王偉

摘要：我國作為能源大國，擁有豐富的資源儲量。近些年，國家從資金和政策上給予了煤炭技術裝備領域大力支持，煤炭智能化技術獲得良好發(fā)展，不論是自動化程度，還是機械化程度均得到了顯著提升，確保了煤炭安全。大部分煤礦企業(yè)的產(chǎn)量破億，同時實現(xiàn)了零死亡的目標。但通過對我國現(xiàn)階段的煤礦開采智能化進行分析能夠看出，其還具有很大的上升空間。井工開采為我國煤炭開采主要采用的方式，而由于我國具有十分復雜的地質結構，初級的智能技術難以滿足現(xiàn)實需求，并未從根本上確保煤炭的安全性，很容易出現(xiàn)各種事故，如冒水事故、頂板事故等。所以，為保障我國在煤炭開采方面的安全，就應對智能技術展開深入研究，并對其做出不斷改進。

關鍵詞：煤礦;智能化開采技術;研究現(xiàn)狀;展望

煤礦智能化開采現(xiàn)狀及發(fā)展，從當前開采工藝以及整個開采過程分析，我國的煤礦開采技術正向著智能化方向持續(xù)、穩(wěn)步的發(fā)展。開采過程中可將機械設備與智能化信息計算技術，以及傳統(tǒng)的開采工藝相結合，在確保生產(chǎn)安全的前提下，逐步降低生產(chǎn)成本，更好的改善開采環(huán)境，實現(xiàn)提高開采效率的目的。伴隨著我國科學技術的進步，相信在采礦中必然會有更大的改進，最終建立工業(yè)發(fā)展與自然環(huán)境保護相協(xié)調的生態(tài)保護機制。在未來，我國的采礦業(yè)會向著高端智能、自動化程度高的方向發(fā)展。

1 智能化技術在煤礦發(fā)展中的應用價值

智能化技術產(chǎn)生于20世紀50年代，我國的智能化技術發(fā)展起步較晚，和國外發(fā)達國家相比，還有較大的發(fā)展空間。通過實際資料分析發(fā)現(xiàn)智能化技術主要是通過計算機對人類大腦的一些工作進行模仿，自主化的對信息進行判斷和篩分，自行作出決定。如何在煤礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中縮短與國外發(fā)達國家的差距是當前工作人員需要重點考慮的問題，通過相關資料分析發(fā)現(xiàn)，智能技術在各個領域都取得了關鍵性的應用，比如說生物科技領域、電子信息領域和電子產(chǎn)業(yè)領域，智能技術的快速發(fā)展也表明我國的技術水平逐步提升。然而，如何進一步的對智能技術進行實踐應用，逐步成為人們重點關注的問題。智能化的發(fā)展在現(xiàn)階段依然有一定的局限性，科學人員需要重視加強創(chuàng)新研究理論分析，為我國的科研發(fā)展提供助力。

煤礦是當前世界上較為常用的一種主要能源物質，在開采過程中，各種問題的產(chǎn)生導致煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展受到了一定的阻礙和影響，我國經(jīng)濟逐步發(fā)展也帶動了科技水平的發(fā)展。智能化技術的出現(xiàn)轉變了人們的生活，也為煤礦資源的開采提供了新方向。合理的對智能化開采技術進行應用，可以讓煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展進度提升，是當前我國煤礦產(chǎn)業(yè)發(fā)展過程中需要重點關注的問題。

2 我國煤礦智能化開采的現(xiàn)狀

我國的煤礦開采方式主要經(jīng)歷了四個階段，即人力、炮采、普采、綜采?，F(xiàn)階段，我國加大了技術創(chuàng)新和科技創(chuàng)新力度，在煤礦智能化開采的示范工程、重大裝備、關鍵技術、基礎理論等方面獲得了顯著發(fā)展，快速發(fā)展的高新技術，從技術上保障了煤礦智能化開采的實現(xiàn)。借助采礦自動化網(wǎng)絡，密切聯(lián)系地面和井下工作面，在井下的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)中集成工作面負責對畫面集成以及各種設備信息進行監(jiān)視。接著通過連接井上及井下的環(huán)網(wǎng)，向地面的控制系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)，最終成功實現(xiàn)“智能+遠程干預”的智能化開采，并將各種技術利用起來（遠程干預、視頻監(jiān)控和記憶切割），達到“無人操作，有人巡視”的目的。

在濟寧二號煤礦，兗州煤業(yè)股份有限公司已將自主研發(fā)成功實現(xiàn)，而這主要得益于對薄煤層綜采自動化系統(tǒng)的采用，機械型號為MG2X125/556-WD型。在黃陵一號煤礦，陜煤集團黃陵礦業(yè)有限責任公司所研發(fā)的工程示范和智能化綜采系統(tǒng)，榮獲2016年中國工業(yè)大獎，此舉使煤炭無人開采技術得到了顯著發(fā)展。大同煤礦集團塔山煤礦通過研發(fā)厚煤層大采高綜放成套技術與裝備，大大提高了綜放開采高度，即從過去的14m上升到了20m。天地科技公司和兗州煤業(yè)在國內外第一次對8.2m綜采成套技術以及智能化控制系統(tǒng)進行研發(fā)，同時在金雞灘煤礦中運用，工作面月產(chǎn)超過了150萬t，在國際上位居前列。在榆家梁煤礦44305工作面，神東煤炭集團借助自動化綜采成套技術（遠程干預、視頻監(jiān)控、支架聯(lián)動跟機、采煤機記憶切割），將我國首個自動化綜采工作面建立了起來。

3 現(xiàn)代智能化開采技術

3.1 智能化開采控制系統(tǒng)

智能化開采控制系統(tǒng)的性能優(yōu)劣直接影響各智能化技術應用的實效性，且直接反映智能化開采技術發(fā)展水平。現(xiàn)階段我國煤礦智能化開采控制系統(tǒng)已滲透到開采各個領域，主要包括總調度指揮中心、礦井自動化網(wǎng)絡、礦調度指揮中心、工作面集控中心及供液、供電等系統(tǒng)。其中供液系統(tǒng)方面主要包括乳化液泵站、乳化液濃度自動配比裝置、噴霧泵站、進回液自動過濾裝置等，其智能化控制涉及照明、語音、閉鎖、液壓支架、電控接入器、無線網(wǎng)絡等。供電系統(tǒng)方面主要包括采煤機、噴霧泵站、乳化液泵站、帶式輸送機、轉載機、刮板輸送機等，其運行情況均由工作面集控中心反饋到井上，再經(jīng)礦調度指揮中心和總調度指揮中心控制系統(tǒng)工作。現(xiàn)有的智能化開采控制系統(tǒng)涉及煤礦開采實際需求的各個領域，且系統(tǒng)發(fā)展越來越全面，精細化控制水平越來越高，為智能化開采系統(tǒng)的發(fā)展奠定了完善的信息傳輸基礎。

3.2 無人采煤技術

無人采煤技術即在采煤工作面沒有人力資源投入，通過采煤設備對工作面獲取的數(shù)據(jù)信息進行分析后實行自動化控制，結合遠程干預，實現(xiàn)“無人作業(yè)、有人巡視”的智能化生產(chǎn)模式?，F(xiàn)有的無人采煤設備在工作過程中能夠從多層面、多方位進行感知，通過現(xiàn)場安設的視頻傳感器、測高傳感器、位置傳感器、仰俯角傳感器、壓力傳感器、LASK糾偏系統(tǒng)等聯(lián)合調控，實現(xiàn)各種采集信息高速交互，進而達到高速協(xié)同控制采煤設備的目的。此外，采煤機搭載智能化記憶截割程序，在采煤過程中實現(xiàn)自動運行截割;液壓支架可實現(xiàn)自動伸收護幫板、自動拉架、自動推移刮板輸送機，滿足無人開采實際需求。

3.3 井下虛擬現(xiàn)實技術

煤礦智能化開采技術通過應用智能化設備進行遠程控制與干預，需借助井下虛擬現(xiàn)實技術來實現(xiàn)。在采煤工作面應用智能監(jiān)控和信息感應設備采集視頻與數(shù)據(jù)信息，基于虛擬現(xiàn)實技術建立三維采礦環(huán)境，進而模擬智能化采煤工藝。遠程干預人員基于工藝模擬結果，對采煤設備在實際運行環(huán)境下的狀態(tài)進行分析，達到遠程干預目的。在實際應用過程中，基于虛擬現(xiàn)實技術能夠提供自主運行模式和飛行模式。在自主運行模式下，遠程干預人員可通過鼠標和鍵盤對實際運行的采煤設備進行遠程操控;在飛行模式下，通過對視頻監(jiān)控設備進行調節(jié)，達到對整個采煤工作面監(jiān)控的目的。

3.4 遠程操控

遠程操控是煤礦智能化開采的重要技術之一。遠程操控技術在實際應用時以采煤機記憶截割為主要運行模式，人工遠程干預為輔助模式，以各項操作始終遵循智能設備的自動化控制為主要目的，人的遠程干預為輔助作用，使自動化控制與人工遠程干預有效配合，共同完成現(xiàn)階段的煤礦智能化開采。遠程操控技術還體現(xiàn)在智能化開采設備在運行狀態(tài)下的集成效果，通過對各項信息技術及機械設備的集成控制，徹底轉變了傳統(tǒng)的單一機械設備控制方式，實現(xiàn)了煤礦開采系統(tǒng)相關設備的智能化控制，同時各設備相互輔助、互相依存、協(xié)調配合，取得良好效果。

4 煤礦智能化開采技術展望

在煤炭智能化階段，我國擬達到的目標是：截至2010 年，初級智能示范煤礦數(shù)量滿一百個。到2025 年，智能化覆蓋所有大型煤礦。機械智能是礦山綜合開采技術中一大重大發(fā)展，對煤礦綠色開采目標的實現(xiàn)以及煤礦工業(yè)的良好發(fā)展極為有利。同時，要加大對諸多專業(yè)人才的引進力度，和時代發(fā)展保持同步，促進產(chǎn)業(yè)升級速度加快。

4.1 智能探測技術

（1）應進一步提升對煤巖類別的自動識別水平。在煤礦智能化開采技術發(fā)展過程中，煤巖自動識別一直是工作面自動截割的關鍵技術難題。時域光譜技術作為一種有效的探測方法，可用于煤巖自動識別。該技術借助飛秒脈沖，通過時間分辨相應的電場，采用傅里葉變換獲得被測物的光譜信息，通過分析光譜信息的相關特征，實現(xiàn)對被測區(qū)域結構物性的鑒定，應用于煤巖自動識別可取得良好效果。

（2）發(fā)展超前探測技術。為了使智能化開采設備在工作過程中更安全、穩(wěn)定，需盡早獲得采場相關數(shù)據(jù)并進行智能分析，根據(jù)分析結果采取最優(yōu)工作模式。通過超前探測技術預先對工作面環(huán)境狀況進行探測和分析，獲取更加準確的與物理特性、適用范圍、工作進度等相關的數(shù)據(jù)，并基于對這些數(shù)據(jù)的分析指導智能開采設備實際應用，可提高智能開采設備的使用效率。如采用超前探測成像技術對工作面環(huán)境進行探測，與常規(guī)的可見光拍攝技術相比，能夠更準確地獲取煤層內部信息，更早地發(fā)現(xiàn)煤層侵蝕情況，有利于及時有效地控制智能化開采設備有針對性地應對開采環(huán)境變化。

4.2 智能導航技術

在煤礦智能化開采技術發(fā)展過程中，采用智能導航技術有利于開采設備與施工人員更準確地進行開采定位，同時有利于井上下調度指揮中心更準確地對人員和設備進行定位，從而全面提升監(jiān)測水平，實現(xiàn)更科學有效的智能開采設備應用管理。智能導航技術借助計算機網(wǎng)絡、光電、導航技術實現(xiàn)定位，應用于智能化開采設備時，可結合設備姿態(tài)、安全感知及控制情況進行全方面定位，相應的定位數(shù)據(jù)更有利于遠程操控人員精確控制設備工作。未來智能導航技術在煤礦智能化開采中的應用將從光纖慣性導航、三維雷達2個方面發(fā)展。

光纖慣性導航是一種常用的自主式導航方式，實際應用時不需要光電磁等外界因素，僅借助載體設備的橫向位置、姿態(tài)、速度等參數(shù)即可獲得準確的導航位置?，F(xiàn)階段慣性導航技術已廣泛應用于航天、航空、航海領域，國外已用于煤礦智能化開采系統(tǒng)中，我國應研究將該技術用于煤礦智能化開采領域，使開采設備實現(xiàn)自主導航。

雷達技術已廣泛應用于移動設備，以及時探測設備位置，在防碰撞系統(tǒng)中發(fā)揮顯著作用。在智能開采設備上安裝雷達系統(tǒng)，能夠通過雷達發(fā)出碰撞信號，有利于保障開采設備運行的穩(wěn)定性和安全性，顯著提高遠程干預的準確性和科學性。傳統(tǒng)雷達技術在應用中是二維的，在平面范圍內測定碰撞距離，將其應用于煤礦智能化開采中應進一步建立三維雷達系統(tǒng)，實現(xiàn)智能開采設備實際工作領域三維平面的防碰撞功能。

4.3 5G互聯(lián)技術

在煤礦開采技術發(fā)展過程中，移動通信技術屬于核心領域，從1G到4G發(fā)揮了顯著作用?，F(xiàn)階段我國已進入5G萬物互聯(lián)技術時代，將5G技術應用于煤礦智能化開采領域，能夠進一步提高煤礦智能化水平。一方面，基于5G技術可使云計算、大數(shù)據(jù)、人工智能等技術在煤礦開采領域得到更廣泛應用。另一方面，基于5G技術生態(tài)，可使煤礦智能化開采技術不斷發(fā)展成熟，在無人采煤機領域將由傳統(tǒng)的簡單語音通話發(fā)展為多元數(shù)據(jù)融合，智能設備的自主探測能力不斷提升，定位系統(tǒng)更加精確，信息傳輸效率不斷提高，使智能開采技術基于萬物互聯(lián)達到系統(tǒng)化控制與管理，全面提升智能控制水平與質量。

5 結語

智能化技術的逐步發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)、人工智能、大數(shù)據(jù)等技術的有效應用，煤礦開采技術得到了有效的提升，也開始向精細化的方向發(fā)展。然而在實際進行創(chuàng)新和發(fā)展過程中，往往不可避免會出現(xiàn)一定的問題，需要注意加強細節(jié)的控制，綜合化對煤礦智能化開采的現(xiàn)狀進行分析，并且采取針對性的措施對現(xiàn)有的問題進行處理，提升煤礦智能化發(fā)展的水平。

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