浅析煤矿开采中的智能开采技术

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　　摘 要：煤矿作为我国经济发展当中重要的支柱型产业，不仅关系到广大人民群众的生活与生产，而且还和国家经济的可持续发展有着重要的关系。但心于煤矿开采当中充满了各种不安全因素（例如塌方、瓦斯泄漏等等），导致我国的煤矿产业无法满足新时期的经济发展需求。为了能够保障煤矿产业的顺利发展并提高煤矿开采的安全性，文中在传统煤礦开采模式当中运用智能开采技术，不但有效地提高煤矿开采的安全性和效率，而且还能够在有效地减少企业开发成本的同时，优化国内产业经济结构，这对于煤矿技术创新具有重要的意义。文中对于国内煤矿智能化开采技术的现状进行了简要论述，并针对我国智能开采技术的发展趋势给出了一些建议，以供参考、借鉴。
　　关键词：煤矿开采；现状；智能开采技术
　　中图分类号：TD82；TD67 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）15-0176-02
　　0 引言
　　智能开采技术（Intelligent mining technology），它是利用具备微感知、记忆以及自我学习能力与判断力的煤矿开采设备（例如智能液压支架、智能型采煤机等等具有多元化功能的综合采矿设备）来作为基础运用人工智能以及各种自动化控制系统为核心，结合远程监控的方式来实现煤矿开采“无人作业，有人巡查”的高效、安全开采方式，而这也是近些年来我国工业化发展与信息技术的深度融合的基础上所形成的煤炭开采技术变革，对于实现煤矿技术创新和安全可持续性发展具有重要的促进作用。随着我国对于煤炭需求的数量逐渐增加，传统的煤矿开采技术早已经不能够再满足当前国家建设与发展的需要，国家以及地方政府部门投入了大量的物力资源与人力资源，利用技术上的引入、消化以及再创新的方式，我国在煤矿智能化综合开采技术上有了明显的进步并取得了良好的科研成效。值得注意的是，我国虽然在煤炭开采技术方面已经与世界其他发达国家相接近，但是想要在全国范围内全面性普及与推广智能煤矿开采技术仍然具有较为明显的局限性和片面性，许多煤矿智能开采工作仍然停留在较薄的煤层当中。在国内的煤矿综合开采技术方面是以精准陀螺仪来针对煤炭储层进行高精度的定位，同时在原有记忆割煤、过载保护以及其他实用性功能上增加了诸如红外线摄像功能以及雷达探测防碰撞功能。虽然这些技术处在研发的起步过程中，但是对于我国未来煤矿事业的深入发展具有不可乎视的重要作用。
　　1 国外智能开采技术的现状
　　在2000年以后至今，国外的煤矿开采也从原先只重生产效率和经济效益开始向着“安全合理、高效实用、经济环保”等方向发展。国外在煤矿开采智能技术上所沿用的思维模式是：利用钻孔地质勘探以及深度掘进相互融合的方式来将所要开采的煤层进行完整的描绘出来，并了解在某个区域之内煤层的厚度和煤炭的实际分布情况，然后再运用高精视度的陀螺仪来了解并锁定住采煤机所在位置的坐标，然后再将两者进行相互融合并实现自化割煤的目的。利用这种思维方式能够有效地克服煤炭开采过程当中煤炭识别所造成的问题，在全面性了解所在区域地质条件的情况下完成自动化、智能化采煤的目的。
　　1.1 工作面自动化LASC系统
　　在2011年三月初，西班牙联邦科学工作研究小组CSIRO推出了ACARP计划，该计划确立了全自动自能化煤炭开采技术项目。在2015年时该项目通过了军用级别的标准，并运用高精密度的煤机三维定位（该项技术所造成的测量误差仅仅在+15cm）、工作面矫直系统（该系统本身所引起的误差只有+45）以及工作面垂直水平控制系统。在工作面自动化（即LASC系统）技术的支持下于2015年的BAltana矿场成功完成实验。随后该科学工作研究小组对LASC自动化系统进行了深度改进与优化，并且将欧洲最先进的煤机智能控制技术、煤流负荷平衡和艾可夫等采煤机械供应企业进行战略合作，并用最高效的方式实现商业用途。与其他的技术相比，LASC技术所具备的优势有工作自动控制算法以及高精度导航等核心技术。
　　1.2 智能开采服务中心
　　智能开采服务中心本质上来说就是一项使产品增值的服务。在西班牙的AMGJD矿业公司所开设的调度室里就设置有一个全世界最先进的煤矿智能开采中心，该中心对旗下所管辖的所有矿井都能够进行全天候24小时的即时监控，并且会按照目前所出现的报警以及相关的故障信息通过电子邮件或者电话的方式将相关信息发送到智能开采服务中心里进行相应的调整。此外，在每天、每个星期、每个月和每个季度都会向矿井一方传出报告内容，并对矿井的管理给出了一些有效的指导和建议，在安排设备检修的同时做好相应的记录。把相关的报告内容进行采集以后再对矿井每天运营的状况进行了分析同时制定相关的计划通知，这样就能够保障每个星期都会有相应的智能服务回顾，而且每个月、每个季度的井下精益运行也都会有所回顾。煤矿智能开采服务中心的构建不但可以有效地减少煤矿开采设备停机的频率和时间，而且还能够降低设备的损坏率，对于提高煤矿整体的生产水平和减少生产成本具有重要的意义。
　　2 国内智能开采技术的现状
　　2.1 远程干预无人化采煤工艺
　　国内智能化开采全面实现了“工作面无人”的目标，通俗地讲就是按照工作面的实际需求来进行自动化控制，并运用远程监控的方式来对煤矿开采过程进行干预，该智能化模式的运用使得煤矿开采行业初步实现了“无人跟机作业，有人安全职守”的目标。在通过一定人工干预的情况下实现模糊控制采煤工艺，其本身所具备的煤矿开采系统智能化功能主要包括了以下几个方面：系统拥有不同层面、多个视角的感知力，并且支持各类工作信息的远程交互与高速网络通道的构建；工作面所引起的协同集中控制和采煤设备智能化快速记忆截割能够安全、稳定地自动运行；全面自动化的煤流平衡控制系统，多功能采煤机和运输体系与之能够自动适应，刮板运输机链条张力的监督与控制和智能化软件相兼容；多元化煤矿开采设备能够相互协调并且稳定地运行，并会针对不同的开采情况设置出相应的设备参数。 　　2.2 矿井虚拟现实技术
　　综采工作面运用高仿真的虚拟现实技术将一个三维采矿环境，并以此来对采矿作业的过程和采矿所涉及到的加工生产工艺以及相关机械设备的操作来进行模拟，操作人员能够将虚拟和现实系统深度融合并构建为一个稳定、高效的人机交互机制，无论是在何种操作环境和操作时间段时都能够进行模拟。除此之外，矿井虚拟和现实技术的运用能够对于物体的大小、性质以及其他方面的参数进行扫描并且记录下该物体的状态，并将这些参数和信息收集之后存储到空间当中来对物体的运动进行控制，在锁定空间状态以及构建相应自然规律的同时，将现实与开采情况相近的三维内容通过计算机屏幕展示出来。此外，采矿作业的具体情况以及煤炭生产系统的平面图以及各类设备参数运作当中所形成的动态化信息（例如说设备运作的时长、设备的总产能、煤炭设备的间距以及相关的动态化信息等等），并结合具体的煤炭开采情况来构建出不同的生产系统来进行客观模拟，以此来满足与改善评煤炭生产评价系统。值得注意的是，虚拟现实系统当中还包括了两种不同的控制机制，即自主模式和飞行模式。所谓的自主模式就是以人力的方式来进行操作（管理人员利用鼠标或者键盘的方式来将镜头进行移动，并对场景当中的任意位置进行浏览和监视）；至于飞行模式就具有更加广阔的活动范围和功能，在飞行模式下镜头能够被移动到较高的位置处并以俯瞰的方式来观察整个煤炭开采过程。
　　2.3 远程遥控技术
　　智能化采煤生产当中所使用的远程遥感技术具有高灵活度和高适应性的特点，但是在实际的运用过程当中应当要严格遵守以下几个方面的原则：
　　（1）将采煤机记忆截割作为基础，再通过人们进行远程干预的方式来进行操作，结合多功能的煤炭采集运输设备来实现自动化控制，通过就地控制的方式来达到综采设备智能感知的效果。同时还利用各种视频监督与控制的方式来实现全天候即时的管理。
　　（2）在煤矿开采过程当中对于整个地面以及相关的巷道等等具有一定危险性的工作区域内都会设置完整而又健全的网络通信设备。智能开采控制设备的运用不但有效地解决了传统煤炭开采以单机为基础的单一化思路，构建出一个多元化、成套化的系统总控制网络化信息综合判断为核心的音机装备，为实现煤炭开采智能化打下坚实的基础。把采煤机、液压支架、刮板输送以及转载机、带式输送设备以及强流供液机、电力供给与稳定系统等等融合成为一个系统的整体，然后再按照实际的控制内容和情况来了解决策模型与结果，确保综合采矿设备能够稳定、安全地可持续运作。
　　2.4 智能开采技术的难点
　　2.4.1 自动化技术水平差
　　因为地质条件和科学技术水平等多方面的原因，加上煤层本身就存在着不可预知性，所以在煤炭开采过程当中运用智能化技术仍然无法摆脱大量人力劳动的投入，必须要全面性激发出机械设备与人的优势并且将人力与机械的不足之处控制在最小范围内。
　　2.4.2 煤炭开采设备的稳定性有待提高
　　现阶段所使用的煤矿开采设备的稳定性与可靠性不足，除了要适当加入一些设备的感知以及决策与智能化功能以外，還必须要将开采设备从传统的单机模式向着套装化、系统化、智能化方向发展。
　　2.4.3 恶劣环境下可视效果差
　　由于技术上的原因导致在一些作业条件差的，或者一些危险性高的地方可视的效果差，必须要采取一些科学、合理的方式来对可视效果进行提高，这样才能够满足煤炭开采的需求。
　　3 国内煤矿智能化开采技术的发展
　　当前国内的煤矿开采行业处在转型的重要时期，将先进的信息技术引入到煤炭行业当中不但可以提高煤炭行业的生产效率，对于实现煤炭行业的智能化发展具有重要的意义。
　　3.1 厚煤层与薄煤层智能化综采技术
　　运用当前主流的无线电通信技术能够有效地降低煤炭开采井下作业当中缆线所使用的数量，确保整个煤炭开采地下作业环境更加安全更加整洁。同时将无线电通信技术运用到煤炭开采作业当中，既能够有效地降低煤炭开采的人力成本和物质成本投入，同时还能够提升井下数据的采集速度和画面传输质量。在煤矿下方的巡检人员当中配置先进的智能化信息装备，不但有效地增强巡检人员的防护能力以及生存能力，还能够让巡检人员运用无线通信以及自动化技术和监控中心保持即时联络，对于提高巡检人员的安全具有重要的意义。在智能化煤炭开采的时候应当要构建出一个完善、系统化的灾害全方位防控系统，运用高精度的传感器来确认井下瓦斯的浓度与油气等具有危险性物质的数值进行即时监控。若是所采集到的数值高出上限阀值那么就会自动终止煤机运作，而且在灾害预防与控制系统的监控下可以确保采煤作业能够安全、稳定地进行，同时还能够利用采集到的数据进行3D模拟，从而制定出最为合理、最为有效的煤炭开采方案。
　　3.2 复杂开采条件下智能化综采技术
　　因为煤矿井下地质条件复杂的原因，使得煤炭井下开采作业的灾害以及事故也变得更具多样性，因此将智能化煤炭开采技术引入其中时应当要结合所在地区的具体情况这样才能够制定出一个全面性的保障机制，然后再依据所收集到的数据和相关信息进行分析之后，才能够提高智能化开采的水平。
　　3.3 切顶沿空留巷智能化综采技术
　　切顺沿空留巷智能化综采技术是对原有的综采技术进行整体升级之后的新技术，该项新技术不但可以做到科学化管理，而且还能够提升煤炭开采的效率，对于实现资源回收、强化煤矿工程的安全性有着良好的效果。此外，在其他的煤矿智能化开采技术当中也取入了突破性的成效。比如说在煤矿智能化开采当中加入了新式的全方位探测技术以及智能化高精度导航技术、智能化管理技术等等，这些智能化技术的运用对于提高煤矿开采的产能和质量效果显著，同时还能够提高智能煤炭开采的学习、适应以及全方位控制能力。在煤炭开采技术当中运用煤矿智能化开采技术，对于深化我国煤炭开采行业的可持续、安全稳定发展有着极为重要的影响，在实现了传统煤炭开采领域和工业现代化、信息技术多元化多方融合之外，对于加快我国煤炭产业链的升级和转型也有着不可忽视的作用。通过技煤炭开采智能化技术的运用后极大地改善了我国煤炭工业被动、人力资源投入大等问题，对于优化煤炭产业的生产效率、提高煤矿产业的生产人安安全性、排解各种安全问题和隐患等方面也起到了明显的作用。因此，在煤矿智能化开采技术的运用方面应当要依据煤矿开采的具体情况，适当性地加大或者提高所有煤矿产业相关人员的职业素养培育，全面性地强化煤矿职业的实践操作能力与安全生产责任意识，这样才能够保障煤矿产业智能化发展能够持续、稳定。
　　4 结语
　　综上所述，想要在现有的煤矿产业当中实现煤矿智能化开采技术创新和发展的目标，就必须要结合我国的实际情况，在深入了解煤矿开采当中的各种因素与现状之后，再结合智能能化技术来实现煤矿智能化开采的目标，通过先进的信息化、自动化、以及无人控制等先进技术来提升我国煤矿开采的质量和效率，在降低矿难事故发生的同时，确保煤矿井下作业人员的生命财产安全。
　　参考文献
　　[1] 刘占国，王文清.我国井工煤矿智能化开发技术现状及发展[J].中小企业管理与科技旬刊，2017（12）：124-137.
　　[2] 赵世龙.煤炭智能化综采技术创新实践与发展展望[J].中国矿业大学，2018（03）：155-168.
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