礦山機(jī)械智能化的應(yīng)用及發(fā)展趨勢(shì)

曹 鵬，朱 燁，李千順

（1.貴州盤(pán)江煤電集團(tuán)有限責(zé)任公司，貴州 貴陽(yáng) 550081；2.山東科技大學(xué)，山東 青島 266590）

在當(dāng)今這個(gè)信息化的大數(shù)據(jù)的時(shí)代，煤炭行業(yè)的發(fā)展水平不單單以煤炭的開(kāi)采的數(shù)量為衡量標(biāo)準(zhǔn)，其智能化建設(shè)程度更是極其重要的衡量方面。所以，對(duì)礦山機(jī)械智能化的應(yīng)用以及發(fā)展趨勢(shì)展開(kāi)深入分析具有非常大的現(xiàn)實(shí)意義[1]。

1 礦山機(jī)械智能化的發(fā)展現(xiàn)狀

隨著數(shù)字化水平的提高和技術(shù)成本的降低，數(shù)字礦山得以遍地開(kāi)花，但目前智能礦山的發(fā)展尚未完善，其智能化建設(shè)也要跟上步伐。煤炭開(kāi)采行業(yè)是最古老的產(chǎn)業(yè)之一，我國(guó)煤礦行業(yè)實(shí)現(xiàn)了從機(jī)械化到自動(dòng)化的過(guò)渡，并已經(jīng)開(kāi)始向智能化方向邁進(jìn)。目前，中國(guó)礦山行業(yè)的信息化水平雖然得到了一定程度的發(fā)展，但是很多礦山企業(yè)還停留在信息化程度較低的傳統(tǒng)開(kāi)采階段，機(jī)械智能化在礦山領(lǐng)域的某些方面受到了制約，智能化的總體水平較國(guó)外先進(jìn)水平仍然有很大的差距。以下對(duì)目前的煤礦行業(yè)的智能化水準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)分析：

（1）礦山機(jī)械智能化的概念。礦山機(jī)械智能化是指將煤炭行業(yè)與物聯(lián)網(wǎng)、人工智能領(lǐng)域深度結(jié)合，使得煤炭開(kāi)拓、地測(cè)、采掘等系統(tǒng)具有自操作、自動(dòng)化的基本能力，并且可以根據(jù)內(nèi)外部的條件進(jìn)行實(shí)時(shí)操控，從而在智能化綜采過(guò)程中實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效果優(yōu)化的效果[2]。

（2）礦山機(jī)械智能化存在的問(wèn)題。首先，由于目前的煤炭機(jī)械設(shè)備龐大、笨重且結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在狹小的礦井空間內(nèi)，難以保證靈活運(yùn)行，對(duì)開(kāi)采進(jìn)度造成了阻礙，很難進(jìn)行有效開(kāi)采，會(huì)導(dǎo)致煤炭開(kāi)采效率低下，供應(yīng)量不足。其次，較西方發(fā)達(dá)國(guó)家而言我國(guó)的機(jī)械信息化程度較低，設(shè)備的數(shù)字化程度低，我國(guó)的礦山機(jī)械設(shè)備只有小部分實(shí)現(xiàn)了智能化的發(fā)展，大多數(shù)接卸設(shè)備仍然采用傳統(tǒng)的人力操作，經(jīng)濟(jì)效益得不到提升。最后，煤礦設(shè)備在進(jìn)行綜采工作時(shí)，會(huì)破壞自然環(huán)境和自然資源，無(wú)法實(shí)現(xiàn)綠色可持續(xù)發(fā)展。礦山機(jī)械在迎來(lái)飛速躍進(jìn)的同時(shí)，也會(huì)對(duì)環(huán)境造成嚴(yán)重的污染，環(huán)境形勢(shì)愈發(fā)嚴(yán)重，迫使我國(guó)的礦山機(jī)械化不得面臨轉(zhuǎn)型，對(duì)產(chǎn)業(yè)發(fā)展對(duì)策進(jìn)行調(diào)整優(yōu)化是當(dāng)前礦山企業(yè)普遍面臨的問(wèn)題[3]。

2 礦山機(jī)械智能化應(yīng)用分析

我國(guó)的煤礦智能化開(kāi)采在近年來(lái)取得了顯著的提升，在采煤機(jī)記憶截割的基礎(chǔ)上，以生產(chǎn)系統(tǒng)智能化控制軟件為核心系統(tǒng)，改變了之前單機(jī)裝備為主的體系。煤礦智能化主要應(yīng)用在采掘、運(yùn)輸、遠(yuǎn)程控制等領(lǐng)域。

（1）機(jī)械工程智能化在煤礦采掘方面的應(yīng)用。采掘機(jī)是煤礦開(kāi)采最常用的設(shè)備，電牽引驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)為采掘機(jī)提供足夠的采掘動(dòng)力，并且運(yùn)用了交流電機(jī)，可靠性能更強(qiáng)，簡(jiǎn)化了綜采工作，大幅度提高效率。對(duì)于故障診斷，為了精準(zhǔn)的進(jìn)行診斷，采用了傳感器進(jìn)行故障診斷，傳感器將采掘情況反饋給系統(tǒng)診斷系統(tǒng)根據(jù)傳感器獲取的數(shù)據(jù)做出判斷，從而實(shí)現(xiàn)整個(gè)綜采過(guò)程的智能化，大幅度的提高了采掘效率。

（2）機(jī)械工程智能化在煤礦運(yùn)輸方面的應(yīng)用。煤礦在進(jìn)行運(yùn)輸時(shí)，通過(guò)膠帶運(yùn)輸機(jī)實(shí)現(xiàn)了煤炭的傳送過(guò)程，在膠帶運(yùn)輸機(jī)中應(yīng)用中壓變頻驅(qū)動(dòng)控制技術(shù)，以此來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)的平穩(wěn)性，確保在低速狀態(tài)中也可以連續(xù)運(yùn)行。為膠帶運(yùn)輸機(jī)安裝液壓自控張緊裝置，確保自動(dòng)調(diào)節(jié)張力以此來(lái)實(shí)現(xiàn)運(yùn)輸機(jī)的平穩(wěn)運(yùn)行。安裝工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，機(jī)頭安裝使用交叉裝置，機(jī)尾安裝自動(dòng)伸縮裝置，以便及時(shí)了解運(yùn)輸?shù)那闆r，進(jìn)行實(shí)時(shí)運(yùn)輸監(jiān)控。

（3）機(jī)械工程智能化在遠(yuǎn)程控制方面的應(yīng)用。在記憶截割時(shí)，引入遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)，遠(yuǎn)程計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以根據(jù)采煤工作面的情況對(duì)采煤機(jī)的工作進(jìn)行實(shí)時(shí)調(diào)整，工作人員可以在巷道控制中心內(nèi)遠(yuǎn)程控制設(shè)備啟動(dòng)、停止，斷電、送電工作采煤機(jī)可以通過(guò)遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)運(yùn)行、臥底、停止，這種遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)可以減少勞動(dòng)強(qiáng)度，提高效率，在同等生產(chǎn)狀態(tài)下可以加大產(chǎn)量，從而提高效益。

3 發(fā)展趨勢(shì)展望

我國(guó)的煤炭智能化階段目標(biāo)為：到2020年，建成100個(gè)初級(jí)智能化示范煤礦；到2025年，基本實(shí)現(xiàn)全部大型煤礦智能化。機(jī)械智能化是礦山綜采技術(shù)的一次重要的突破，對(duì)煤礦產(chǎn)業(yè)升級(jí)、煤礦綠色開(kāi)采具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。同時(shí)，引進(jìn)大量的專(zhuān)業(yè)型人才，與時(shí)俱進(jìn)，加快促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級(jí)是非常有必要的。

（1）智能導(dǎo)航技術(shù)的開(kāi)展。基于實(shí)時(shí)三維GIS技術(shù)，將地理信息、三維可視化及工作面探測(cè)技術(shù)結(jié)合起來(lái)，在綜采工作中采用智能導(dǎo)航技術(shù)，對(duì)設(shè)備進(jìn)行自動(dòng)定位，可以對(duì)工作面進(jìn)行實(shí)時(shí)探測(cè)和自動(dòng)定位，以此實(shí)現(xiàn)煤礦資源的精確開(kāi)采。

（2）設(shè)備趨向于多樣化。當(dāng)前我國(guó)的煤炭開(kāi)采設(shè)備功能簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)復(fù)雜，在狹窄的礦井工作環(huán)境中操作難度系數(shù)高、運(yùn)行繁瑣，難以實(shí)現(xiàn)在狹小的環(huán)境中進(jìn)行高效運(yùn)作。在后續(xù)的發(fā)展中，開(kāi)采設(shè)備的功能趨向于集成化、種類(lèi)趨向于多樣化。比如：通過(guò)裝有可以進(jìn)行人工智能處理的傳感器，通過(guò)數(shù)據(jù)處理模塊，計(jì)算采煤機(jī)的工作位移，從而在模型中輸入數(shù)據(jù)，進(jìn)行自主開(kāi)采；或者將會(huì)引進(jìn)智能開(kāi)采機(jī)器人，逐步替代人類(lèi)在綜采工作面中的工作，操作人員只需掌握簡(jiǎn)易的工作技術(shù)，就可以合理掌握設(shè)備的操作運(yùn)行，從而節(jié)省人力物力；最后，可以引進(jìn)先進(jìn)的超聲波技術(shù)，在機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，通過(guò)超聲波技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)，與傳統(tǒng)的勘測(cè)手段比較，精簡(jiǎn)工作環(huán)節(jié)，減少了工作負(fù)擔(dān)。

（3）安全防控系統(tǒng)逐漸優(yōu)化。目前的煤礦安全檢測(cè)工作尚有不足，在當(dāng)前的階段，煤礦的安全生產(chǎn)問(wèn)題仍然是值得注意的問(wèn)題。未來(lái)仍將不斷對(duì)安全監(jiān)控系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化，加大安全網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的引入力度，對(duì)綜采工作面的設(shè)備進(jìn)行及時(shí)監(jiān)測(cè)和故障診斷。首先，開(kāi)采單位要確保礦山機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行，保證礦山機(jī)械設(shè)備的性能，及時(shí)定期進(jìn)行安全隱患的排查工作，對(duì)每一個(gè)控制單元都要做好排查工作，在預(yù)防機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)操作問(wèn)題的前提下注意做好維修工作的準(zhǔn)備。其次，對(duì)機(jī)械操作人員進(jìn)行培訓(xùn)，完善操作安全操作系統(tǒng)，確保培訓(xùn)后的操作人員進(jìn)行綜采工作，在往后的操作過(guò)程中才減少安全事故的發(fā)生，同時(shí)也要對(duì)做好日常的工作記錄，為日后的排查工作和下階段的工作安排提供可靠的數(shù)據(jù)支撐，從而提高工作效率。這樣集人機(jī)一體的安全防控系統(tǒng)，在機(jī)械運(yùn)行異常時(shí)，會(huì)更加快速的給出相關(guān)的處理方案，為煤礦綜采工作提供有力的安全保障。

4 總結(jié)

機(jī)械智能化開(kāi)采技術(shù)可以提高投入產(chǎn)出比，是我國(guó)煤礦轉(zhuǎn)型、加快行業(yè)升級(jí)的技術(shù)。新的階段對(duì)我國(guó)的煤礦機(jī)械智能化提出了新的要求，礦山企業(yè)要抓住改革的機(jī)遇，在國(guó)家政策的指導(dǎo)下需要不斷地對(duì)礦山機(jī)械設(shè)備進(jìn)行創(chuàng)新，以此確保其性能的穩(wěn)定，促進(jìn)礦山行業(yè)的生機(jī)與活力。