李国斌
中煤华昱元宝湾煤业有限公司 山西省朔州市 036900
摘要：本文总结了“十三五”期间取得的重大成就，开发了一种智能挖掘模型允许无人操作和一人检查工作面。采用这些技术使工作面上的矿工数量现在可以显著减少。只需要矿工在巷道或地表控制中心监测采矿机器，因为智能采矿可以适用于开采中厚或厚煤层。因此，矿工的安全得到了改善。最后，本文讨论了未来十年智能采矿的前景和挑战。
关键词：采矿技术；液压驱动；控制中心
1.介绍
以机械化、自动化采矿方法为基础，将信息化与工业化相结合的智能采矿给煤炭行业带来了一场革命。智能采矿主要有三个特点:①矿山机械具有自主作业的智能能力；②实时数据的获取和及时更新，包括地质信息、煤岩边界变化、机器位置和采矿过程等；③机器可根据工作面的情况自动控制。当决策和机器操作能够自动进行时，该工作面称为“智能采矿工作面”[1]。
建立智能采矿模型，实现了工作面无人作业和单人检查。利用该模型可以从巷道或地表控制中心对开采过程进行监测，可以满足我国煤炭生产的需要，为我国煤炭工业未来的技术发展提供方向。
2.国际智能采矿
我国的煤炭开采技术仍在向这个水平迈进澳大利亚、德国和美国的采矿技术。因此，工业研究组织(CSIRO)开发的长壁自动化指导委员会(LASC)长壁自动化技术，以及由美国久益全球公司(现小松矿业公司)开发的智能采矿服务中心(IMSC)[2]。
2.1 LASC的介绍
LASC主要从事煤矿自动化、智能化开采技术。应用精密光纤陀螺仪和一种导航定位方法，取得了三个主要成果。第一项成就是采煤机三维(3D)位置的固定(偏差小于±10 cm)；二是系统的直线调整(偏差小于±50 cm);第三个是工作面的水平控制系统。这样就完成了最初的自动控制系统。采矿过程可以从很远的位置监测，比如巷道。这些成果迅速应用于煤炭工业。将钻孔地质信息与开挖信息相结合，可以描述煤层的状况;然后通过陀螺仪将采煤机的三维位置固定在煤层上。解决了煤岩边界的识别难题。
2.2 IMSC的介绍
IMSC提供一份煤的机械工作分析报告按日、周、月、季指导合理安排生产工序和机修时间。位于澳大利亚布里斯班的英美资源公司总部对所有煤矿进行实时监控。根据设备的工作参数和监测数据，工程师可以随时调整生产程序。使用该系统后，生产能力提高了15%，效益显著[3]。
3.国内智能采矿技术
在过去10年，中国的智能矿业开发了智能采煤技术，使采煤机依靠记忆功能进行采煤，并随采煤机自动向前移动支架。
软件是智能采矿系统的关键，因为它允许沿工作面的所有程序被智能控制，包括采煤机切割，推动刮板输送机，移动支架向前，运输和除尘。通过智能采矿。
3.1智能采矿新模式
目前，我国在智能采矿的某些领域的技术处于全球领先地位。这种先进技术特别包括控制系统和控制模式、反馈时间和智能功能。
3.2智能挖掘技术
通过智能采矿技术，坐在监控中心的矿工可以通过触摸面板上的按键来控制和操作所有的设备，并可以与其他设备进行通信，发出各种命令。采煤机、液压支架、输送机、发电站等都由地面上的远程监控中心进行控制和操作，所有信息(如安全和生产)都被传送到控制中心。
3.2.1智能挖掘过程
(1)采煤机自动作业。采煤机依靠记忆切割软件对煤壁进行切割。在采煤机的牵引部分安装位置传感器，通过该传感器可以从遥控中心固定采煤机的位置。
(2)推动支架和输送机跟随采煤机的过程。这里的关键技术点是支架电液阀与记忆切割过程的协调。此外，必须对采煤机、支架和输送机进行测量，以保持最佳运行条件。所有的机器状态都可以通过道路上的远程控制中心进行监控。
(3)反馈信息对煤量的控制程序。实时测量刮板输送机上的煤量。输送机的速度可根据输送机上煤的负荷分布自动改变。
3.2.2区分煤和岩石的技术
目前，每六个支架中就有一个安装有高清采矿摄像头，用于远程监控。相机的方向与工作墙平行。每三个支架中就有一个安装了用于拍摄煤壁图像的摄像机。图片通过网络传输到控制屏幕，以便监测矿工区分煤和岩石。
3.2.3远程控制技术
采煤机和支架的所有动作都可以由位于巷道遥控中心的计算机来指挥。当计算机将记忆切割模型指令发送给采煤机时，采煤机可以向前移动，抬起手臂，切割地板，并自动加速或减速。
3.2.4连续切割技术
输送机沿工作面平放是非常重要的。但由于采煤机采煤底板不稳定，采煤机粉尘较多，目视测量工作面的难度较大。用于地表的激光定向和经纬仪在地下不能很好地工作。沿工作面采用激光阵列测量，使支架和输送机保持直线;它限制两个相邻支撑之间的偏差小于10cm。
4.问题和前景
4.1智能采矿的难题
智能开采面临的难题是采煤壁采煤过程中地压变化、应力平衡、瓦斯涌出、涌水等问题;这些问题发生的原因是工作面通常位于地下几百米。有必要开发新技术来解决这些问题。
4.4.1地质岩层的智能检测
这里的智能检测是指对煤壁前方未受扰动区域的检测。利用掘进巷道的数据和探测煤体获得的信息，可以建立三维工作面模型seam。在模型中可以清楚地看到煤层的起伏、倾斜、断层、锈蚀部位等状况，便于控制和运行采煤机。
4.1.2决策系统
由于地质条件不稳定，前煤壁状态无法预测，智能开采还不能脱离人工智能。因此，在目前，智能采矿不能完全控制，没有人的协助。
(1)设备可靠性问题。智能采矿离不开高度可靠的机械化设备，因此必须在现有设备上增加感知、决策和控制功能。单个智能设备应集成为一套设备。
(2)不良条件下的可视化问题。由于灰尘的厚度，很难得到清晰的视觉图像。因此，我们需要开发高清晰度和低时延的新仪器，为远程监视器提供实时图像，以便调整机器。
为解决这些问题，从人、机器、环境和管理过程中获取的数据必须深入集成。基于数据挖掘技术构建决策系统，实现预测、预检测、预控制。
4.2智能采矿的前景
信息技术，特别是光电子技术，正在加速智能采矿的发展。应用新技术对智能采矿进行升级改造势在必行。
4.2.1准备基于智能导航的采矿技术
实时三维地理信息系统智能导航是指运用先进的自动计算机和光电技术，对工作面的人员和设备进行导航，实现安全、准确的提取。
4.2.2检测机器人的应用
远程控制机器人可以用来安装采矿机器，通过添加适当的光、视觉、听觉和振动传感能力，协助智能采矿管理和维护。这是对智能采矿的补充，并允许机器人在工作面上做危险的工作，而不是让人类去做。为了在工作面的智能采矿中有效地利用机器人，仍然需要发展关键技术。
5结论
通过研究和实践智能采矿，中国采煤技术取得了突破。但是还有一些技术问题亟待解决。我们的结论如下。
(1)将矿工从危险工作面转移到安全巷道是煤矿安全的重要进展。
(2)智能开采是煤炭生产的一场革命，具有投资与效益高、节能、安全、人更少，效率更高。
(3)通过对智能矿山装备的研究，大大提升了我国机电制造业和智能控制技术水平。
参考文献
[1]冯夏庭, 刁心宏, 王泳嘉. 21世纪的采矿-智能采矿[C]// 全国采矿学术会议. 1999.
[2]胡建华, 张龙, 王学梁,等. 井下矿山智能采矿体系的平台架构研究与实现[J]. 矿冶工程, 2018, 038(006):1-5.
[3]杨清平, 蒋先尧, 陈顺满. 数字信息化及自动化智能采矿技术在地下矿山的应用与发展[J]. 采矿技术, 2017, 017(005):75-78.