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智慧煤矿与智能化开采关键核心技术分析魏鑫鑫（国能神东煤炭集团 榆家梁煤矿，陕西 榆林）摘 要：随着我国经济的快速发展和科学技术水平的飞速发展，在煤矿生产中应用智能化采矿技术是适应时代潮流的必然要求，也是满足现代煤炭开采的需要。同时，智能采掘技术还可以提高煤矿的产能。本文从“智能化煤矿”的内涵入手，剖析了智能化技术在煤矿开发中的优越性，并对当前我国“智能化”的关键技术进行了深入剖析。关键词：煤矿；智能化开采；关键核心技术中图分类号：；文献标识码：文章编号：（）当前，在我国甚至在全球的能源供给中，煤炭占有很大比重，且将继续扮演主导角色。随着全球经济一体化进程的加快，我国国际交往和合作日益密切，随着信息化和智能化两个阶段的不断发展，我国煤炭行业应积极进行相关技术的创新；在煤矿生产中应用智能化采矿技术，提高生产效率，推动煤矿工业持续快速的发展。采用智能化采矿技术，可以有效改善煤矿的生产效率和质量，保障国家能源的安全和稳定，促进绿色工业革命的发展。从这一点可以看出，在煤矿生产中应用智能化采矿技术是十分必要的。利用智能化技术进行煤矿开发，及时解决煤矿开采中出现的技术问题，使我国煤炭生产实现智能化、高效化、安全化和现代化工业的绿色目标。煤矿智能化开采的重要性煤炭在全球能源中占有举足轻重的地位。随着社会和经济的发展，全球的能源结构也在不断地向新能源转变，但化石能源依然占据了很大的比例，仍旧是能源的主要组成部分。在国家能源消费统计中，传统的矿物能源占据了 的比例。此外，通过对我国能源消费状况的调研和数据分析，可以看出，从 至 年间，我国的化石能源占到了 以上。专家们还预测了我国的能源消费状况，表明了在今后的 年内，化石能源的消耗量不会发生变化。矿物能源的开发面临着许多困难和挑战。在我国的矿产资源开发中，大部分的煤矿内部结构非常复杂；同时，出现的大量自然灾害，如地下水、瓦斯、煤尘、顶板等，这些问题不但会影响到能源的开发，还会给从事采矿作业的人员带来极大的安全隐患。仅 年上半年，全国煤矿发生生产安全事故 起，名矿工丧生，其中包括 起安全生产事故，名遇难者。由于社会和经济的发展，煤矿的安全问题引起了越来越多人的关注，对煤矿的开采工作也提出了更高的要求，很多煤矿都在进行变革，以期减少煤矿生产中的意外，提高煤矿的安全性。智能化煤矿的具体含义“智能化”指的是利用互联网、大数据、云计算等先进技术，让机器取代人类劳动。采用智能化技术采集煤炭，即在使用先进的仪器和设备的同时，使其具有对周围环境的洞察力和判断力，能够根据相关流程，快速完成工作。这种先进的仪器，可以在工作时，通过人工设置的高阶程序，对各种数据进行持续的采集、存储和识别，并对采集到的数据进行汇总，更好地完成工作。所谓的智能化就是将相关的技术和软件添加到煤矿的自动化生产系统中，使机器设备可以自动识别和学习系统中的信息，并对其进行累积；能正确指导机械作业，提高煤矿生产作业的生产效率。比如，用煤机设备探测煤矿情况，通过智能识别和图像传输，可以清楚地看到煤矿的状况，更好地掌握煤矿的环境，同时，它还可以根据采集的煤矿数据，自动显示与煤矿生产相关的参数，在节省采矿费用的同时，提高了生产效率。要实现煤矿的智能化，关键在于在煤矿生产中采用的智能设备，这种设备可以让人的体力和脑力得到充分释放，并且可以自动收集、分析与学习。但需通过不断的实践，才能在不同的煤矿生产中，充分地利用其优势，真正地实现煤矿的无人化运行。智能化煤矿的开发，其实就是以自动化系统作为基础，将现代智慧采矿的思想融入煤矿生产中，利用互联网、云计算、大数据等技术，通过采集和分析数据，自主做出决策与行动，根据不同的开采环境，有针对性地对数据进行精准调整，使煤矿生产实现智能化、无人化作业。煤矿开采运用智能化优势煤矿生产中的安全事故是无法避免的，煤矿的环DOI:10.13487/ki.imce.022905境条件复杂，即便采取了相应的安全措施，也无法有效预防安全事故。安全事故对采矿工人的伤害最大，对社会也会产生很大的负面影响。通过降低矿工的劳动参与，采用智能装备取代人力，可以在很大程度上解决矿工的伤亡问题。另外，采用智能化的煤矿采掘技术，可以提高工作效率。智能仪器可以快速准确地向技术人员展示运算结果，大大简化了工作内容，提高了工作效率。智慧煤矿平台建设智能化煤矿的功能要求与实际情况以及煤矿发展的需求相适应。煤矿多系统集成经营平台以煤矿为主体，具有信息感知、传感、智能等功能。利用集成的管理平台，能够分析应用的商业逻辑，实现智能化的生产与员工管理的应用。同时，它还能构建智能煤矿的框架，全面覆盖煤矿的各个方面，使煤矿工作更加透明。它可以解决煤矿智能化建设中常见的数据存储割裂、资源混乱等问题，实现对生产过程的安全监控和信息管理，为煤矿的决策提供科学依据。在构建管理运营平台的过程中，该平台必须具有如下功能和特点：第一，平台必须具备规范完整的数据。所有进入作业平台的资料，必须采用统一的标准格式，资料可以以相同的形式进行交换或储存，如此一来，通信就没有了任何阻碍。第二，必须统一数据存储系统。所有的监控数据都要采用统一的存储方式，保证数据的存储和查询性能，便于数据工作人员对数据进行科学管理，有效地防止数据的混乱。第三，必须保证数据传送的实时、稳定性。在数据传输中，必须具有较高的实时性，以解决某些数据延时的问题。而且，这种能力在做出决定时，也非常有用。它所要求的稳定性，就是要解决通信的不稳定问题。只有这样，智能系统才能持续地运转下去。第四，必须具有可配置的平台。在操作系统的前、后两个平台恰当地安装完整的配置，这样既可以支持应用程序和业务逻辑，又可以在配置中心进行统一的配置。第五，要有能够进行大数据分析的平台。它可以实现对数据的访问和全方位的管理，可以与大数据平台进行有效的连接，支持大数据的应用，并且可以实现数据的可视化。第六，必须有一个开放的平台。需具备可支撑多种采矿设备使用的能力，使其可以在不同行业中使用，也可以与更先进的智能设备相结合。煤矿智能化开采关键核心技术在智能煤矿中，智能化的开发是一个亟待解决的问题。在地质条件较好的情况下，采用智能化的采矿方法，能够有效地提高煤矿的经济效益。但是，当煤矿的生产环境比较复杂时，智能化的开采很难达到预期的效果，所以必须对有关技术进行优化。精确定位和地下开采装备煤矿开采与掘进设备的定位与导航模式，保证了煤矿掘进设备按照标准化的规划方向、路径实施，并对设备的空间位置和运行轨迹进行精确测量。但由于煤矿的电磁环境比较复杂，在没有卫星的情况下，空间的封闭性很强，不能精确地进行定位和导航。目前的 技术主要是利用 和各种定位、导航技术进行导航，但是在实际应用中遇到了很多问题，这就需要正确了解下列技术：第一，惯性导航技术能够在高精度、低成本的磁场环境下使用；第二，场景晶片技术，能够进行区域定位与导航；第三，煤矿无线通信技术；第四，定位系统的高精度；第五，掘进机的导航技术；第六，采用交通工具实现无人驾驶。做好环境信息感知，确保信息传输的可靠性通过对环境和设备状态的感知，可以实现对智能的判断并做出相应的控制和管理。但是，由于地下湿度大，容易造成粉尘爆尘，在高磁场条件下，对检测技术的发展存在很大的障碍。采用三维激光扫描仪，保证了对煤层的精确辨识，并监测了低照度的空间影像，实现了对深层地球物理场的检测，使煤矿技术得到最大限度的利用。在此阶段，采用地质雷达探测、高光谱探测、振动探测等技术，对可见光视频和红外图像采集技术进行了改进和优化。技术的关键在于：第一，开采前方的近场检测技术；第二，高光谱的煤岩石检波器；第三，利用光纤网在高速低速振动条件下，合理定位采矿设备，并安装智能化传感器；第四，利用极端的物理场监控微型光纤的智能感测器，并对其进行适当佩戴；第五，运用核磁共振技术，对煤矿两侧、工作面和顶底板进行安全风险预测；第六，采用智能化的煤炭流量监控和辨识系统；第七，保证智能微传感器的物联，确保其具有自我定位、自供电、自通信等功能。大规模复杂系统数据分析煤矿生产管理是一个复杂的过程，生产过程中会产生大量的数据和信息。目前，由于在煤矿的采掘过程中难以发现和发掘出有意义的资料，也不能把握采矿数据的规则，因此，采用智能化采矿管理系统的关键在于以下几个方面：第一，重视数据的分析，该数据包括多层次、多特征、多类数据；第二，采取自主感知、智能信息匹配、智能推送的措施；第三，根据视频的内容进行识别，利用海量数据进行分析；第四，重视围岩探测、知识发现与数据融合。复杂煤层的自动化割煤、智能化决策与控制要提高采煤设备的智能化水平与适应性，但由于煤层的变化，容易受到陷落柱和断层的影响，加大了采煤自动化的难度。在此阶段，研究人员主要采用了图像识别、灰度、振动辨识等方法取得的结果不是很好，因此必须想方设法解决现有问题。基于精确定位导航，应用井下避障技术工业以太网和井下无线网的同时使用，使通信协议种类繁多，对系统的互联效应产生了很大的影响，同时也降低了系统的负载能力，阻碍了智能采矿技术的推广。尽管目前实施了“一网到底”的措施，但数据的数量还是会有所增长。现有的技术无法满足数据传送和实时性的控制要求，主要的技术突破在于：第一，利用 技术标准建立煤矿井下的通信网络；第二，利用网络技术，重视煤矿数字化技术的研发；第三，加强通信技术和远程协调控制技术；第四，紧急通信支持体系。煤矿机器人处理问题煤矿生产已进入无人化、自动化、智能化的发展阶段，因此，要保证煤矿生产设备正常、安全运行。由于自动化维护困难，因此，对无人化、智能化和自动化的影响较大，关键技术应着重于下列几个方面：第一，煤矿防雷作业机械是其关键的技术环节。第二，煤矿安全防护系统在特定的工作条件下具有很好的性能，能够正确地判断自身状况。第三，煤矿内空间比较复杂，采用防爆机械臂可以实现稳定、具有自动避难的能力。第四，可以将信息进行整合，并进行空间路线的设计，这具有很高的技术含量。第五，煤矿井下的防爆电源具有连续的维修能力，有较高的技术可靠性。第六，通过联合通信系统实现对该系统的协调。第七，煤矿安全防护机械设备的规范化和科学化。采掘装备关键元器件随着科技的进步，煤矿开采设备的国产化程度不断提高，但关键原材料和元器件仍然严重依靠国外，严重制约了煤矿开采设备的发展。需要进行主要技术突破的是：第一，可以在高腐蚀性的煤矿中使用，并完全取代国外原料，使国内原料得到更好的处理。第二，开发具有高工作阻、高精度的数码液压缸。第三，磁化技术，采用电磁卸料技术，流量和可靠性都比较高。第四，具备很好机械结构的镐型截齿机，使用硬质合金、耐磨材料、破岩工具、生产技术等。第五，多负载、联动、独立控制技术。第六，高质量的密封件和工艺。工作面设备自动化处理故障难题煤矿生产的自动化，充分体现了采矿技术的智能化，使其能够在最短的时间内，及时发现煤矿内的设备故障，保证煤矿的持续稳定。长期以来，离线的处理和研究都可以解决单个设备的故障。工作面装备系统在操作过程中容易出现复杂的问题，原因在于对其进行的相关研究不够，缺少自动化的处理手段，这大大制约了煤矿智能化开发。智慧煤矿和智能化开采对策煤矿地质条件复杂、安全风险大，是制约煤矿生产的主要原因。针对煤矿机器人的智能化生产核心技术问题，应着重对有关问题进行深入分析和探讨，从而达到产学研用协同发展目的，有效克服煤矿的机械化采掘问题。主要内容有数据的采集应用、技术装备研发、智能决策等。在智能采矿技术方面，要保证决策的科学化，保证生产管理的科学性和合理性，达到智能采矿的目的，对煤炭资源管理和产能布局进行调整，强调绿色开采和能源节约，并将其纳入煤炭资源的开发方针，逐步淘汰传统的开采方法和低产能的设备，改变煤矿的经营方式，优化煤矿管理，建立智能化煤矿，实施智能采矿，提供科学的对策，全面的云技术支持，建立智能采矿团队，提高煤矿的服务市场化程度，以解决煤矿经营不平衡、人才能力不强等问题。总结通过智能化采矿技术的应用，可以推动我国煤炭工业的迅速转变和升级，推动我国的关键技术得到进一步的改进和优化。要真正实现煤矿的智能化，必须不断突破煤矿的技术难点，不断研发和采用最新的先进装备和技术，以降低煤矿的人工费用，从源头上保障煤矿的安全，使煤炭工业得到迅速发展。参考文献：王国法，杜毅博智慧煤矿与智能化开采技术的发展方向煤炭科学技术，（）：杨志勇，刘福明，佟德君露天煤矿智慧矿山创新设计理念露天采矿技术，（）：孙喜民，时亚民践行能源革命发展现代智慧型煤矿中国煤炭工业，（）：王国法，王虹，任怀伟，等智慧煤矿 情景目标和发展路径煤炭学报，（）：范京道，闫振国，李川基于 技术的煤矿智能化开采关键技术探索煤炭科学技术，（）：作者简介：魏鑫鑫（），男，陕西西安人，本科，助理工程师，研究方向：采矿工程。