探究煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)

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摘要：近年來(lái)，隨著中國(guó)智能煤礦建設(shè)的不斷加快，人們對(duì)煤礦智能化系統(tǒng)也進(jìn)行了深入研究，并且已將智能化開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用到煤礦生產(chǎn)中。基于此，從煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)概述、煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)展望方面進(jìn)行了探討，希望讓各行業(yè)人員充分認(rèn)識(shí)到智能科技和煤礦資源開(kāi)發(fā)利用的協(xié)同重要性，盡快實(shí)現(xiàn)煤炭行業(yè)智能化綠色轉(zhuǎn)型升級(jí)，推動(dòng)中國(guó)煤礦智能化、高質(zhì)量發(fā)展。

關(guān)鍵詞：煤炭行業(yè)；煤礦生產(chǎn)；智能化開(kāi)采技術(shù)

盡管煤炭在中國(guó)能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)中的比例持續(xù)下降，但煤炭在中國(guó)依然占據(jù)舉足輕重的地位，其消費(fèi)量占能源消費(fèi)總量的60%左右。可見(jiàn)，煤炭仍是保障中國(guó)能源供應(yīng)安全和推動(dòng)國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要基石。然而，煤炭的過(guò)度開(kāi)發(fā)利用必然會(huì)對(duì)環(huán)境造成破壞，這不利于中國(guó)的綠色發(fā)展。只有將現(xiàn)代信息技術(shù)與煤炭行業(yè)深度融合，才能實(shí)現(xiàn)煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)和高質(zhì)量發(fā)展。近10年來(lái)，經(jīng)過(guò)中國(guó)科學(xué)技術(shù)人才的不斷努力，中國(guó)煤炭行業(yè)在智能化采礦技術(shù)的創(chuàng)新研發(fā)方面取得了多項(xiàng)關(guān)鍵突破，建成了采礦裝備現(xiàn)代智能、綠色、安全、清潔、高效的現(xiàn)代煤礦，為中國(guó)煤炭行業(yè)轉(zhuǎn)型和高質(zhì)量發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。此外，隨著中國(guó)煤礦智能化建設(shè)進(jìn)程的不斷加快，煤礦智能化程度的不斷提高，煤礦智能化建設(shè)已成為煤礦審批的基本條件、建設(shè)運(yùn)營(yíng)的基本要求、安全監(jiān)管的重要指標(biāo)。雖然智能化開(kāi)采技術(shù)為煤礦生產(chǎn)減少了人員浪費(fèi)并且提高了生產(chǎn)效率，但是它也給礦山安全帶來(lái)了許多層面的新的安全風(fēng)險(xiǎn)和技術(shù)挑戰(zhàn)。基于此，本文從煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)概述、現(xiàn)狀以及趨勢(shì)展望三方面，簡(jiǎn)要探討了中國(guó)煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)的研究現(xiàn)狀，希望能為煤礦智能化建設(shè)發(fā)展提供一些借鑒。

1煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)概述

1.1智能化開(kāi)采的重要性隨著時(shí)代的發(fā)展和進(jìn)步，現(xiàn)代信息技術(shù)的迅速發(fā)展已經(jīng)改變了許多傳統(tǒng)行業(yè)，加快了采礦行業(yè)生產(chǎn)方式向低強(qiáng)度生產(chǎn)方式的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，中國(guó)的煤礦開(kāi)采技術(shù)也從最初的人采、炮采、普采，發(fā)展到如今的智能化開(kāi)采[1]。智能化開(kāi)采結(jié)合機(jī)械化、信息化技術(shù)，通過(guò)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)對(duì)煤礦設(shè)備進(jìn)行操控和發(fā)送指令，實(shí)現(xiàn)開(kāi)采任務(wù)的合理分配[2]。智能化開(kāi)采技術(shù)與煤礦生產(chǎn)的深入融合，實(shí)現(xiàn)了礦山地質(zhì)保護(hù)以及煤礦開(kāi)采、生產(chǎn)、經(jīng)營(yíng)管理的全過(guò)程高效、智能化運(yùn)行。圖1為中國(guó)現(xiàn)階段的智能化開(kāi)采結(jié)構(gòu)圖。發(fā)展智能化煤礦的根本目標(biāo)是增強(qiáng)安全性、提高效率、提高資源回收率，從而實(shí)現(xiàn)煤礦高質(zhì)量發(fā)展。智能化開(kāi)采的優(yōu)勢(shì)具體表現(xiàn)在以下三方面：1)能有效提高煤礦經(jīng)濟(jì)收益。提升煤礦生產(chǎn)效率的主要方式之一就是改變?cè)械牟删蚣夹g(shù)，采用新型的采掘技術(shù)以減少人員浪費(fèi)，提高煤礦生產(chǎn)質(zhì)量和收益。智能化開(kāi)采技術(shù)最為顯著的優(yōu)點(diǎn)就是降低了人工成本，在保證煤炭生產(chǎn)保質(zhì)保量完成的同時(shí)還能減少安全事故的發(fā)生，提高了人員工作環(huán)境的安全性，進(jìn)而推動(dòng)煤炭行業(yè)的安全發(fā)展。2)提高煤礦開(kāi)采率。智能化開(kāi)采技術(shù)應(yīng)用新的開(kāi)采技術(shù)代替原有傳統(tǒng)落后的挖掘工藝，提升煤礦采掘技術(shù)，進(jìn)而提高開(kāi)采的質(zhì)量和效率。3)保障工作人員的安全。安全生產(chǎn)永遠(yuǎn)都是企業(yè)發(fā)展的重要基礎(chǔ)。煤礦開(kāi)采過(guò)程可能因?yàn)橐恍┩獠坑绊懚l(fā)生安全事故，這嚴(yán)重威脅到工作人員的生命安全。因此，煤礦生產(chǎn)必須盡可能采用智能化開(kāi)采技術(shù)避免事故的發(fā)生，保障工作人員的生命安全。

1.2智能化開(kāi)采存在的問(wèn)題

智能化開(kāi)采的目標(biāo)就是要基本實(shí)現(xiàn)工作面無(wú)人化以及巷道集中控制管理[3]。雖然中國(guó)在煤礦智能化開(kāi)采建設(shè)方面已經(jīng)獲得了初步發(fā)展，但是仍然存在核心技術(shù)問(wèn)題需要解決，主要包括以下幾方面：1)通信平臺(tái)沒(méi)有實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一。之前的通信平臺(tái)一般只能上傳一些數(shù)據(jù)量很大的信息，且沒(méi)有一定的標(biāo)準(zhǔn)，因此很難實(shí)現(xiàn)運(yùn)營(yíng)設(shè)備和監(jiān)控設(shè)施的24h無(wú)縫對(duì)接，各個(gè)系統(tǒng)平臺(tái)的信息也無(wú)法實(shí)時(shí)共享。2)設(shè)備還有待提升。煤礦智能化開(kāi)采最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)就是保障設(shè)備運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性。通常情況下，煤礦地下環(huán)境惡劣，必然會(huì)影響到攝像系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)等煤礦設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。因此，解析設(shè)備部件的故障原因，提高煤礦設(shè)備的穩(wěn)定性，是智能化開(kāi)采技術(shù)需要攻克的難題之一。3)工作面運(yùn)輸機(jī)存在上竄下滑現(xiàn)象。因?yàn)榈刭|(zhì)環(huán)境的改變，煤礦運(yùn)輸過(guò)程中可能會(huì)出現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)沿工作面上竄或下滑的問(wèn)題，這樣會(huì)造成刮板機(jī)和轉(zhuǎn)載機(jī)的搭接出現(xiàn)偏差，導(dǎo)致安全出口寬度不夠[4]。這對(duì)煤礦的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)極為不利。因此，利用煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)研究設(shè)備的位置信息是保證煤礦生產(chǎn)效率的重要手段。4)智能調(diào)高技術(shù)有待提高。在自動(dòng)識(shí)別煤巖方面，煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)還有待提高。隨著智能調(diào)高技術(shù)的發(fā)展及應(yīng)用，采煤機(jī)切割時(shí)能依靠煤層彎曲的狀態(tài)自動(dòng)調(diào)整切割高度，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化切割。

2煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)現(xiàn)狀

隨著時(shí)代的發(fā)展，煤礦開(kāi)采技術(shù)在不斷更新。目前常用的煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)主要有精準(zhǔn)定位系統(tǒng)技術(shù)、現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境檢測(cè)技術(shù)、數(shù)據(jù)分析技術(shù)以及視頻監(jiān)控技術(shù)。只有充分發(fā)揮這些技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，才能更好地為煤礦開(kāi)采事業(yè)打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，推動(dòng)煤礦開(kāi)采事業(yè)大步發(fā)展。

2.1精準(zhǔn)定位系統(tǒng)技術(shù)

開(kāi)采位置的確定是保障煤礦開(kāi)采過(guò)程順利進(jìn)行的一個(gè)重要環(huán)節(jié)。只有確定了開(kāi)采位置，才能開(kāi)展后續(xù)一系列開(kāi)采工作。因此，在煤礦開(kāi)采過(guò)程中要采用精準(zhǔn)定位系統(tǒng)技術(shù)進(jìn)行定位。地下開(kāi)采環(huán)境一般較為復(fù)雜，且開(kāi)采空間比較狹小，在一定程度上會(huì)影響井下與地面的聯(lián)系信號(hào)，對(duì)井下工作人員的安全造成了威脅。目前中國(guó)煤礦大多采用GPS定位系統(tǒng)，配合了GPS信息系統(tǒng)技術(shù)和遙感技術(shù)的應(yīng)用，充分保障生產(chǎn)安全和生產(chǎn)效率[5]。此外，井下通信技術(shù)的發(fā)展也為精準(zhǔn)定位系統(tǒng)技術(shù)提供了強(qiáng)有力的支持。精準(zhǔn)定位系統(tǒng)技術(shù)的不斷更新使開(kāi)采定位工作更加科學(xué)和精準(zhǔn)，也大大提高了煤礦的經(jīng)濟(jì)收益。

2.2現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境檢測(cè)技術(shù)

煤礦開(kāi)采有時(shí)會(huì)遇到環(huán)境潮濕等情況，這就需要對(duì)煤礦設(shè)備的參數(shù)進(jìn)行調(diào)整，從而確保開(kāi)采的順利進(jìn)行。為了保障煤礦開(kāi)采的安全性，必須對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行及時(shí)檢測(cè)。操作人員利用現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境檢測(cè)技術(shù)，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行分析，判斷開(kāi)采過(guò)程中是否存在風(fēng)險(xiǎn)，一旦預(yù)判可能有危險(xiǎn)的發(fā)生，及時(shí)上報(bào)控制管理中心，避免井下安全事故的發(fā)生，確保開(kāi)采安全進(jìn)行。

2.3數(shù)據(jù)分析技術(shù)

數(shù)據(jù)分析技術(shù)在煤礦智能化開(kāi)采中有著舉足輕重的地位。目前煤礦智能化建設(shè)主要加強(qiáng)的就是數(shù)據(jù)分析技術(shù)，數(shù)據(jù)分析技術(shù)決策圖如圖2所示。數(shù)據(jù)分析技術(shù)主要通過(guò)傳感器對(duì)信息進(jìn)行處理，然后將信息發(fā)送到計(jì)算控制中心，實(shí)現(xiàn)信息采集[6]。該技術(shù)能有效提高數(shù)據(jù)的精確性，規(guī)避安全風(fēng)險(xiǎn)，使煤礦開(kāi)采效率得到大大提升[7]。因此，煤礦企業(yè)應(yīng)重視數(shù)據(jù)化建設(shè)，加大資金投入，不斷更新發(fā)展數(shù)據(jù)庫(kù)。利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)了解日常工作中可能出現(xiàn)的問(wèn)題，制定具體的行動(dòng)實(shí)施方案，并將方案錄入信息庫(kù)，一旦有相同問(wèn)題發(fā)生，即刻從數(shù)據(jù)庫(kù)調(diào)取解決方案，減少人力的浪費(fèi)，提高問(wèn)題解決效率。趙勝利：煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)現(xiàn)狀及展望

2.4視頻監(jiān)控技術(shù)

中國(guó)很早就已經(jīng)使用視頻監(jiān)控技術(shù)對(duì)周圍環(huán)境進(jìn)行監(jiān)督管控，對(duì)煤礦的管理和發(fā)展帶來(lái)顯著的好處。由于環(huán)境的復(fù)雜性和不可預(yù)知因素的存在，煤礦生產(chǎn)會(huì)存在相應(yīng)的安全問(wèn)題，因此在煤礦智能化開(kāi)采中需要加強(qiáng)對(duì)視頻監(jiān)控技術(shù)的運(yùn)用。煤礦視頻監(jiān)控流程如圖3所示。通過(guò)應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)能及時(shí)了解井下開(kāi)采技術(shù)的實(shí)時(shí)情況，監(jiān)控煤層結(jié)構(gòu)，從而進(jìn)行具體分析，為開(kāi)采工作提供幫助。通過(guò)該技術(shù)的應(yīng)用，監(jiān)控人員能實(shí)現(xiàn)對(duì)井下信息的采集，之后通過(guò)分析處理，制定合理的方案，大大提升了開(kāi)采效率。最為重要的是，管理人員能通過(guò)該技術(shù)與井下工作人員交流，指導(dǎo)工作的科學(xué)開(kāi)展；井下工作人員在遇到問(wèn)題時(shí)，也可及時(shí)匯報(bào)現(xiàn)場(chǎng)狀況，提高了問(wèn)題的解決效率，保證了工作的有效性。

3煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)趨勢(shì)展望

為了跟上新時(shí)代的步伐，中國(guó)煤炭行業(yè)的發(fā)展也有了新要求，提出到2025年智能化開(kāi)采技術(shù)全面覆蓋煤礦。因此，在未來(lái)煤礦發(fā)展進(jìn)程中，智能化開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用會(huì)不斷深入到煤礦生產(chǎn)中，實(shí)現(xiàn)綠色開(kāi)采，進(jìn)而推動(dòng)中國(guó)煤炭行業(yè)的高質(zhì)量綠色發(fā)展。

3.1智能導(dǎo)航技術(shù)

智能導(dǎo)航系統(tǒng)是以三維GIS（GeographicInformationSystem，地理信息系統(tǒng)）技術(shù)為基礎(chǔ)，集三維可視化技術(shù)、地理信息系統(tǒng)和工作面檢測(cè)為一體的系統(tǒng)[8]。將智能導(dǎo)航技術(shù)應(yīng)用到煤炭開(kāi)采中，可以使開(kāi)采更加精確且高效，還能自動(dòng)探測(cè)工作面，降低工作人員工作強(qiáng)度，提高工作效率。

3.2優(yōu)化安全防控體系

安全防控一直是煤礦生產(chǎn)中最為重視的一個(gè)單元。煤礦必須加大安全防控力度，嚴(yán)格監(jiān)控井下現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境狀況以及煤礦人員安全狀態(tài)，確保在第一時(shí)間發(fā)現(xiàn)問(wèn)題并且解決問(wèn)題。煤礦還需要定期培訓(xùn)機(jī)械操作人員，保證工作人員操作規(guī)范，提高工作人員的綜合素質(zhì)及能力，使煤礦的安全防控系統(tǒng)更加完善。

4結(jié)束語(yǔ)

智能化開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用，給中國(guó)煤炭行業(yè)的發(fā)展帶來(lái)了巨大的幫助，不僅提升了煤礦生產(chǎn)效率，也給企業(yè)帶來(lái)了可觀的經(jīng)濟(jì)收益。簡(jiǎn)要探討了中國(guó)煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)。希望煤炭行業(yè)人員能夠積極地將智能化開(kāi)采技術(shù)與工作實(shí)際相結(jié)合，積極制定科學(xué)管理制度，推動(dòng)中國(guó)煤炭行業(yè)的良好發(fā)展。

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作者:趙勝利 單位:山西蘭花集團(tuán)東峰煤礦有限公司