我國煤礦智能化開采現狀及發展趨勢

王楊博

摘 要：煤炭作為我國的主要能源，具有十分重要的作用，隨著科技創新能力的不斷提高，煤礦開采逐漸朝智能化的方向發展。本文介紹了智能采礦技術現狀和關鍵技術，針對現有的智能化水平不高、精確性低等問題，展望了智能開采的未來研究方向。

關鍵詞：智能化;關鍵技術;煤礦

中圖分類號：TD823.97文獻標識碼：A文章編號：1003-5168（2020）14-0065-02

The Status Quo and Development Trend of Intelligent Coal Mining in China

WANG Yangbo

（Xin'an Coal Mine， Henan Dayou Energy Co.， Ltd.，Luoyang Henan 471842）

Abstract： As the main energy source in China， coal has a very important role. With the continuous improvement of technological innovation capabilities， coal mining has gradually developed in the direction of intelligence. This paper introduced the current status and key technologies of smart mining technology， and prospected the future research direction of smart mining in view of the problems of low intelligence level and low accuracy.

Keywords： intelligence;key technology;coal mine

我國是能源大國，煤炭資源儲量十分豐富。近年來，在煤炭技術裝備領域的政策支持和資金支持下，煤炭智能化技術不斷取得突破，機械化和自動化程度大大提高，煤炭安全得到了保障。許多煤礦企業實現了億噸無死亡。但是，我國煤炭開采智能化仍處于初級階段。我國的煤炭開采多為井工開采，地質結構相對復雜，初級的智能技術對于復雜的開采過程來說仍無法滿足現實需求。煤炭安全沒有從根本上得到保障，仍會不可避免地發生一些事故，如瓦斯泄漏、頂板事故、冒水事故等[1]。因此，智能技術還需要進一步的研發和改進，以保障我國煤炭開采安全。本文在總結我國現有的智能采礦技術的基礎上，提出了未來技術改進的建議。

1 礦山機械智能化的發展現狀和問題

1.1 礦山機械智能化的發展現狀

隨著智能技術的不斷發展，數字化與機械化技術水平不斷提高。我國煤礦開采也開始使用智能技術，數字化礦山已經不再罕見。但是，目前，智能技術在礦山領域還處于初級階段，仍具有更大的發揮空間。隨著時代的進步，我國煤炭行業開始逐步轉型，從機械化過渡到自動化并朝智能化方向發展[2-3]。目前，雖然中國礦業信息化已經發展到一定水平，但許多礦業公司仍停留在信息化程度較低的傳統礦業階段，機械智能化應用在某些領域受到制約。

1.2 礦山機械智能化存在的問題

1.2.1 設備問題。在煤炭開采的過程中，機械設備往往結構比較復雜，機身較大，難以在煤炭開采的狹窄作業空間內進行精確性的活動，這種情況極大地降低了煤炭開采的有效性，降低了煤炭開采的效率，無法滿足當前所需要的產率。

1.2.2 技術問題。與發達國家相比，我國煤炭開采技術水平相對落后，信息化與數字化的發展水平略低，其智能化僅僅有一小部分礦山得到了實現。大多數的煤炭開采還需要人工操作。

1.2.3 環境問題。煤炭開采會引發一些環境問題，綜采過程會破壞自然環境與自然資源，不符合綠色、無污染的要求，不符合可持續發展理念。采礦設備的進步帶來對環境的傷害，此問題不容小覷。調整和優化工業發展模式目前是礦業公司面臨的普遍問題。

2 智能化開采的核心技術

2.1 地下開采裝備需要具備精確的定位和導航功能

在智能化煤炭開采的過程中，準確的定位和導航是煤炭開采的重要環節。只有通過地下采礦定位導航模型，才能確保煤礦開采設備清楚地定位和測量采礦路線，嚴格遵循煤礦開采路線。但是，煤礦開采過程中，地下環境復雜，封閉的地下環境阻礙了信號的傳輸，因此難以實現準確定位和準確導航。在當前的地下煤礦開采過程中，定位和導航一般是通過GIS地理信息系統導航等方法實現的，但該技術的應用仍然存在很多問題，如技術成本較高、精度不夠、定位不夠精確等。在煤礦開挖過程中，掘進機尚不能提供準確的指導。在該技術中，輔助無人駕駛系統尚未開發。這也要求研究人員對這些問題進行深入的分析和研究，盡快找到技術突破方向，并促進該技術的發展。

2.2 在開采的過程中應用智能探測技術

在煤礦開采過程中，智能探測技術主要有煤巖分界技術、煤矸放落自動識別技術、超前探測技術。

2.2.1 煤巖分界技術。這項技術使用單個天線和多普勒雷達的脈沖發送和接收信號。當工作信號接觸煤巖層時，該信號將減弱并反射回發射區域。這樣可以區分煤層和巖石層。在判斷過程中，人們通過反射波的波長和頻率來判斷煤與巖石之間的界面，但是反射波的波長和頻率將受到透射波和煤層厚度的影響。

2.2.2 煤矸放落自動識別技術。煤矸放落自動識別技術可以分析煤層礦物的組成，該技術實際上利用飛秒脈沖產生的電場來分析和識別礦石層的材料結構。在實際的應用過程中，該技術一直存在操作問題。

2.2.3 超前探測技術。該技術精確度較高，使用范圍也較廣。它不用事先對物質的成分進行分析，在多種條件下都能夠使用。

2.3 設備故障自動化處理

在實際的開采過程中，不可避免地會發生設備故障等問題。如何在設備故障發生時及時確定故障位置并有效解決故障，進行自動化處理是人們面對的技術難題。在以往的智能化開采過程中，人們往往針對特定問題進行深入的研究與思考，提出對應的問題。但對于工作面發生的問題，由于時間的關系，人們無法進行深入的研究與分析。這也限制了智能煤礦的發展。

3 發展趨勢展望

中國煤炭智能化階段的目標是：到2020年，建成100個初級智能示范煤礦。到2025年，所有大型煤礦將基本實現智能化。機械智能是礦山綜合開采技術的重要突破，對提升煤礦工業和煤礦綠色開采具有重大的現實意義。同時，要引進大批專業人才，與時俱進，加快促進產業升級。

3.1 智能導航技術的應用

智能導航技術以實時三維GIS技術為基礎，結合了地理信息、三維可視化和工作面檢測技術。該技術提高了煤炭開采的精確性，能夠對工作面實時探測與自動定位。

3.2 設備趨向于多樣化

目前，我國煤炭開采設備單一，結構復雜，難以在狹窄的工作面進行作業。為了滿足實際采煤需求，煤炭開采設備要朝多元化方向發展。例如，安裝可以進行人工智能處理的傳感器，并通過數據處理模塊計算采煤機的工作位移，以將數據輸入模型中進行自主開采;引進智能化的采礦機器人，逐步取代人來全面進行采礦工作，從而節省人力和物力。最后，還可以引進先進的超聲技術。與傳統的探測方法相比，該技術的應用簡化了工作環節并減少了工作量。

3.3 安全防控系統逐漸優化

現階段，煤炭安全的重要性越來越高，煤炭安全監測是必要環節。但是，當前，煤炭安全監測工作仍存在著不足，煤炭安全生產還是不容松懈。人們要加大安全網絡系統的監控程度，秉持早發現、早處理的原則，在安全問題出現之前，及時修復缺陷，提高煤炭安全性，對綜采工作面的設備進行及時監測和故障診斷。首先，開采單位要確保礦山機械設備的正常運行，保證礦山機械設備的性能，定期對每個控制單元進行安全隱患排查，同時注意做好維修準備。另外，要對機械操作人員進行培訓，完善安全操作系統，確保培訓后的操作人員能夠勝任綜采工作，減少安全事故的發生率。要做好日常工作記錄，為日后的排查工作和下階段的工作安排提供可靠的數據支撐，從而提高工作效率。這樣集人機于一體的安全防控系統，減少人為失誤，提高了機械的可靠性和煤炭生產的安全性。

4 結語

智能化的發展是大勢所趨，煤炭開采逐步從機械化、自動化轉向智能化，這是重要的技術突破，是煤炭行業的轉型戰略目標。新時代，人們要總結過去的經驗，反思之前的不足之處，立足于當下，不斷提高智能技術水平，推進煤炭開采技術的智能應用。在煤炭開采過程中，利用智能開采技術，提高煤炭開采效率，降低煤炭事故率，在保障安全的同時提高經濟效益。要秉持著高效、綠色、無污染的原則，不斷創新，不斷改進煤炭智能化開采技術。

參考文獻：

[1]張飛.煤礦智能化綜采工作面系統設計與應用探討[J].中國設備工程，2020（5）：28-30.

[2]楊昌臻.基于當前環境對綜掘工作面智能化開采技術研究[J].世界有色金屬，2020（1）：27.

[3]我國煤炭行業首個智能化開采領域的技術標準正式發布[J].中國煤炭，2019（11）：72.