疫情影响，一些经济活动趋于停滞。疫情对全球能源行业的冲击已经超越短期的市场震荡，BP、壳牌等国际石油公司受到巨大冲击，中美经济与技术对抗、贸易关税以及美国对主要石油生产国的制裁，加速了能源供需格局的重大调整。长期以来，煤炭作为我国的主体能源，是保障国家经济发展的重要基础能源。在当今世界经济、政治剧烈变化的大环境下，煤炭作为我国主体能源和国家能源安全的压舱石，仍然发挥着重要的作用。
        关键词：煤矿智能化；开采技术；创新；管理
        引言
        党的十九届五中全会提出：我国进入新发展阶段，新一轮科技革命和产业变革深入发展，迫切需要解决发展不平衡和不充分的问题。全会提出了12项重点任务，放在首位的是坚持创新驱动发展，全面塑造发展新优势，把科技自立自强作为国家发展的战略支撑。科技创新是推动传统产业转型升级和发展的强大动力。煤炭行业转型不是去煤化，而是生产和利用方式的转型，是向数字化、智能化新产业和新业态的转型。煤矿智能化是煤炭行业高质量发展核心技术支撑，将物联网、大数据、人工智能、区块链、5G等新技术与传统采矿技术深度融合，建设智能化煤矿，以实现煤矿开拓设计和生产运营全过程的智能高效协调运行。并且智能化煤矿建设要分类、分级因矿施策；进行科学的顶层规划设计，才能实现煤矿智能化巨系统高效融合运行；同时，要完善煤矿智能化建设保障体系，全面推动行业转型升级。
        1智能化煤矿开采的难点
        智能化煤矿开采的难点主要涉及到以下方面具体内容：1）工作面内部地质构造形态不清，不能准确地判断地质构造对煤层破坏及安全智能开采的影响程度。2）工作面受构造影响，煤层及顶板存在破碎带，回采过程中容易引起煤壁片帮和顶板垮冒事故。3）机巷构造段巷道坡度起伏较大，局部段形成高冒区，机巷超前支护容易出现接顶不实等现象。4）工作面内构造段瓦斯抽放存在盲区，可能造成因瓦斯治理不到位影响智能化工作面正常生产。5）工作面受构造走向影响区域较长，倾向起伏变化较大，制约智能化设备安全高效开采。
        2煤矿智能化开采技术的创新与管理
        2.1 5G与物联网的融合发展
        5G采用大规模MIMO技术，使得物联网设备周围形成的天线阵列，构成了一个用于各种传感和控制节点的信息传输的全覆盖网络。遥感层的数据直接通过5G网络来实时传输。对接收到的数据，应用层可以根据应用领域的相关行业标准进行相应地处理和操作，并对遥感层设备进行检测和远程控制。而且，5G认证和加密技术也保证了数据传输的安全性。与现有物联网结构模型相比，5G与物联网的集成具有以下优势：1）高效。现有物联网主要以WiFi和ZigBee为基础接入网络。当连接数或传输数据量过大时，由于设备带宽容量和数据处理能力的限制，容易造成网络拥塞和网络延迟，感知层的数据不能及时传输到应用层或管理员终端。2）便捷。基于5G的物联网更有利于新网络的建设、维护和监控。智能终端设备与用户携带的5G手机之间的直接连接不需要新的布线规划，以减少对现有建筑环境的破坏。3）经济。物联网终端与5G移动设备直接相连接以达到感知层数据可以直接通过5G基站传输的目的，减少了不必要的网络层设备的使用，如ZigBee、路由器、交换机等，从而节省了设备购置、安装、维护和升级的费用。4GLTE技术之前，移动通信将人际通信作为核心业务，而5G涉及的范围更广，主要场景包括：eMBB，mMTC和UＲLLC，这几种场景特性不仅覆盖了高带宽、低延时等传统应用需求，而且还能满足工业环境下的设备互联和远程交互应用需求。

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        2.2积极宣传煤矿安全的巨大进步，正确引导社会舆论
        煤炭行业作为传统产业，以往确实存在很多的问题和难题.在新闻报道、政策文件、科研立项等很多场合，突出行业高危性、事故的多，宣传煤矿安全生产成绩的少，且一些媒体只是与国外以露天煤矿为主的煤炭产业进行简单的、不科学的煤矿安全生产方面的对比，强调落后.形成了把渲染煤矿安全威胁、事故伤亡当成强调自身存在价值和立项包括：信息基础设施、智能地质保障系统、智能掘进系统、智能开采系统、智能主煤流运输、智能辅助运输系统、智能通风系统、智能供电与给排水系统、智能安全监控系统、智能洗选系统、智慧园区与经营管理系统.根据11个子系统的建设情况，结合权重系数进行分级评价，将煤矿智能化等级分为初级、中级和高级.通过对煤矿智能化水平进行分类、分级评价，形成了统一的评价指标、原则、体系和标准，为智能化建设提供了量化参考标准
        2.3大数据处理及人工智能技术
        由于煤矿开采时作业空间狭小、作业设备多、危险因素多，煤矿生产过程中可产生大量的数据，这就给数据的管理和分析带来了一定的挑战。因此，智能化煤矿需采用大数据处理技术对传感器收集到的数据进行分析和处理，得到数据背后的规律，来发现危险和指导生产。例如，采煤工作面产生的数据包含，采煤机的运行速度、倾角、截割阻力，刮板输送机的链条张拉力、运输速度，液压支架的支护阻力、移架顺序等，大数据处理技术便可将这些数据进行统一化的分析，判断有无异常。人工智能技术的应用使大数据处理技术得到进一步的发展，并分析数据结果，做出最优决策，以友好的图像、图表等呈现给决策者，对数据的挖掘和处理更加智能和便捷。
        2.4智能化工作面设计的关键技术
        井下设备位置、运动状态以及姿态的测量是实现智能化开采的基础。为此，需要对工作面三维成像、井下高清视频图像的获取以及综采设备实时位置和运动状况的监测等方面进行研究。工作面三维成像是为了实时了解工作面的实际开采情况，这个过程通常需要采用先进的三维激光扫描来完成。由于工作面附近的粉尘浓度过高且光线比较暗，必须采用具有很强防尘能力的镜头和低亮度感光元件，通常可以采用CCD元件的感光元件。井下卫星定位信号比较弱，很难对设备进行定位，为此采用惯性导航的方式来进行综采工作面的定位。智能化开采的关键在于使综采工作面设备具有一定的自主学习能力，能根据实际情况做出最有利的判断。而要使机械设备具备自主学习的能力，就要使机械设备具有一个“大脑”。对于机械设备而言，“大脑”指的是微处理器和智能学习算法，而智能学习算法则是实现自主学习的关键。虽然现在开发了一些智能算法，例如人工神经网络算法、模糊算法以及混沌算法等，但是这些算法都有着其特有的使用环境。
        结语
        总而言之，智能化开采技术的应用可以有效提高采煤的自动化程度，有效提高开采设备的工作效率和使用效率，降低设备故障发生率，减少工作岗位，为企业创造了较好的经济安全效益。
        参考文献：
        ［1］刘鹏坤，王聪，刘帅，等.综采工作面智能云台摄像仪研制[J].煤炭科学技术，2019，47（12）：242-249.
        ［2］邓涛，王思栋，杜兆文，等.薄煤层综采远程可视化无人工作面开采技术[J].煤矿安全，2019，50（06）：91-93.
        ［3］张雁军.车寨煤矿综采工作面智能化技术[J].现代矿业，2020，36（01）：164-166+188.
        ［4］贾辉敏.综采工作面综合智能控制系统的研究[J].机械管理开发，2020，35（05）：235-236+238.