煤矿智能化开采技术分析

发表时间：2020-10-28T05:56:59.130Z 来源：《防护工程》2020年19期 作者： 路达

[导读] 煤炭是中国的主要能源，在未来相当长的一段时间内，煤炭仍继续占据世界能源结构的主导地位。新疆呼图壁县石梯子西沟煤炭有限责任公司 新疆昌吉市 831100

摘要：煤炭是中国的主要能源，在未来相当长的一段时间内，煤炭仍继续占据世界能源结构的主导地位。在当前信息化、智能化革命到来之际，煤矿智能化是适应当代信息工业革命发展趋势、保障国家能源供应、促进煤炭工业高质量发展的核心。应用信息技术、智能制造技术和人工智能技术的研究成果，实现煤炭安全、高效、绿色开采和利用，实现煤矿智能化已成为煤炭工业发展的必经之路。围绕智慧煤矿及智能化无人开采的重大技术需求，突破行业共性核心问题，加快智能、安全、高效现代煤炭生产体系建设成为主要目标。 关键词：煤矿开采；智能化开采；发展

随着社会的发展和进步，煤炭资源利用和开发不断多大，如何采用安全、高效、低成本的采矿技术实现煤炭资源的开采，对煤矿行业的发展和我国经济建设有着至关重要的作用。智能化开采的突出特点是智能化开采系统具有自主学习和自主决策功能，减少人工干预和控制，通过自身具备的感知能力、控制能力、自我调整和修复能力，实现环境和设别的管控、精度和准度的控制以及异常故障的自我诊断与修复，进而实现全智能开采。近年来，煤炭智能化开采技术不断推广和应用，在一定程度上取得了较好的成效，但是在关键技术的创新方面仍有所不足，如何立足煤炭行业发展现状，结合实际技术与装备情况进行妥善管理成为煤炭智能化开采关键技术创新的关键突破点。 1煤矿智能化开采的概念

近年来，随着人工智能技术的发展，智能算法不断更新，推进了煤矿智能化开采的发展。煤矿智能化开采是煤矿机械化和自动化开采的重要延伸，其强调的是实现煤矿的无人化开采。智能化开采技术就是要使机电设备具有一些人的思维，对周围的开采环境有识别并做出相应处理的能力。通过这种方式，逐渐减弱人在煤矿开采中所发挥的作用，并保证设备能自动运行。换句话说，智能化开采的本质就是给机电设备装上一个“大脑”，使机电设备具有思考的能力，将原来由人操作的过程改为由电脑控制。煤矿智能化开采的关键在于，设备上的控制程序对于煤矿井下复杂环境的适应性。因此，要实现煤矿的智能化开采并不是一件容易的事情，一方面，要进行智能算法的开发，使其能适应井下复杂的生产环境；另一方面，要开发相应的设备，例如传感器和微处理器等。煤矿智能化开采的主要目的是实现生产环节的智能化决策和自动化运行，主要工作岗位实现无人化。 2智能化开采关键技术

2.1工作面综采装备位姿监测技术

煤矿井下工作面综采装备的姿态感知和测量是进行综采装备智能控制的必要条件。煤矿井下环境复杂多变，因此需要高精度、高可靠性的定位导航系统对综采装备进行实时监测。在装备运行过程中，可通过采用三维激光扫描仪、红外高清摄像仪进行实时动态扫描，对工作面进行三维激光扫描，实时构建工作巷道三维模型，绘制工作面地图。由于井下高粉尘环境，可采用仿生除尘、智能去尘的本安型防爆视觉传感器对井下环境进行高清图像获取。利用惯性导航、机器视觉和激光扫描等高精度定位技术对综采装备位置进行实时监测，为综采装备安装高精度传感器，采用多传感信号集成监测技术，实时监测综采装备的姿态。应用基于多信息的三维场景实时建模，搜集综采工作面三维地图、装备行程、压力、倾角等传感信息，通过视频增强技术和动态建图技术构建远程虚拟生产监测系统，从而实现工作面综采装备位姿的实时监测。

2.2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。 2.3煤矿智能化开采视频监控技术

所谓视频监控技术，在煤矿智能化开采技术基础上，增加可视化监控技术，掌握煤矿井下环境实时情况。煤矿智能化开采平台与视频监控技术的有效结合，通过智能化平台就能够对煤层、矿井情况进行实时观察，时刻掌握煤矿倾角变化情况。显示器准确现实相关信息，及时反映开采中传感器工作状况，节省人工检测时间与精力，为煤矿开采监控提供很大方便。 2.4器人技术

煤矿井下生产系统庞大复杂，生产环境恶劣，单纯依靠人为操作机械式作业，无法实现减人少人生产。为了保障作业安全，用机器人代替人工进行井下作业、日常巡检和应急救援是实现智能化开采的迫切要求。煤矿井下作业机器人属于防爆重载机器人，机器人工作环境极其复杂，这就要求机器人系统不仅要具备基本的感知监控功能，还要具备必须的运移、避障、导航和抗颠覆功能。当前，以智能化综采工作面系统组成的采煤机器人群已在70多个煤矿得以应用，部分装备巡检机器人、固定岗位机器人和危险环境探测机器人初级产品已有使用。针对井下复杂环境的机器人冲击碰撞问题，可通过研究机器人与环境间接触阻力的变化规律，搭建接触阻力与控制参数之间的作用模型，对不同的接触阻力设置不同的控制参数，实现对机器人的自适应跟踪控制，可以有效解决井下复杂环境下的机器人冲击碰撞问题，保障机器人安全、高效运行。对于井下机器人电池续航问题，由于煤矿井下电气设备相关安全规范对机器人电池容量和防护壳体有极为严格的要求，因此，当研发可长时间可靠供电的技术，可将防爆电池轻量化，还可寻求无线充电装置，从而保障井下机器人长时间可靠工作。 3煤炭智能化开采技术发展前景展望

煤炭智能化开采系统随着技术水平的发展，其安全性将得到巨大的提升。通过参数的设定、程序的编制等有序组织生产行为和现场监控动作，实现现场无人监管、远程在线监管、离岗自动监管，大大的确保了煤矿开采的安全。同时，也大大提高了连续作业的效果，在规定的时间内，降低了人工作业劳动强度，提高了劳动生产率。同时，依托当代传感技术的发展，未来对于红外、紫外、射线等多方面的在线监测系统的发展将会大大提升智能开采的各类监测的准确性和高效性，保证感知水平、决策准确和动作有效。在开采对象上，也会从单一开采系统发展向多系统开采发展，进而转向综合系统开采实现煤矿智能开采一机通用。 4结语

综上所述，煤矿智能化开采技术创新，是煤炭行业技术升级、可持续发展的重要内容。煤矿开采中，以智能化技术为基础，提高其信息化发展水平，节省更多人力资源，提高煤矿开采效率，为煤矿产业发展营造更多发展优势。

参考文献:

［1］王国法，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)：1-10. ［2］杨志勇，刘福明，佟德君.露天煤矿智慧矿山创新设计理念［J］.露天采矿技术，2019，34(2)：6-9. ［3］孙喜民，时亚民.践行能源革命发展现代智慧型煤矿［J］.中国煤炭工业，2016(1)：69-71. ［4］王静.关于煤矿智慧矿山网络系统的探讨［J］.现代工业经济和信息化，2018，8(16)：65-66.

［5］王国法，王虹，任怀伟，等.智慧煤矿2025情景目标和发展路径［J］.煤炭学报，2018，43(2)：295-305.