煤礦智能化開采現(xiàn)狀及展望

煤礦智能化開采現(xiàn)狀及展望摘要：隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，智能控制技術(shù)逐漸被科研院所和煤炭企業(yè)應(yīng)用于煤礦開采中來，促使煤礦企業(yè)深入研究煤礦智能化開采技術(shù)，探索信息技術(shù)與自動化開采之間的關(guān)系，將智能控制技術(shù)運用到自動化開采技術(shù)中來，推動煤炭開采朝著高效、便捷、無人化、智能化方向高速度發(fā)展，必然對煤炭智能化開采產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。關(guān)鍵詞：智能化開采；智能化系統(tǒng)；現(xiàn)狀中圖分類號：TD67文獻(xiàn)標(biāo)志碼Ａ引言隨著社會對煤炭資源需求量的不斷提高，迫使煤礦企業(yè)在資源利用、環(huán)境保護(hù)、開采工藝、技術(shù)裝備、安全管理等方面進(jìn)行變革，智能控制技術(shù)逐漸被煤炭企業(yè)應(yīng)用于煤礦開采中來。在進(jìn)行智能化開采的過程中，各煤礦應(yīng)結(jié)合自身條件多方位全面考慮，采用適合本礦井實際智能化開采技術(shù)，以實現(xiàn)煤炭開采的經(jīng)濟(jì)、安全、高效、節(jié)能、智能化發(fā)展。煤礦企業(yè)在未來發(fā)展過程中，還要根據(jù)企業(yè)自身的實際情況，不斷研發(fā)新型的智能化管理方法，提高智能化應(yīng)用水平，從而提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和安全性。1煤礦智能開采現(xiàn)狀近10年來，國際采礦設(shè)備公司均在大力發(fā)展智能采礦裝備及相關(guān)技術(shù)，如瑞典的山特維克公司、阿特拉斯科普柯公司等，不僅開發(fā)了大量自動化或智能化采礦設(shè)備，而且研發(fā)了多種智能礦山的技術(shù)與裝備系統(tǒng)；加拿大國際鎳公司除固定設(shè)備實現(xiàn)自動化外，鏟運機(jī)、鑿巖臺車、井下汽車均實現(xiàn)了無人駕駛，井下基本不需要設(shè)置工作人員。以網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)為代表的高新技術(shù)迅速發(fā)展，現(xiàn)代信息技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展使得礦山的自動化或智能化開采成為可能，我國在一個新的起點開展智能開采技術(shù)研究。目前，我國自動化及信息化水平尚不能滿足智能開采要求；缺少具有自主知識產(chǎn)權(quán)的井下綜合通信、定位導(dǎo)航等實現(xiàn)智能開采的支撐技術(shù)與軟件平臺；智能化開采相關(guān)技術(shù)研究力量分散，未能形成強大的研發(fā)團(tuán)隊。智能開采采用現(xiàn)代高新技術(shù)提升傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)，推動我國礦產(chǎn)資源開發(fā)向高效、安全、綠色與可持續(xù)發(fā)展，增強我國礦業(yè)行業(yè)的核心競爭能力。煤礦企業(yè)應(yīng)結(jié)合實際狀況選擇智能化開采技術(shù)，在保證施工安全基礎(chǔ)上，推動煤礦業(yè)發(fā)展提出了煤礦工作面自動化控制技術(shù)的發(fā)展平臺，對煤礦工作面自動化、智能化、制約因素及目前發(fā)展中存在的問題進(jìn)行深入檢索與剖析，為煤礦工作面智能開采技術(shù)研究提供了便利。2煤礦智能化開采關(guān)鍵技術(shù)2.1智能控制技術(shù)智能控制系統(tǒng)是在智能感知系統(tǒng)基礎(chǔ)上成立的，其中主要包含工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、大數(shù)據(jù)技術(shù)、自動化技術(shù)等。按照開采智能化程度區(qū)分，并將其劃分為遠(yuǎn)程控制、機(jī)器人控制與自主控制三個等級，有利于提高智能化開采水平。應(yīng)用智能開采技術(shù)可將采煤、運輸、動力與安全等多個環(huán)節(jié)整合到一處，一方面實現(xiàn)了對礦井設(shè)備的集中控制及統(tǒng)籌管理，另一方面通過人工遠(yuǎn)程操控配合綜采設(shè)備實現(xiàn)了自動化采煤。系統(tǒng)融合了數(shù)字化、可視化、自動化及智能化技術(shù)，使三機(jī)配套裝備無縫結(jié)合，實現(xiàn)對綜采設(shè)備的遠(yuǎn)程監(jiān)控及控制功能；依據(jù)主煤流系統(tǒng)運行狀態(tài)，協(xié)調(diào)控制刮板運輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、采煤機(jī)之間的平行協(xié)作關(guān)系，實現(xiàn)煤炭智能化開采。2.2綜采智能化管理平臺煤礦企業(yè)構(gòu)建綜采智能化管理平臺，必須充分結(jié)合自身實際情況，以通信和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)為基礎(chǔ)，利用國內(nèi)外先進(jìn)技術(shù)手段，科學(xué)構(gòu)建綜采工作面智能化管理系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含的模塊具有極強的多樣性，如故障分析模塊、環(huán)境監(jiān)測模塊及監(jiān)控模塊等。在科學(xué)利用監(jiān)控模塊的情況下，智能化管理平臺監(jiān)控煤礦知智能化開采過程，針對綜采設(shè)備運行偏差問題以及周圍環(huán)境變化問題及時采取措施調(diào)整綜采設(shè)備的運行狀態(tài)；故障分析模塊在機(jī)械設(shè)備運行故障時，對故障點的原因進(jìn)行深入分析，將匯總報告?zhèn)鬏斨林悄芑芾砥脚_，工作人員遠(yuǎn)程控制解決故障，對煤礦實現(xiàn)精細(xì)化智能開采作業(yè)具有重要意義[2]。2.3實時交互技術(shù)煤炭的智能化開采過程中，遠(yuǎn)程監(jiān)控端隨時采集設(shè)備的狀態(tài)信息，設(shè)備和人員之間隨意建立連接；通過智能化管理平臺實時交互，綜采設(shè)備可根據(jù)其他設(shè)備運行信息對自身進(jìn)行調(diào)整。有效提升綜采設(shè)備聯(lián)合運行性能，遠(yuǎn)程控制采煤機(jī)、刮板運輸機(jī)、破碎機(jī)及轉(zhuǎn)載機(jī)的運行狀態(tài)，遠(yuǎn)程控制采煤機(jī)、液壓支架聯(lián)動狀態(tài)；依據(jù)主煤流系統(tǒng)運行狀態(tài)，實現(xiàn)采煤機(jī)的變頻調(diào)速，協(xié)調(diào)控制刮板運輸機(jī)、轉(zhuǎn)載機(jī)、破碎機(jī)、采煤機(jī)運行的功能。以視頻監(jiān)控全工作面設(shè)備運行狀態(tài)、煤壁狀態(tài)，運用電氣自動化控制支架系統(tǒng)，調(diào)整液壓支架高度使其與煤層厚度相適應(yīng)；通過電氣自動化控制技術(shù)的具體應(yīng)用，不斷優(yōu)化綜采設(shè)備協(xié)同運作方式，完善煤炭智能化開采系統(tǒng)；實時交互技術(shù)應(yīng)嚴(yán)格依照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)對該項技術(shù)進(jìn)行開發(fā)，從而創(chuàng)新煤礦智能化開采技術(shù)[3]。2.4遠(yuǎn)程監(jiān)督型控制技術(shù)遠(yuǎn)程監(jiān)督型控制技術(shù)可使智能開采技術(shù)結(jié)合人工智能智慧、機(jī)器設(shè)備與煤巖介質(zhì)之間形成一種交互關(guān)系，通過整個生產(chǎn)過程實時動態(tài)響應(yīng)的信息集成，實現(xiàn)采礦設(shè)備的集中控制。在煤炭智能開采過程中，利用傳感器網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實現(xiàn)生產(chǎn)過程、礦山安全、設(shè)備運轉(zhuǎn)的監(jiān)控與數(shù)據(jù)自動采集和可視化處理，憑借遠(yuǎn)程人工方法干涉綜采設(shè)備自動化進(jìn)程，對煤炭開采工藝進(jìn)行合理規(guī)劃，根據(jù)煤炭狀況合理調(diào)節(jié)綜采設(shè)備運行狀態(tài)，充分發(fā)揮智能開采技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)煤炭智能化開采。3智能化開采技術(shù)的未來發(fā)展3.15G技術(shù)智能化開采技術(shù)5G最為關(guān)鍵的能力就是可靠性強、用時短等。借鑒國內(nèi)航天、航空和航海中普遍應(yīng)用的慣性導(dǎo)航技術(shù)，將5G技術(shù)引入到煤礦井下的精確定位系統(tǒng)中，在全面應(yīng)用慣導(dǎo)技術(shù)的基礎(chǔ)上，逐步實現(xiàn)開采裝備的自主導(dǎo)航功能。5G能夠?qū)Σ擅簷C(jī)姿態(tài)、采煤機(jī)速度和煤巖識別等進(jìn)行判斷，邏輯控制序列中的動作。并且空口時延、端對端時延已經(jīng)達(dá)到了毫秒級別，具有較高的可靠性，進(jìn)一步保障了該設(shè)備遠(yuǎn)程監(jiān)控更加精準(zhǔn)，得出更加可靠的信息[4]。3.2注重大數(shù)據(jù)的分析和應(yīng)用現(xiàn)階段，工作面安裝了大量傳感器用于感知裝備姿態(tài)、圍巖變化、瓦斯、水火等，布置高清攝像頭采集工作面的圖像，這些數(shù)據(jù)大部分只是起到預(yù)警、展示作用，尚未充分挖掘數(shù)據(jù)間的邏輯關(guān)系，沒有對圍巖環(huán)境動態(tài)變化趨勢進(jìn)行預(yù)測及分析。未來的趨勢是開發(fā)大數(shù)據(jù)分析平臺，改變以往煤礦根據(jù)經(jīng)驗控制裝備的情況，建立以感知數(shù)據(jù)為控制邏輯的新型控制方式。3.3實時仿真平臺和智能決策系統(tǒng)開發(fā)現(xiàn)有仿真系統(tǒng)多根據(jù)圍巖狀態(tài)感知、支架立柱壓力感知、支架傾角感知等數(shù)據(jù)繪制工作面裝備示意圖、工作面支架壓力柱狀圖等，其實時性較差；另外，現(xiàn)有系統(tǒng)沒有決策功能，絕大部分煤礦的控制平臺都只起到展示作用。未來發(fā)展的重點在于提高數(shù)據(jù)傳輸與分析的實時性及智能決策算法的開發(fā)，研究解決復(fù)雜地質(zhì)條件下智能自適應(yīng)控制的問題。結(jié)束語隨著國內(nèi)外智能化開采技術(shù)的不斷推進(jìn)，我國部分現(xiàn)代化礦井智能化開采水平明顯提升，為我國煤礦合理、高效、完全、綠色、持續(xù)的發(fā)展提供了有力保障。煤炭行業(yè)應(yīng)抓緊信息技術(shù)的發(fā)展，借助智能化技術(shù)完成行業(yè)的自動化、智能化轉(zhuǎn)型與發(fā)展，進(jìn)而減少人力物力成本資源的投入，提高開采量與開采質(zhì)量，保持煤炭開采總體利用率的高水平，逐漸完善采礦生產(chǎn)系統(tǒng)，使我國的煤礦開采更加具有規(guī)模性與秩序性。參考文獻(xiàn)［1］梁小軍.煤礦智能化開采技術(shù)的創(chuàng)新與管理［J］.智能城市，2020，6（22）：105?106.［2］馬躍華，潘喆懿，李沛奇.煤礦智能化開采技術(shù)要點探析［J］.內(nèi)蒙古煤炭經(jīng)濟(jì)，2020，38（16）：17?18.［3］關(guān)旭