唐恩賢

(1.陜西陜煤黃陵礦業(yè)有限公司，陜西省延安市，727307；2.應(yīng)急管理部煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)創(chuàng)新中心，陜西省延安市，727307)

能源是人類社會(huì)存在發(fā)展的基石，是經(jīng)濟(jì)發(fā)展和文明進(jìn)步的基本條件。煤炭作為我國(guó)主體能源和重要工業(yè)原料，是我國(guó)經(jīng)濟(jì)健康發(fā)展的重要支撐。然而，由于煤炭埋藏在地層深處，存在開(kāi)采條件復(fù)雜、作業(yè)環(huán)境惡劣、勞動(dòng)強(qiáng)度大以及危險(xiǎn)系數(shù)高等特點(diǎn)，所以煤炭開(kāi)采一直以來(lái)都被人們視為高危行業(yè)。幾百年來(lái)，一代又一代的煤炭人嘗試通過(guò)不斷創(chuàng)新推動(dòng)煤炭開(kāi)采技術(shù)的進(jìn)步，以有效解決煤炭安全高效開(kāi)采的問(wèn)題?？v觀我國(guó)煤炭開(kāi)采史，煤炭開(kāi)采技術(shù)主要經(jīng)歷了人力、炮采、普采和綜采4個(gè)發(fā)展階段，生產(chǎn)方式也由人工向機(jī)械化和綜合機(jī)械化不斷進(jìn)步，安全和經(jīng)濟(jì)效益得到了顯著提升。但不可否認(rèn)的一點(diǎn)是，相對(duì)其他行業(yè)，煤炭開(kāi)采仍然存在用人多、勞動(dòng)強(qiáng)度大、危險(xiǎn)性高等方面的劣勢(shì)。

20世紀(jì)以來(lái)，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，我國(guó)工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)發(fā)展迅速。目前，在新興網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和傳統(tǒng)工業(yè)深度融合的新形勢(shì)下，各個(gè)行業(yè)又迎來(lái)產(chǎn)業(yè)的巨大變革，其中以智能化技術(shù)與傳統(tǒng)成套裝備的融合來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)正成為越來(lái)越重要的發(fā)展趨勢(shì)。煤炭開(kāi)采業(yè)由于安全、環(huán)境等因素的影響，對(duì)智能技術(shù)與裝備的需求尤為迫切。因此，發(fā)展以實(shí)現(xiàn)無(wú)人化開(kāi)采為目標(biāo)的智能化開(kāi)采技術(shù)與裝備研發(fā)對(duì)煤炭開(kāi)采業(yè)的發(fā)展具有重要意義。同時(shí)，我國(guó)煤炭開(kāi)采技術(shù)及裝備也取得重大進(jìn)步，推動(dòng)了煤礦安全高效綠色開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展，建成了一大批綜合機(jī)械化和高自動(dòng)化程度的現(xiàn)代化礦井，生產(chǎn)效率、安全指標(biāo)和煤炭產(chǎn)量大幅度提高。同時(shí)，綜采成套裝備的技術(shù)進(jìn)步是促進(jìn)煤炭安全高效綠色開(kāi)采技術(shù)發(fā)展的引擎；現(xiàn)代自動(dòng)化、信息化、智能化技術(shù)及先進(jìn)制造技術(shù)與煤炭開(kāi)采技術(shù)的深度融合，使煤礦綜采成套裝備實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化、智能化、無(wú)人化成為可能。

1 煤炭智能化開(kāi)采實(shí)施背景

黃陵礦業(yè)公司煤炭資源豐富，煤田總面積為549 km2，地質(zhì)儲(chǔ)量為13.4億t，可采儲(chǔ)量為9.6億t?，F(xiàn)有4對(duì)礦井，核定產(chǎn)能為1550萬(wàn)t/a，主力礦井為一號(hào)煤礦和二號(hào)煤礦，核定產(chǎn)能分別為600萬(wàn)t/a和800萬(wàn)t/a。礦區(qū)煤田位于鄂爾多斯盆地南沿，煤油氣共生，開(kāi)采技術(shù)條件復(fù)雜，其中3對(duì)礦井為高瓦斯礦井。井田煤層賦存穩(wěn)定，但厚度變化較大。黃陵礦業(yè)公司自成立以來(lái)，主采煤層厚度基本在2 m以上，較薄煤層資源長(zhǎng)期呆滯，成為影響企業(yè)安全、高效、可持續(xù)發(fā)展的突出問(wèn)題。薄煤層綜采存在工作面空間低狹、操作人員多、跟機(jī)作業(yè)難、勞動(dòng)強(qiáng)度大等問(wèn)題，容易造成安全生產(chǎn)事故或引發(fā)職業(yè)病。如果沿襲傳統(tǒng)的生產(chǎn)方式，就必須加快工作面推進(jìn)速度來(lái)保障礦井的高效穩(wěn)產(chǎn)，但這將激化生產(chǎn)和安全的矛盾。因此，為了保證安全生產(chǎn)，促進(jìn)煤炭資源高效開(kāi)發(fā)利用，在綜合分析礦井地質(zhì)條件、系統(tǒng)配套、員工素質(zhì)和管理水平，以及認(rèn)真調(diào)研國(guó)內(nèi)外智能化開(kāi)采技術(shù)現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，黃陵礦業(yè)公司果斷決策，決定開(kāi)展國(guó)產(chǎn)裝備智能化開(kāi)采技術(shù)研究，主要解決以下幾個(gè)方面的問(wèn)題。

(1)解決礦區(qū)可持續(xù)發(fā)展的問(wèn)題。黃陵礦區(qū)薄煤層儲(chǔ)量較多，一號(hào)煤礦礦井可采儲(chǔ)量為3.47億t，其中0.8～1.3 m的煤層占總儲(chǔ)量的35%。從礦井建設(shè)初期到2013年，0.8～1.8 m的煤炭資源長(zhǎng)期呆滯，為了礦井產(chǎn)能的持續(xù)穩(wěn)定，黃陵礦業(yè)公司決定實(shí)施“薄厚”搭配開(kāi)采，既可以有效解決較薄煤層長(zhǎng)期呆滯問(wèn)題，又能最大限度開(kāi)發(fā)利用資源，保障礦井可持續(xù)發(fā)展。

(2)解決煤礦安全生產(chǎn)的問(wèn)題。黃陵礦區(qū)煤、油、氣共生，水、火、瓦斯、煤塵、頂板以及油型氣、油氣井“七害”俱全，加之薄煤層開(kāi)采存在跟機(jī)作業(yè)難、勞動(dòng)強(qiáng)度大、生產(chǎn)環(huán)境惡劣等諸多問(wèn)題，容易造成安全事故或引發(fā)職業(yè)病。因此，通過(guò)智能化開(kāi)采可以把礦工從艱苦危險(xiǎn)的環(huán)境和高強(qiáng)度體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，實(shí)現(xiàn)“無(wú)人則安、少人則安”，確保礦井安全生產(chǎn)。

(3)解決企業(yè)高效發(fā)展的問(wèn)題。傳統(tǒng)的薄煤層開(kāi)采技術(shù)用人多、效率低、成本高。為此解放思想、超前謀劃、瞄準(zhǔn)智能化無(wú)人開(kāi)采技術(shù)作為主攻方向勢(shì)在必行。從而依靠科技進(jìn)步，實(shí)現(xiàn)煤炭企業(yè)高效綠色發(fā)展。

(4)解決煤炭企業(yè)用人難的問(wèn)題。隨著人們生活水平的提高，從事高危險(xiǎn)、高強(qiáng)度體力勞動(dòng)意愿降低，人們普遍有改善勞動(dòng)強(qiáng)度和勞動(dòng)環(huán)境的強(qiáng)烈需求。同時(shí)，由于社會(huì)對(duì)傳統(tǒng)煤礦的認(rèn)識(shí)，嚴(yán)重影響煤炭企業(yè)用工，招工難度日益增大，倒逼煤炭企業(yè)必須依靠機(jī)械化、自動(dòng)化和智能化來(lái)解決煤炭企業(yè)用人難的問(wèn)題。

2 煤炭智能化開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 智能化開(kāi)采技術(shù)實(shí)踐情況

2014-2015年，黃陵礦業(yè)公司聯(lián)合中煤科工集團(tuán)等科研單位，先后完成了較薄煤層與中厚煤層智能化無(wú)人開(kāi)采技術(shù)的研究與應(yīng)用，目前已形成“一井兩區(qū)兩面智能化開(kāi)采”的生產(chǎn)格局，首創(chuàng)了地面遠(yuǎn)程操控采煤模式，實(shí)現(xiàn)了國(guó)產(chǎn)綜采成套裝備地面采煤的常態(tài)化；2016-2017年，黃陵礦業(yè)公司二號(hào)煤礦開(kāi)展了大采高(厚煤層)智能化綜采技術(shù)研究，重點(diǎn)攻克了煤壁片幫、底軟拉架、頂板破碎、視頻效果差、煤油氣耦合災(zāi)害等技術(shù)難題，實(shí)現(xiàn)了智能化開(kāi)采技術(shù)在厚煤層復(fù)雜地質(zhì)條件下的常態(tài)化應(yīng)用，成果達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平；2018年，黃陵礦業(yè)公司雙龍煤礦和瑞能煤礦智能化開(kāi)采推廣應(yīng)用已全面啟動(dòng)，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)智能化開(kāi)采技術(shù)在較薄煤層、中厚煤層到厚煤層的全覆蓋。黃陵礦業(yè)公司智能化綜采工作面現(xiàn)場(chǎng)圖如圖1所示。

2.2 核心技術(shù)介紹

2.2.1 關(guān)鍵技術(shù)應(yīng)用分析

智能化無(wú)人開(kāi)采技術(shù)是指在傳統(tǒng)綜采技術(shù)基礎(chǔ)上，采用具有感知能力、記憶能力、學(xué)習(xí)能力和決策能力的液壓支架、采煤機(jī)、刮板輸送機(jī)等開(kāi)采裝備，以自動(dòng)化控制系統(tǒng)為核心，以可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控為手段，實(shí)現(xiàn)工作面采煤全過(guò)程“無(wú)人跟機(jī)作業(yè)，有人安全巡視”的安全高效開(kāi)采模式。智能化采煤技術(shù)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程工作面無(wú)人的主要技術(shù)手段，關(guān)鍵在于采用遠(yuǎn)程操控技術(shù)控制采煤工藝的全過(guò)程，從而實(shí)現(xiàn)綜采工作面生產(chǎn)這一隨機(jī)動(dòng)態(tài)過(guò)程的自動(dòng)化操控。

圖1 黃陵礦業(yè)公司智能化綜采工作面現(xiàn)場(chǎng)圖

采煤機(jī)記憶截割技術(shù)是目前實(shí)現(xiàn)綜采工作面采煤機(jī)割煤自動(dòng)化的一種有效手段，并已取得很大進(jìn)展，在采煤機(jī)較短時(shí)段的割煤自動(dòng)化方面取得了較好效果。但是由于綜采工作面生產(chǎn)過(guò)程中地質(zhì)環(huán)境條件等時(shí)空條件的隨機(jī)性、動(dòng)態(tài)性和不確定性，采煤機(jī)在割煤過(guò)程中由于煤體截割阻力變化等因素引起的抖動(dòng)以及工作面底板不平整造成的刮板輸送機(jī)不平直等情況影響，均可能造成作為采煤機(jī)運(yùn)行軌道的刮板輸送機(jī)軌面起伏不平。在常規(guī)綜采工作面采煤機(jī)割煤過(guò)程中，采煤機(jī)司機(jī)需要根據(jù)工作面頂?shù)装鍫顩r和采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)不斷進(jìn)行調(diào)控操作，以實(shí)現(xiàn)工作面的“三直兩平”。當(dāng)前采煤機(jī)記憶截割等自動(dòng)化控制技術(shù)還不具備司機(jī)操控所具有的及時(shí)調(diào)整和適應(yīng)能力，因此，實(shí)際上從采煤工藝過(guò)程控制的角度看，目前的采煤機(jī)記憶截割等自動(dòng)化控制技術(shù)還難以完全滿足綜采工作面采煤機(jī)長(zhǎng)時(shí)間自動(dòng)化割煤的要求。

2.2.2 黃陵礦業(yè)公司智能化開(kāi)采技術(shù)路徑

以往智能化綜采工作面采煤工藝過(guò)程操作是將液壓支架電液控的控制器延伸到監(jiān)控中心來(lái)，實(shí)現(xiàn)基本的單架控制、成組控制以及跟機(jī)控制；綜采工作面生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵設(shè)備——采煤機(jī)的自動(dòng)化操控則主要由記憶截割實(shí)現(xiàn)。從綜采工作面采煤工藝過(guò)程分析可以看出，要實(shí)現(xiàn)綜采工作面智能化采煤工藝過(guò)程的常態(tài)化，其關(guān)鍵是必須要有與采煤工藝這一隨機(jī)動(dòng)態(tài)過(guò)程相適應(yīng)的技術(shù)。黃陵礦業(yè)公司“可視化遠(yuǎn)程干預(yù)型”智能化開(kāi)采技術(shù)，是通過(guò)智能化控制軟件和工作面高速以太環(huán)網(wǎng)將采煤機(jī)控制系統(tǒng)、支架電液控制系統(tǒng)、工作面運(yùn)輸控制系統(tǒng)、三機(jī)控制系統(tǒng)、泵站控制系統(tǒng)及供電系統(tǒng)有機(jī)融合，輔以工作面煤壁和液壓支架高清晰視頻系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)綜合機(jī)械化采煤工作面設(shè)備的協(xié)調(diào)管理與集中控制的。其主要目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)工作面液壓支架電液控制系統(tǒng)跟機(jī)自動(dòng)化與遠(yuǎn)程人工干預(yù)控制、采煤機(jī)記憶截割與遠(yuǎn)程人工干預(yù)控制技術(shù)相結(jié)合的自動(dòng)化采煤工作模式。該系統(tǒng)可以在順槽或地面指揮控制中心對(duì)采煤機(jī)工況和液壓支架工況監(jiān)測(cè)與遠(yuǎn)程集中控制，實(shí)時(shí)監(jiān)控工作面綜采設(shè)備運(yùn)行工況和煤壁及頂?shù)装宓目臻g狀況。當(dāng)設(shè)備運(yùn)行異?；蚬ぷ髅婵臻g形態(tài)異常時(shí)，可以在指揮控制中心通過(guò)遠(yuǎn)程人工干預(yù)手段對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)控，如采煤機(jī)搖臂調(diào)整、液壓支架動(dòng)作調(diào)整等。

需要強(qiáng)調(diào)的是工作面煤壁和支架高清晰視頻系統(tǒng)及高速以太網(wǎng)信息平臺(tái)是實(shí)現(xiàn)人工遠(yuǎn)程調(diào)控工作面采煤機(jī)和液壓支架運(yùn)行的基礎(chǔ)，工作面高效除塵降塵措施也是高清晰視頻系統(tǒng)能夠有效發(fā)揮遠(yuǎn)程“眼睛”作用的保障，這樣在監(jiān)控中心操作臺(tái)通過(guò)視頻系統(tǒng)和有關(guān)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)就可以像人工親臨工作面現(xiàn)場(chǎng)一樣有效操控采煤機(jī)和液壓支架?！翱梢暬h(yuǎn)程干預(yù)型”智能化開(kāi)采控制原理示意圖如圖2所示。

圖2 “可視化遠(yuǎn)程干預(yù)型”智能化開(kāi)采控制原理示意圖

2.2.3 核心技術(shù)介紹

黃陵礦業(yè)公司采用“可視化遠(yuǎn)程干預(yù)型”智能化開(kāi)采技術(shù)路徑，有效避開(kāi)了“煤巖識(shí)別”等世界性難題的束縛，解決了傳統(tǒng)智能化開(kāi)采普遍面臨的技術(shù)難題。其核心技術(shù)為：液壓支架自動(dòng)跟機(jī)+采煤機(jī)記憶截割+可視化遠(yuǎn)程干預(yù)控制。

(1)液壓支架全工作面自動(dòng)跟機(jī)技術(shù)。自動(dòng)跟機(jī)技術(shù)是指綜采工作面液壓支架以采煤機(jī)位置及運(yùn)行方向?yàn)楦鶕?jù)，通過(guò)電液控技術(shù)跟隨采煤機(jī)完成工作面自動(dòng)移架、自動(dòng)推刮板輸送機(jī)、自動(dòng)噴霧、“三機(jī)”聯(lián)動(dòng)等成組或單架控制功能。

(2)采煤機(jī)全工作面記憶截割技術(shù)。記憶截割技術(shù)是指采煤機(jī)在示教過(guò)程中，實(shí)時(shí)采集工作面相應(yīng)位置上的采高、傾角、俯仰角、速度和方向等信息，并以5 cm為間隔做一一映射，同時(shí)將映射數(shù)據(jù)發(fā)送到控制器的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)區(qū)，并生成截割曲線模型；完成一個(gè)循環(huán)后切換到自動(dòng)運(yùn)行模式，采煤機(jī)

以控制器存儲(chǔ)的曲線模型為依據(jù)進(jìn)行自動(dòng)導(dǎo)航、自動(dòng)截割、自動(dòng)清浮煤、自動(dòng)斜切進(jìn)刀等工藝流程，即“信息采集→數(shù)據(jù)存儲(chǔ)→建立曲線模型→復(fù)制割煤”4個(gè)主要流程。

(3)可視化遠(yuǎn)程干預(yù)控制技術(shù)。在高清晰無(wú)盲區(qū)視頻監(jiān)控系統(tǒng)和智能監(jiān)控系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)人工操作遠(yuǎn)程控制臺(tái)來(lái)實(shí)現(xiàn)工作面設(shè)備的實(shí)時(shí)干預(yù)調(diào)整。采煤機(jī)遠(yuǎn)程干預(yù)控制為：當(dāng)工作面出現(xiàn)條件變化時(shí)，可通過(guò)人工干預(yù)調(diào)整采煤機(jī)左右滾筒截割高度，在干預(yù)的同時(shí)對(duì)曲線模型進(jìn)行修正。液壓支架遠(yuǎn)程干預(yù)控制為：當(dāng)工作面液壓支架在自動(dòng)跟機(jī)作業(yè)時(shí)出現(xiàn)丟架或動(dòng)作執(zhí)行不到位時(shí)，遠(yuǎn)程干預(yù)控制液壓支架的升柱、降柱、抬底、推溜等動(dòng)作。

2.3 實(shí)施效果

2.3.1 減員效果明顯

黃陵礦業(yè)公司實(shí)施智能化無(wú)人開(kāi)采技術(shù)后，工作面減員效果顯著，其中一號(hào)煤礦較薄及中厚煤層智能化工作面與傳統(tǒng)開(kāi)采相比，生產(chǎn)期間工作區(qū)域由原來(lái)的9人聯(lián)合操作減至1人安全巡視，超前支護(hù)區(qū)域由原來(lái)的8人單體支護(hù)減至4人遙控操作，單班作業(yè)人數(shù)由原來(lái)的19人減至7人，每個(gè)生產(chǎn)班可減少12人，每天減少24人，每年可節(jié)約人工成本約800萬(wàn)元/面；二號(hào)煤礦大采高智能化開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用后，單班作業(yè)人數(shù)由原來(lái)的20人減至9人，每個(gè)生產(chǎn)小班將節(jié)省11人，每日將節(jié)省人工22人，每年可節(jié)約人工總費(fèi)用700萬(wàn)元/面。黃陵礦業(yè)公司智能化工作面減員對(duì)比見(jiàn)表1。

表1 黃陵礦業(yè)公司智能化工作面減員對(duì)比

2.3.2 生產(chǎn)效率提升

智能化綜采的生產(chǎn)過(guò)程主要以設(shè)備自主感知運(yùn)行和智能控制為主，減少了人工作業(yè)和多工種之間的交叉作業(yè)，降低了職工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了生產(chǎn)效率。其中，1.4～2.2 m煤層智能化工作面生產(chǎn)能力達(dá)到17萬(wàn)t/月，回采工效由79 t/工提升至133 t/工；1.5～2.8 m煤層智能化工作面生產(chǎn)能力達(dá)到23萬(wàn)t/月，回采工效由117 t/工提升至149 t/工；大采高智能化工作面生產(chǎn)能力達(dá)到50萬(wàn)t/月，回采工效由136 t/工提升至216 t/工，生產(chǎn)效率提升平均達(dá)到15%以上。

2.3.3 安全生產(chǎn)保障能力提高

在地面或井下巷道遠(yuǎn)程操控作業(yè)可以將礦工從艱苦危險(xiǎn)的環(huán)境中解放出來(lái)，從高強(qiáng)度體力勞動(dòng)中解放出來(lái)，保護(hù)了從業(yè)人員的安全健康，提高了煤礦工人的素質(zhì)，體現(xiàn)了“以人為本、安全發(fā)展”理念。工作面實(shí)現(xiàn)了無(wú)人跟機(jī)作業(yè)，現(xiàn)場(chǎng)1人巡檢，實(shí)現(xiàn)了“少人則安、無(wú)人則安”。同時(shí)，隨著裝備技術(shù)和監(jiān)測(cè)監(jiān)控系統(tǒng)的升級(jí)以及管理水平和員工素質(zhì)的提升，礦井安全可靠性進(jìn)一步增強(qiáng)。

3 智能化開(kāi)采技術(shù)發(fā)展的思考

據(jù)了解，目前全國(guó)已經(jīng)建成145個(gè)智能化采煤工作面，但實(shí)現(xiàn)智能化無(wú)人綜采技術(shù)常態(tài)化應(yīng)用的礦井并不多，其根本原因是目前智能化開(kāi)采技術(shù)尚處于起步階段，在技術(shù)、工藝和管理上還存在許多未解的難題，制約了智能化無(wú)人開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。因此，應(yīng)亟需開(kāi)展裝備可靠性、系統(tǒng)穩(wěn)定性和先進(jìn)實(shí)用技術(shù)等研究，不斷推動(dòng)煤炭智能化開(kāi)采技術(shù)向高級(jí)階段邁進(jìn)。

3.1 智能化開(kāi)采技術(shù)適應(yīng)性條件分析

3.1.1 地質(zhì)條件

智能化開(kāi)采技術(shù)對(duì)地質(zhì)、煤層條件有一定要求。以成功應(yīng)用的黃陵礦業(yè)公司一號(hào)煤礦1001工作面為例，該工作面煤層較為平緩，煤層傾角為0～5°，煤層厚度為1.4～2.2 m，硬度系數(shù)為3左右，頂、底板為泥質(zhì)砂巖且較穩(wěn)定平整，采面長(zhǎng)度為235 m，走向長(zhǎng)度為2271 m，這些條件為實(shí)施智能化無(wú)人開(kāi)采提供了地質(zhì)保障。

3.1.2 系統(tǒng)配套

智能化開(kāi)采技術(shù)離不開(kāi)機(jī)械化、自動(dòng)化、信息化等高新技術(shù)和裝備的支撐。2009年以來(lái)，黃陵礦業(yè)公司始終堅(jiān)持科技創(chuàng)新驅(qū)動(dòng)發(fā)展，加強(qiáng)數(shù)字化礦井建設(shè)，先后完成了礦井萬(wàn)兆環(huán)網(wǎng)改造和主系統(tǒng)自動(dòng)化升級(jí)改造，實(shí)現(xiàn)了井下供電、供排水、主通風(fēng)等生產(chǎn)系統(tǒng)地面集中控制和井下無(wú)人值守，為智能化開(kāi)采技術(shù)實(shí)踐奠定了基礎(chǔ)。

3.1.3 災(zāi)害治理

安全生產(chǎn)是智能化開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用的前提。黃陵礦業(yè)公司針對(duì)礦井水、火、瓦斯、煤塵、頂板等諸多災(zāi)害，樹(shù)立了“安全至高無(wú)上”的理念，狠抓災(zāi)害超前治理，實(shí)施科技興安戰(zhàn)略，扎實(shí)推進(jìn)了災(zāi)害防治技術(shù)研究，夯實(shí)了安全生產(chǎn)基礎(chǔ)。

3.2 智能化開(kāi)采技術(shù)未來(lái)研究重點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)

3.2.1 裝備免維護(hù)研究

目前，國(guó)產(chǎn)煤炭智能化開(kāi)采裝備在使用過(guò)程中仍存在諸多問(wèn)題。首先，國(guó)產(chǎn)裝備在材質(zhì)和制造工藝等方面與進(jìn)口裝備相比存在較大差距，機(jī)械可靠性較差、設(shè)備故障較多、日常維護(hù)量較大、檢修人員較多；其次，配套使用的高精度傳感器時(shí)常會(huì)出現(xiàn)采煤機(jī)采高數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)不穩(wěn)、液壓支架立柱壓力及推移行程不準(zhǔn)等現(xiàn)象。這些問(wèn)題直接影響智能化綜采設(shè)備智能運(yùn)行和遠(yuǎn)程干預(yù)控制的精準(zhǔn)性。因此，需加大智能化裝備免維護(hù)研究，為智能化控制系統(tǒng)可靠運(yùn)行提供裝備保障。

3.2.2 系統(tǒng)穩(wěn)定性研究

智能化綜采控制系統(tǒng)是多個(gè)系統(tǒng)的耦合，各系統(tǒng)內(nèi)大量運(yùn)行數(shù)據(jù)交互使用率較高，一個(gè)潛在的不確定因素即可導(dǎo)致智能控制系統(tǒng)決策進(jìn)程執(zhí)行不到位。目前開(kāi)發(fā)應(yīng)用的智能化綜采控制系統(tǒng)偶爾仍會(huì)出現(xiàn)通訊狀態(tài)不穩(wěn)、控制命令發(fā)送丟失、視頻卡頓及瞬間黑屏等現(xiàn)象，因此必須不斷采用新技術(shù)、新算法，以逐步提高系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)能力和穩(wěn)定性。

3.2.3 先進(jìn)實(shí)用技術(shù)研究

“可視化遠(yuǎn)程干預(yù)型”智能化開(kāi)采技術(shù)尚處于智能化初級(jí)階段，雖然有效解決了井下采煤工作面用人較多和勞動(dòng)強(qiáng)度較大等問(wèn)題，但也存在著智能感知和決策水平較低、遠(yuǎn)程干預(yù)控制頻繁、記憶截割應(yīng)用率低等問(wèn)題。因此，必須加大制約智能化開(kāi)采技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵難題科研攻關(guān)，才能實(shí)現(xiàn)煤炭開(kāi)采技術(shù)向高級(jí)的人工智能階段邁進(jìn)。

(1)基于地理地質(zhì)信息系統(tǒng)的智能化開(kāi)采技術(shù)研究。避開(kāi)“煤巖識(shí)別”和機(jī)器人采煤作業(yè)等技術(shù)難題的束縛，實(shí)施基于地理地質(zhì)信息的“透明工作面”智能化開(kāi)采技術(shù)，應(yīng)該是實(shí)現(xiàn)煤炭智能精準(zhǔn)開(kāi)采的另一有效途徑。通過(guò)地測(cè)、物探和其他地理信息的手段，可提前建立待采工作面三維模型，再利用慣性導(dǎo)航精準(zhǔn)定位技術(shù)，將采煤設(shè)備精準(zhǔn)定位至三維模型中具體的每一個(gè)點(diǎn)，這樣就能實(shí)現(xiàn)當(dāng)前煤層條件下的智能精準(zhǔn)采煤。該技術(shù)將有效適用于煤層賦存變化相對(duì)較大及地質(zhì)條件相對(duì)復(fù)雜的礦井。

(2)大數(shù)據(jù)分析決策技術(shù)和高效監(jiān)控平臺(tái)研究。智能化開(kāi)采控制系統(tǒng)中各單機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)分散，相互融合應(yīng)用率較低，精度也不高，且并未對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析判斷，易出現(xiàn)數(shù)據(jù)誤差較大，無(wú)法有效指導(dǎo)精準(zhǔn)操控，因此需要開(kāi)展大數(shù)據(jù)分析決策技術(shù)研究。該技術(shù)能夠?qū)崿F(xiàn)各單機(jī)系統(tǒng)海量數(shù)據(jù)的深度融合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)糾偏和修正，并對(duì)歷史數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，提前給出采煤機(jī)割煤曲線和決策控制信息，指導(dǎo)采煤機(jī)和液壓支架進(jìn)行精準(zhǔn)控制。同時(shí)還需加強(qiáng)智能開(kāi)采高效監(jiān)控平臺(tái)研究。目前在用的智能化監(jiān)控計(jì)算機(jī)經(jīng)過(guò)防爆處理后，性能大大降低，嚴(yán)重影響智能化開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用效果，亟需建立高效快速的智能化監(jiān)控平臺(tái)，全面提升智能化監(jiān)控平臺(tái)軟硬件水平，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)高速分析處理，保障智能控制的實(shí)時(shí)性和準(zhǔn)確性。

(3)系統(tǒng)自適應(yīng)和故障自診斷技術(shù)研究。目前，智能化開(kāi)采技術(shù)在智能感知和自主決策等核心系統(tǒng)技術(shù)水平較低，無(wú)法在采煤過(guò)程中根據(jù)工作面地質(zhì)變化情況完成裝備自適應(yīng)調(diào)整，需在智能探測(cè)、智能分析和智能控制技術(shù)研究等方面進(jìn)一步探索，提升設(shè)備的智能感知、自主適應(yīng)和智能控制的能力。尤其在煤巖識(shí)別技術(shù)探索方面要發(fā)散思維和開(kāi)拓創(chuàng)新，通過(guò)多種技術(shù)的融合和分析比對(duì)來(lái)實(shí)現(xiàn)煤巖界面的快速精準(zhǔn)分辨。同時(shí)還需加強(qiáng)對(duì)智能化開(kāi)采裝備的故障自診斷技術(shù)研究，通過(guò)分析故障類別、故障點(diǎn)、故障時(shí)間以及運(yùn)行周期等因素，不斷完善設(shè)備和系統(tǒng)的故障自診斷功能，達(dá)到自動(dòng)分析、自動(dòng)判斷與指導(dǎo)處理的目的。

(4)工作面復(fù)雜環(huán)境條件與智能化采煤的耦合應(yīng)用研究。采煤工作面環(huán)境復(fù)雜且多變，時(shí)刻影響著采煤作業(yè)的安全。因此，為了全過(guò)程保障智能化開(kāi)采的安全，就必須將工作面復(fù)雜的環(huán)境條件與智能化采煤技術(shù)進(jìn)行深度耦合，從而實(shí)現(xiàn)人機(jī)的安全協(xié)調(diào)運(yùn)行。重點(diǎn)研究?jī)?nèi)容包括：一是研究瓦斯和油型氣濃度與采煤機(jī)截割速度聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)，清除智能開(kāi)采過(guò)程中的瓦斯爆炸隱患；二是研究涌水量與采煤機(jī)聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)，清除智能開(kāi)采過(guò)程中的水害隱患；三是研究CO濃度與采煤機(jī)聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)，清除智能開(kāi)采過(guò)程中的火災(zāi)隱患；四是研究煤塵濃度與采煤機(jī)聯(lián)動(dòng)控制技術(shù)研究，清除智能開(kāi)采過(guò)程中的煤塵爆炸隱患。

4 結(jié)語(yǔ)

智能化無(wú)人開(kāi)采是煤炭工業(yè)發(fā)展的重要方向。我國(guó)目前的智能化開(kāi)采技術(shù)僅僅是一個(gè)起步，距真正的智能化無(wú)人開(kāi)采還有較大的距離。因此，還需要產(chǎn)、學(xué)、研、用相結(jié)合，共同努力，攻克各種難關(guān)，才能更好地推動(dòng)井下智能化無(wú)人采煤技術(shù)的發(fā)展。下一步黃陵礦業(yè)公司將對(duì)現(xiàn)有智能化開(kāi)采技術(shù)和裝備進(jìn)行全面升級(jí)，不斷提升礦井智能化水平；同時(shí)，加快智能化快速掘進(jìn)技術(shù)研究與探索。目的是進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)礦井生產(chǎn)由“少人化”向“無(wú)人化”轉(zhuǎn)型，主供電、主排水、主通風(fēng)等生產(chǎn)輔助系統(tǒng)由“無(wú)人值守、有人巡視”向“既無(wú)人值守又無(wú)人巡視”轉(zhuǎn)變，建成“兩智三無(wú)”(智能化采煤、智能化掘進(jìn)，無(wú)巷道、無(wú)煤柱和工作面無(wú)人開(kāi)采)聯(lián)合開(kāi)采的智慧礦區(qū)。