智能化礦山與智能化開采技術的發展方向

劉青紅

（中鋁寧夏能源集團有限公司，寧夏 銀川 750002）

煤炭作為我國重要的能源之一，其重要性不言而喻。充分地了解世界能源格局與我國非再生能源開采的實際情況后，必須要將我國自身的煤炭開采技術提高，不斷探索更加高效的開采技術，逐步完成智能化開采目標。我國大力倡導的信息化技術與智能化技術以及人工技術所結合的工業技術，能夠有效地在根本上解決煤礦高效率開采所遇到的各種阻礙，同時這也是發展智能化煤礦的主體方向。我國的煤礦開采技術、設備經過長時間的發展，已經從依賴進口，變成自主創新。通過使用智能化開采技術，已經將以往的開采技術與設備的操作水平提升了幾個檔次，同時還基本實現了全部國產，利用國產技術與設備也更好地實現了在薄與極薄層開采、大采高與超大采高及超厚煤層的綜合開采，促進我國的智能化開采技術水平得到進一步的提高，并且為進一步完成智慧煤礦建設與智能化開采奠定了良好基礎。根據智能化及智能化開采為中心，提升煤礦開采效率的同時，將智能、安全、高效帶入煤礦開采中，來實現現代化煤礦生產體系的完善構建。

1 智能化煤礦技術架構

智能化煤礦的主體建設方向是否正確取決于智能化煤礦的頂層設計是否合理。智能化煤礦的建設過程具有一定的綜合性質，其建設需要在一套標準的體系上搭建感知網絡，并且利用感知網絡來建立一個高數據的輸送通道，將收集的各路信息匯聚一身，形成一個云數據中控平臺，此平臺可以根據不同部門的業務需求，針對性做出相對性的服務。智能化煤礦的建設主要包括八大系統：能夠對進行精準定位的導航系統；集合采掘探為一體的地質數據分析系統；能夠智能檢測工作面的檢測系統；能夠智能精準開采的采掘系統；能夠及時對災難進行預警的危險防控系統；能夠對煤炭進行處理的洗選系統；能夠管理施工設備的智能管理系統；物聯網的綜合管理系統等八大系統。

智能化煤礦在頂層設計時必須將信息打通，避免出現信息不全與信息重復的現象，在遵循采礦規則的基礎上，將智能技術與人工采礦相融合。智慧煤礦的核心組成就是智能開發，智能開采主要包括感知智能、決策智能、控制職能三個核心要素。自動化開采與傳統人工開采兩者之間的不同之處就在于智能化開采可以在一定程度上減少人力成本，提高工作人員安全系數，并且其自身還具備一定程度的自主決策能力，具有這樣功能的設備，在不同的開采環境中才能保證開采進度，做到智能化開采，將人員安全隱患將到最低，進而實現無人井下作業，使煤礦的開采安全得到有效的保證，進一步推動智能煤礦的發展，促進智慧煤礦的建設。

2 智能化煤礦關鍵核心技術研究方向

我國近幾年對于自動智能化煤炭開采與煤礦物聯技術進行的研究已經獲得了極大的進展與成果，并且利用這兩項技術建設了一批信息化智能管理的先進礦井。由于煤礦開采具有很強的綜合性質，多數的工作面還達不到真正的智能化水準，就導致智慧礦井的建設還停留在起步階段。

2．1 精準地質信息系統及采掘探測技術裝備

煤礦的地質信息會隨著采掘工作的進展而發生不同變化的動態信息。將地址信息精準化是煤礦采掘的基本也是核心，也是智能模塊形成的基礎條件。所以，開發工作面使用智能采掘系統及裝備，將采掘數據與地址信息自動采集、處理、分析從而構建一個精確的四維動態巷道圖，將礦井內部全方位信息透明化，從而實現將地質信息、測量數據及巷道掘進動態，形成三維電子圖進行管理，這些就是實現智能化煤礦的基礎條件。

目前，2D與3D地測技術，基本可以實現多個部門進行數據互通共享及重要圖件繪制、文件報表報備等工作，在日常的管理工作中合理使用該項技術能夠有效地將工作的效率提高，同時，也能使工作的質量得到保證。若想真正意義上實現人工智能開采只憑這些是完全不夠的，必須要求技術系統可以隨著開采的進度推進自身設備可以實現自動學習、自動更新、自動反饋、自動操作。當前，首要任務是在現有三維GIS技術管理平臺上，將采掘過程中收集的各種數據信息及研發工作面3D地質動態圖繪制技術結合，構建出一個透明化采礦的智能化掘進技術與地質分析匯聚一身的管理平臺，此平臺可以為以后煤礦開展工作提高安全保障。

建設煤礦的4D云GIS平臺，需要具備能夠對多元礦井構造進行檢測與數據分析以及能夠對煤礦進行GIS圖件的繪制等等集為一身的管理平臺。其主要可以實現對GIS三維平臺的搭建，礦井內部預測數據信息的共享及礦井GIS圖形管控和移動客戶終端的技術研發等。

2．2 智能化煤礦物聯網技術與裝備

通過煤礦物聯網技術的研發與應用，一方面，它有效地構建了一個能夠準確定位井下工作人員的具體位置的感知區域，為發生危險時進行搜救提供了更加有力的幫助；另一方面，煤礦物聯網技術通過與云計算和邊緣計算的充分結合，促進了設備數據的完美互通。

（1）物聯網位置服務。物聯網位置服務是建立在超寬帶定位技術的基礎上，并且能夠在復雜的工作面上進行操作，可以針對現場的實質情況作出進一步的分析，來精確定位數據的一種算法，并以慣導及激光雷達輔助其進行精準定位，建立一個完善的協同定位平臺。該平臺能夠實現網絡自主功能，而且還能夠智能化補償走時與晶振出現的誤差現象，實現對設備及操作設備的人員及設備運轉速度進行精確的定位計算，以此避免設備在運轉中出現碰撞故障，保證設備及人員的安全。

（2）物聯網云計算服務。互聯網云計算是將分布式計算作為基礎，并且構建出綜合采礦工作面大數據的計算構架，從而得到最標準的算法庫，實現綜合數據體系的實時分析、聚類，實現主流數據可視化工具的研發并與外部數據實現互交互補。

2．3 巷道智能化快速掘進技術與裝備

進行煤礦開采的前提工作就是巷道掘進，采掘失調是最容易發生的問題，目前，很多煤礦都主要以單體錨桿鉆機來進行煤礦挖掘的支護工作，但是，這種支護方式存在許多弊端，如鉆孔效率低、工作復雜等，這些問題最終導致了鉆機出現定位困難現象。導致錨桿支護時間長，大大延誤了巷道掘進的進度，同時，還存在裝備落后、工藝水平不達標等問題，掘、錨兩項工作在有限的巷道空間中出現不協調作業的情況，嚴重限制了掘進工作的效率性。若要從根本處解決這一問題，就要將掘、錨兩項工作維持平衡。

3 智能化煤礦與智能化開采發展目標

智能化煤礦的最終目標就是使煤礦的開采工作具備更加完善的智慧學堂，其包括智能運行、科學安全、環保開采的一個新型開采模式。將煤炭機械化開采與自動化開采進行有機結合后，所形成的新技術就是智能化開采，其主要完成的目標就是將智能化煤礦開采徹底的代替傳統的人力煤礦開采，最終實現井下無人操作。目前，智慧化智能開采技術還處于一個萌發階段，若想將其完整完善化，就必須規劃出合理的發展目標。

（1）近期目標。根據目前我國的煤炭信息化與智能化開采技術，不斷地探索與研發更加有效的信息化與智能化開采技術，并將新技術加以推廣，從而在2020年建立百所示范煤礦，這百所示范煤礦必須具備智慧智能開采的初步框架，煤礦內部采掘也需要將三個大重點部位，實現崗位無人、巡邏有人、遠程操控的自動化生產模式。

（2）中期目標。最遲到2025年，我國將徹底地解決智能化煤礦智能化開采中所遇到的難題，并且在全國范圍內的各大煤礦樹立以智慧煤礦智能開采的目標，進一步完善智慧煤礦的多信息融合系統，并將井下高危作業崗位用機器代替人工，徹底地實現智能化無人操作的目標。

（3）遠期目標。預計到2035年，我國會使智能化煤礦智能開采技術得到全面的革新，在全國范圍內實施煤礦的智能化開采，并且使煤礦內運行的每個機器和環節都具備智能決策，進行自動運行，達到全礦設備一鍵式操作，逐步實現機械化生產，徹底地完成機器操作取代人工操作，不斷推進我國煤炭行業的健康穩定發展。

4 結語

我國煤炭企業的未來發展趨勢就是智能化煤礦與智能化開采，將頂層的設計工作做好是進行智能化煤礦與智能化開采的基礎，也是重要前提，應堅持正確的原則，合理科學地規劃智慧煤礦的總體框架，并建立完善的工作管理體系，同時，結合技術進步，進一步提升各系統智能化水平，構建多產業鏈、多系統集成的煤礦智能化系統，建成智能感知、智能決策、自動執行的智能化煤礦，使煤炭開采工作的安全系數得到進一步的提高，促進我國煤炭企業更好更快地發展。