煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)及其發(fā)展

煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)及其發(fā)展摘要：信息時(shí)代的到來(lái)，使得社會(huì)各行各業(yè)相繼步入了技術(shù)化、智能化、集成化的發(fā)展時(shí)代。因煤礦開(kāi)采成本的增加和國(guó)家對(duì)于節(jié)能減排的政策要求，在煤礦開(kāi)采上，如何更好地提升效率，實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級(jí)是煤礦開(kāi)采接下來(lái)的重要研究方向。20世紀(jì)90年代，部分學(xué)者提出采礦智能化的概念，為實(shí)現(xiàn)無(wú)人化綜合開(kāi)采做出積極貢獻(xiàn)，相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)也被陸續(xù)研究出爐。本文主要對(duì)煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)及其發(fā)展進(jìn)行論述，詳情如下。關(guān)鍵詞：煤礦；智能化；開(kāi)采技術(shù)；發(fā)展引言智能化采煤技術(shù)通過(guò)結(jié)合人工智能，以智能采煤機(jī)器、智能液壓支架等煤礦挖掘設(shè)備為核心，結(jié)合遠(yuǎn)程監(jiān)控，利用自動(dòng)控制系統(tǒng)，進(jìn)行煤礦的開(kāi)采。這種方式不僅可以減人增效、節(jié)能減排，也能保證采煤安全性，是信息化和工程化相結(jié)合而帶來(lái)的煤礦開(kāi)采技術(shù)改革和創(chuàng)新，也是推動(dòng)采礦產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的又一創(chuàng)舉。1我國(guó)煤礦智能化開(kāi)采狀況目前，我國(guó)的煤礦開(kāi)采步入初級(jí)智能化階段，開(kāi)采工作的開(kāi)展與國(guó)家政策和國(guó)家對(duì)于科研力量的投入程度息息相關(guān)。近些年，在國(guó)家對(duì)于技術(shù)設(shè)備政策和資金的支持下，我國(guó)煤礦智能化開(kāi)采有了重大進(jìn)展。2013年關(guān)于加快煤礦開(kāi)采智能化、機(jī)器人研發(fā)、采煤工作面分類技術(shù)條件和評(píng)價(jià)體系等一系列的標(biāo)準(zhǔn)和政策的發(fā)布，極大推進(jìn)我國(guó)示范煤礦和采煤智能化工作的進(jìn)程，從2019年到2022年，一些省份陸續(xù)推出驗(yàn)收煤礦智能化的方法，在《國(guó)家能源集團(tuán)煤礦智能化建設(shè)指南》中對(duì)煤礦智能化進(jìn)行初、中、高級(jí)的智能化煤礦分類，2021年3月頒布了《智能化煤礦建設(shè)指南》，提出指導(dǎo)思想、原則和目標(biāo)、要求和內(nèi)容。我國(guó)863計(jì)劃，將準(zhǔn)能露天煤礦和錦界煤礦建設(shè)成為數(shù)字礦山重點(diǎn)研究和示范項(xiàng)目，2018年研發(fā)的《千萬(wàn)噸級(jí)特厚煤層智能化綜放開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)及示范》，通過(guò)對(duì)裝備系統(tǒng)和多項(xiàng)技術(shù)研究，大大提升生產(chǎn)安全性和行業(yè)智能化科技水平。2煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)2.1薄煤層智能開(kāi)采工作面煤層透明化地質(zhì)勘查技術(shù)基于工作面透明地質(zhì)模型結(jié)合支架超前雷達(dá)、工作面三維激光掃描、巡檢機(jī)器人等智能化開(kāi)采裝備，實(shí)現(xiàn)了榆家梁煤礦43101工作面智能化開(kāi)采，通過(guò)回采后的每日剖面測(cè)量煤層厚度、煤層底板起伏形態(tài)與激光掃描識(shí)別的煤巖界面、基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)構(gòu)建的煤巖界面以及采煤機(jī)實(shí)際截割曲線的參數(shù)對(duì)比分析，進(jìn)而進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)：（1）基于地質(zhì)數(shù)據(jù)構(gòu)建的透明工作面模型與實(shí)際測(cè)量的對(duì)比雖然存在一定的差異性，但是精度已經(jīng)大幅度的提高，能夠達(dá)到0.20米的精度要求，雖然局部存在較的大誤差，都是地質(zhì)的突變等引起的。（2）在靜態(tài)煤層透明化模型的基礎(chǔ)上，模型需要不斷的根據(jù)三維激光掃描以及剖面地質(zhì)測(cè)量的結(jié)果不斷的修正、更新模型，最終通過(guò)人工智能不斷優(yōu)化，在后續(xù)工作面的工程實(shí)踐中會(huì)有更好的表現(xiàn)。（3）采用該勘查技術(shù)體系，實(shí)現(xiàn)了對(duì)智能開(kāi)采工作面煤層的透明化勘查，有效指導(dǎo)工作面采煤機(jī)對(duì)煤層頂板、底板巖層的切割，提高了綜采工作面煤炭資源的回收率、減少了工作面煤中矸石的含量、提高了薄煤層綜采工作面煤質(zhì)、降低工作面產(chǎn)生的粉塵、機(jī)械設(shè)備的損耗、尤其是煤機(jī)截齒的損耗，減少了因矸石的運(yùn)輸、管理、洗選等成本投入，實(shí)現(xiàn)了煤礦節(jié)能、降本增加效益的目標(biāo)。（4）工作面實(shí)現(xiàn)智能化開(kāi)采，大幅降低了井下工作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，使工人遠(yuǎn)離粉塵環(huán)境工作。實(shí)現(xiàn)工作面智能化減人，大幅度提高了工作的效率和設(shè)計(jì)的指導(dǎo)性和準(zhǔn)確性。2.2關(guān)于5G技術(shù)在煤礦智能化的應(yīng)用5G技術(shù)以能夠全新的無(wú)線高度融合進(jìn)技術(shù)的特殊優(yōu)勢(shì)而得到社會(huì)的關(guān)注。它可以讓網(wǎng)絡(luò)技術(shù)架構(gòu)和5G技術(shù)高度融合，在無(wú)線技術(shù)領(lǐng)域，全頻譜接入、多址技術(shù)和大規(guī)模天線陳列技術(shù)是5G的關(guān)鍵技術(shù)內(nèi)容。5G技術(shù)的使用可以大大提升網(wǎng)絡(luò)通信系統(tǒng)性能，具有頻譜更寬、更可靠、安全性更高、傳輸更快、傳輸量更大、延時(shí)性更低等特點(diǎn)。具體到應(yīng)用于煤礦智能化中，可以分為如下幾個(gè)方面：①高精細(xì)度的實(shí)時(shí)定位與應(yīng)用服務(wù)。通過(guò)網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，將煤礦智能化應(yīng)用物理空間網(wǎng)格進(jìn)行切割和劃形分成多個(gè)虛擬空間，根據(jù)對(duì)于不同虛擬空間的不同需求，來(lái)增強(qiáng)其不同功能，靈活應(yīng)對(duì)煤礦智能化開(kāi)采應(yīng)用過(guò)程中的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場(chǎng)景?；?G技術(shù)優(yōu)勢(shì)，實(shí)現(xiàn)高精度的實(shí)時(shí)定位和服務(wù)應(yīng)用，改變了傳統(tǒng)的定位系統(tǒng)和傳統(tǒng)傳輸技術(shù)，更能夠確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性。②虛擬交互應(yīng)用。主要體現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)的應(yīng)用中，顛覆了傳統(tǒng)的人機(jī)互動(dòng)方式，讓煤礦智能化開(kāi)采經(jīng)過(guò)三個(gè)階段的技術(shù)變革過(guò)程：三維建模和虛擬展示、互動(dòng)模式和可視化設(shè)計(jì)、混合現(xiàn)實(shí)與云端實(shí)時(shí)渲染。比如，在混合現(xiàn)實(shí)和云端實(shí)時(shí)渲染階段，能夠?qū)碌拿旱V資源采取虛擬開(kāi)采和協(xié)同運(yùn)營(yíng)的操作。③遠(yuǎn)程實(shí)時(shí)監(jiān)控和控制。傳統(tǒng)的方式需要用傳感器、路由器、多類型互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議，將數(shù)據(jù)通過(guò)傳感器匯集到集中控制中心再到遠(yuǎn)程控制中心，數(shù)據(jù)傳輸?shù)募皶r(shí)性不高，對(duì)于井下空間有安全風(fēng)險(xiǎn)的情況不能采用遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。2.3智能化建井我國(guó)煤礦智能化發(fā)展尚處于初級(jí)階段，煤礦的智能化建井剛起步，行業(yè)整體關(guān)注程度不足，需要“政產(chǎn)學(xué)研用”全行業(yè)共同聚焦研究，加快提升智能化建井技術(shù)水平。要充分結(jié)合煤礦智能化發(fā)展趨勢(shì)，明確智能化建井的發(fā)展原則、方向和目標(biāo)。要堅(jiān)持市場(chǎng)主導(dǎo)與政府引導(dǎo)，堅(jiān)持立足當(dāng)前與謀劃長(zhǎng)遠(yuǎn)，堅(jiān)持自主創(chuàng)新與開(kāi)放合作，堅(jiān)持典型示范與分類推進(jìn)發(fā)展原則?？傮w目標(biāo)：實(shí)現(xiàn)煤礦建設(shè)過(guò)程“有人安全巡視、無(wú)人現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)”。在“十五五”期間，大中型煤礦建設(shè)應(yīng)全面采用智能化建井工藝，作業(yè)全流程達(dá)到實(shí)時(shí)感知、全息互聯(lián)、智能控制和持續(xù)優(yōu)化，建井施工工藝顯著優(yōu)化、職工勞動(dòng)強(qiáng)度大幅度降低、作業(yè)環(huán)境明顯改善、建井施工實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全。當(dāng)前主要工作：（1）開(kāi)展井巷多階段智能化建井技術(shù)體系、復(fù)雜系統(tǒng)模型建立與決策機(jī)制的基礎(chǔ)理論研究；（2）科學(xué)規(guī)劃智能化建井的頂層設(shè)計(jì)，構(gòu)建多系統(tǒng)協(xié)同的智能化建井巨系統(tǒng)；（3）建立智能化建井的體系框架和技術(shù)要求，進(jìn)行系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計(jì)，確保系統(tǒng)性、兼容性、可靠性、安全性；（4）創(chuàng)新融合多學(xué)科、多領(lǐng)域、多系統(tǒng)的智能化建井技術(shù)與工藝，形成各類礦山、不同內(nèi)容的智能化標(biāo)準(zhǔn)體系；（5）建立智能化建井的分類、分級(jí)評(píng)價(jià)體系。結(jié)語(yǔ)近些年來(lái)，煤礦開(kāi)采的深度越來(lái)越大，開(kāi)采所處的井下環(huán)境也越來(lái)越復(fù)雜，傳統(tǒng)的人工控制技術(shù)已經(jīng)無(wú)法滿足煤炭開(kāi)采的需求，并且長(zhǎng)期采用傳統(tǒng)技術(shù)還會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)率降低，甚至出現(xiàn)安全事故。因此引入綜采工作面遠(yuǎn)程智能化控制系統(tǒng)。該系統(tǒng)在傳統(tǒng)技術(shù)的基礎(chǔ)上有效實(shí)現(xiàn)了設(shè)備之間的同步運(yùn)行，使得設(shè)備性能達(dá)到最優(yōu)，并且可以通過(guò)總控制臺(tái)對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，有效提升采煤機(jī)、液壓支架和刮板輸送機(jī)的使用效率。在該系統(tǒng)控制下，設(shè)備運(yùn)行平穩(wěn)且性能優(yōu)異，不僅減少了人力的投入，還在很大程度上保障了煤礦作業(yè)和工作人員的安全。參考文獻(xiàn)［1］高旭彬.綜掘工作面遠(yuǎn)程可視化控制關(guān)鍵技術(shù)研究［J］.煤炭科學(xué)技術(shù)，2019，47(6)：17-22.［2］王國(guó)法，張德生.煤炭智能化綜采技術(shù)創(chuàng)新實(shí)踐與發(fā)展展望［J