煤礦智能化開采技術的創新與管理

高宇

摘 要：近年來，煤炭產業轉型發展和技術創新速度加快，煤炭開采向集約化、高端化和智能化轉變，“十二五”時期，年產千萬噸級綜采成套設備實現國產化，千萬噸級煤礦數量和產量分別達到 53 處和 0. 73Gt，大型煤炭基地成為煤炭供應的主體。煤炭高效開采技術與裝備創新取得系列重大進展，智能綜采技術達到國際先進水平，世界首套最大采高 8. 2m 超大采高綜采和 20m 特厚煤層綜放關鍵技術與裝備達到國際領先水平，薄煤層和大傾角等復雜難采煤層綜采技術裝備取得新突破，綜采成套裝備出口到歐美澳等世界主要產煤國家。

關鍵詞：安全高效：智能化開采：遠程控制：煤巖識別

引言：

為了實現煤礦的安全、高效生產，智能化已經成為煤礦未來的發展方向。本文提出了煤炭智能化開采的概念，簡要闡述了目前國內外智能化開采技術現狀以及國內利用智能化開采的應用成果，剖析了當前存在的問題以及發展方向。

1 國外智能開采技術

目前，國外智能開采技術以澳大利亞的 LASC技術和美國的 IMSC 技術為代表。

1.1LASC 技術

澳大利亞于 2008 年成功研制了一套工作面自動化控制系統，簡稱 LASC 技術。該技術的流程包括：①通過地質勘探和巷道掘進，收集到一系列相關數據建立三維工作面地質模型，通過該模型得出的煤層起伏和頂底板位置精度達到 5cm 左右：②對采煤機進行三維精確定位：③利用電液控制系統，確保工作面排列整齊和連續推進：④工作面進行水平控制。澳大利亞的布爾加煤礦屬于高瓦斯礦井，安全風險大，通過采用 LASC 技術，實現了長臂工作面的自動控制，改善了生產條件，使得工人遠離危險區域，大大提高了安全生產水平。

1.2IMSC 技術

IMSC 的中文全稱為智能開采服務中心，該系統中的遠程服務功能可以對井下設備實現實時監控，根據得到的報警、故障信息可以及時的通知到礦井工程師，以便對井下設備及時的維修調整。同時該系統還能夠定期的提交運行分析報告，對礦井進行有效指導，提高了礦井生產率。

2智能化綜采關鍵技術

根據國內外綜采放頂煤工作面裝備和技術發展水平現狀，機械和電氣設備以選擇先進適用、成熟可靠的技術和裝備為主，控制系統功能以滿足實現工作面集成控制和主要生產過程的自動化運行與地面遠程控制為基本要求，預留開展工作面智能化開采研究所需要的可擴展性，包括接口、空間和軟件的開放性等。

綜放工作面自動化控制系統由地面監控中心、井下綜放工作面監控中心、控制網絡、采煤機控制系統、“三機”控制系統、液壓支架電液控制系統、泵站控制系統、負荷動力中心監控系統、順槽膠帶控制系統、工作面精確定位及找直系統、視頻監控系統、環境監測系統、輔助降塵系統等組成。

2.1 液壓支架全工作面跟機自動化與遠程人工干預技術

在液壓支架電液控制系統實現全工作面跟機自動化的基礎上，依據電液控制系統的數據與液壓支架視頻相結合，通過監控中心遠程操作臺對液壓支架進行人工干預，以滿足復雜環境下液壓支架的自動化控制。其中，自動跟機技術 是指綜采工作面液壓支架以采煤機位置及運行方向為根據，在電液控技術的基礎上，跟隨采煤機完成工作面自動移架、自動推刮板輸送機、自動噴霧、三機聯動等成組或單架控制功能。液壓支架自動跟機示意及遠程干預控制界面如圖所示：

2.2采煤機全工作面記憶截割與遠程人工干預技術

在采煤機實現全工作面記憶截割的基礎上，依據采煤機實時數據與煤壁視頻相結合，通過監控中心遠程操作臺對采煤機進行人工干預，以滿足復雜環境下采煤機的自動化控制。其中，記憶截割技術是指在滿足地質條件的自動化工藝基礎上，以采煤機學習示范刀運行參數為依據，以具有在線學習、修改參數功能的采煤機自動化控制系統為核心，完成綜采工作面全工序自動化割煤的采煤機控制技術，采煤機記憶截割示意圖及遠程干預控制界面如圖所示：

2.3工作面視頻監控技術

井下工作面監控中心作為整個系統的“大腦”，把采煤機、液壓支架、工作面“三機”（刮板機、轉載機、破碎機）、泵站、順槽膠帶等主要設備當成一個整體設備進行控制，根據采煤機、刮板機、液壓支架的工作狀況及具體位置，按照“記憶割煤、自動化放煤、采放同步、一鍵啟動”的控制方式進行連續自動化生產，同時結合工作面環境參數的變化情況進行協調控制。

根據工作面實際情況，設計安裝視頻監控系統（圖 3），實現在井下監控中心和地面指揮控制中心對整個綜采工作面的視頻監控。煤壁監控攝像儀采集的視頻實時上傳至監控中心，提高了煤巖界面可視化程度：并由紅外線傳感器獲得采煤機位置，通過軟件處理實現攝像儀跟隨采煤機無縫切換。

3煤炭智能化開采技術發展前景展望

3.1全面推進綜采智能化技術

煤層賦存條件的復雜性和安全制約因素的多樣性是綜采智能化面臨的最大難題。技術進步為解決難題提供了手段，合理的政策措施、科學的生產管理也是全面推進智能化開采的重要因素。

（1）加快完善煤炭資源管理與產能布局，將煤炭的安全高效綠色開采作為我國煤炭資源開發的基本產業政策，淘汰落后開采方法與產能裝備，把智能化開采科學產能作為鼓勵發展產能，從國家產業政策各相關方面給予支持。

（2）加大智能化開采原始創新力度，加強對不同煤層賦存條件下智能化開采技術適應性的攻關和煤炭智能化開采技術及裝備體系研發，大力促進創新成果的轉化、完善和全面推廣應用，鼓勵出口，提高行業的國際競爭能力。

（3）提高煤礦智能化開采的管理水平，提倡專業化的生產作業、設備維修、技術指導，提升每一個生產環節的效率和質量，建立完善的智能化開采技術標準體系。從技術、管理及政策措施等方面全面推進厚煤層智能化開采技術進步，實現煤炭安全高效綠色開采新目標。

3.2有限無人化開采目標

有限無人化開采是智能化開采的中高級階段，要求在工作面正常生產期間，工作面中無人操作，端頭和工作面巷道也要實現智能控制和基本無人操作，僅在設備正常維護、檢修和特殊工況處理時，人員才進入工作面進行維護，實現有限條件下的無人化開采。上述目標建立在對整個工作面的煤層地質情況全面詳細了解的基礎上，要求整個工作面的設備有相當高的智能化水平和系統協調機制，綜采裝備和生產系統能夠自動根據煤層地質條件變化修正開采行為，并對開采可能遇到的問題進行預判，同時全工作面建有完善的智能感知功能，實時監測開采環境變化情況，實時修正開采行為；系統具有學習功能，對不同條件的煤層開采方法進行學習與訓練，這樣在隨后的開采過程中遇到類似條件時，系統自動根據已掌握的開采方法進行開采，提高決策的科學性與適應性，實現真正的智能化開采。為此，需要事先對工作面煤層地質條件進行高精度探測，構造滿足開采精度要求的工作面煤層地質數字模型，綜采設備根據該數字模型進行程序化、智能化開采。

結論：

隨著我國煤礦逐漸轉向深部開采，地質條件越來越復雜，智能化開采可以將工人從危險環境中解放出來，是保證煤礦安全高效開采的最有效途徑。盡管當前已成功應用于部分礦區，但是仍有一些核心技術需進一步研究完善以滿足各種復雜的開采條件。

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