煤礦智能化開采技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望

煤礦智能化開采技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望摘要:智能化開采技術(shù)在開采的應(yīng)用科學(xué)、直觀、便于管理、降低風(fēng)險(xiǎn)，從簡單地質(zhì)條件測量到復(fù)雜地質(zhì)條件開采，都可以利用智能化開采技術(shù)逐步展開。目前，煤礦井下綜采工作面地質(zhì)環(huán)境復(fù)雜多變，影響到綜采工作面智能無人化開采的發(fā)展進(jìn)程，但是可以先在較簡單的地質(zhì)條件下實(shí)現(xiàn)智能無人化開采，再通過不斷的技術(shù)提升，使得無人化開采技術(shù)不斷進(jìn)步，逐漸適應(yīng)較為復(fù)雜的地質(zhì)條件。

關(guān)鍵詞:智能開采技術(shù)應(yīng)用發(fā)展

1應(yīng)用智能開采技術(shù)的必要性

伴隨開采的逐步深入，礦山的深部開采終歸勢在必行，而深部開采必須要采用更大規(guī)模、更智能、高效與精細(xì)的開采技術(shù)與裝備，這主要有兩個(gè)原因:

（1）深部開采對通風(fēng)、地壓、支護(hù)、提升、降溫、裝備等環(huán)節(jié)要求更高，開采也更為復(fù)雜，成本會隨之增加，總體利潤下滑，為確保企業(yè)具有足夠的市場競爭力所必須采取的措施。

（2）因?yàn)樯畈康V體開采常因高地壓和開采擾動導(dǎo)致地壓災(zāi)害，巖移、冒頂、片幫甚至巖爆等災(zāi)害頻發(fā)，難以預(yù)料，開采作業(yè)人員和設(shè)備的安全受到嚴(yán)重威脅。為了扭轉(zhuǎn)這種局面，就要從開采工藝技術(shù)和機(jī)械設(shè)備入手，全面提高機(jī)械的適應(yīng)力，提高采掘技術(shù)和礦山機(jī)械設(shè)備性能。智能開采就是依托礦山大規(guī)模無人裝備與智能化系統(tǒng)，綜合優(yōu)化調(diào)度與生產(chǎn)管理，在開采作業(yè)中，更多的使用機(jī)器代替人工，實(shí)施精準(zhǔn)開采，達(dá)到地下礦產(chǎn)經(jīng)濟(jì)、安全、高效開采的最終目的，企業(yè)的發(fā)展達(dá)到經(jīng)濟(jì)與安全性平衡。

2智能開采技術(shù)的分層與應(yīng)用過程

智能開采技術(shù)快速發(fā)展，表現(xiàn)在開采裝備的智能化進(jìn)程逐步升級，無人、集中控制的開采設(shè)備，已經(jīng)投入實(shí)際應(yīng)用的階段。較典型的無軌裝備開采的智能開采技術(shù)主要分為控制層、傳輸層和執(zhí)行層?？刂茖邮呛诵膶?，成為整個(gè)系統(tǒng)的支撐控制平臺，負(fù)責(zé)智能開采全部過程的調(diào)度和控制。傳輸層是指井下泛在信息采集與井下無線通訊技術(shù)與裝備，實(shí)現(xiàn)礦井高速無線通訊和數(shù)據(jù)傳輸，即泛在信息采集與井下無線通訊。傳輸層和控制層的智能裝備即智能開采基礎(chǔ)系統(tǒng)平臺，主要包括定位與智能導(dǎo)航平臺、信息采集及通信平臺和智能調(diào)度與控制系統(tǒng)。傳輸層與控制層都需開發(fā)適用于井下環(huán)境的高速、高精度設(shè)備定位、跟蹤和控制相應(yīng)系統(tǒng)，為井下無軌設(shè)備的自主運(yùn)行、避障和遠(yuǎn)程遙控提供技術(shù)和支持，即設(shè)備精確定位與智能導(dǎo)航。執(zhí)行層是指井下智能鑿巖、裝藥和鏟裝運(yùn)設(shè)備，單個(gè)裝備實(shí)現(xiàn)智能化或者無人化水平，包括智能中深孔鑿巖臺車、地下智能潛孔鉆機(jī)、地下智能鏟運(yùn)機(jī)、地下智能礦用汽車、智能開采爆破技術(shù)與裝備?？刂茖拥闹悄苷{(diào)度和控制平臺通過對礦山資源儲量、地質(zhì)情況分析，結(jié)合地下生產(chǎn)進(jìn)度等一系列因素，編制合理的開采計(jì)劃。基于開采計(jì)劃，通過傳輸層給各個(gè)裝備下發(fā)控制指令:哪種裝備什么時(shí)間在哪一個(gè)采場執(zhí)行開采任務(wù)。裝備執(zhí)行指令，控制層會實(shí)時(shí)通過傳輸層采集當(dāng)前巷道的泛在信息及車輛的基本信息，用來判斷或隨時(shí)調(diào)整執(zhí)行層中各種裝備的下一步動作，以此類推，實(shí)現(xiàn)作業(yè)的順利進(jìn)行。

3智能裝備應(yīng)用帶來的便捷

在智能開采流程的所有工序中，執(zhí)行層開采裝備的智能化和無人化顯得尤為重要。地下開采設(shè)備主要是為了實(shí)現(xiàn)“鉆、爆、裝、運(yùn)”的一系列工程車輛，其中有深孔鑿巖臺車、潛孔鉆機(jī)、鏟運(yùn)機(jī)、卡車和裝藥車等。深孔鑿巖臺車應(yīng)用于高分段中深孔鑿巖，該車可實(shí)現(xiàn)自主行駛、遠(yuǎn)程操控、虛擬現(xiàn)實(shí)、自動布孔定位及智能鑿巖;智能潛孔鉆機(jī)有自主行駛及炮孔定位功能，鑿巖參數(shù)自動匹配及智能控制技術(shù)，深孔鑿巖防偏控制技術(shù)，多鉆桿存儲、自動排序和防卡桿技術(shù)。地下智能鏟運(yùn)機(jī)，是在鑿巖臺車與潛孔鉆機(jī)破碎礦石后，該車?yán)苗P斗鏟削礦石，將礦石裝入鏟斗并運(yùn)送，定點(diǎn)卸載、能夠故障自診斷和遠(yuǎn)程遙控等。地下智能礦用汽車是為了節(jié)能和環(huán)保，采用雙動力的電傳動地下礦用汽車，實(shí)現(xiàn)無人駕駛進(jìn)行車輛巷道空間檢測、智能輔助駕駛、遙控運(yùn)行功能。另外，還有集原料運(yùn)輸、炸藥混制、炮孔裝填于一體的地下智能裝藥車，等智能化設(shè)備。這些智能設(shè)備結(jié)構(gòu)緊湊、智能化程度高、適用范圍廣，它們的應(yīng)用給開采帶來極大的精準(zhǔn)與便利，能夠做到人工操控自動或半自動所無法達(dá)到的效果。

4實(shí)用的開采智能技術(shù)

4.13D建模技術(shù)的應(yīng)用

3D建模技術(shù)是數(shù)字化開采領(lǐng)域備受關(guān)注也是最具影響力的一項(xiàng)技術(shù)。3D建模技術(shù)一直以來作為新礦山建設(shè)前勘探工作的一部分在應(yīng)用，一般是憑借計(jì)算機(jī)程序，主要用來創(chuàng)建地下區(qū)域圖。利用建模能夠有效地捕捉到人員無法到達(dá)地點(diǎn)的圖像，以此擴(kuò)大勘探工作所覆蓋的范圍。另外，建模還可以將未知和潛在不安全的地下區(qū)域的工人撤離，提高勘探作業(yè)的安全性。創(chuàng)建地下區(qū)域詳細(xì)圖像的能力也是eMesent懸停地圖系統(tǒng)的一個(gè)組成部分，該系統(tǒng)可使用無人機(jī)完成一個(gè)更大區(qū)域的建模和繪圖工作，廣為開采技術(shù)所用。

4.2綜合智能化

人工智能是涵蓋面更廣的智能計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，一直被用來提高操作效率。智能調(diào)度與控制系統(tǒng)作為地下金屬礦智能開采系統(tǒng)智能化的軟件平臺和管理中心，對系統(tǒng)性能的優(yōu)劣和成敗起到關(guān)鍵性作用。圍繞地下礦井的生產(chǎn)調(diào)度與開采過程進(jìn)行控制的實(shí)際需求，實(shí)現(xiàn)基于數(shù)據(jù)倉庫的可視化智能調(diào)度與控制，并為將來實(shí)現(xiàn)鑿巖、支護(hù)、裝藥、鏟裝、破碎、無軌及有軌運(yùn)輸?shù)绕哳愔悄軣o人開采裝備系統(tǒng)統(tǒng)一控制的集群化控制做好基礎(chǔ)性研究工作，這一系統(tǒng)還支持采裝運(yùn)多臺無人開采裝備的集群化協(xié)同作業(yè)，實(shí)現(xiàn)對采場、斜坡道及運(yùn)輸巷道等生產(chǎn)區(qū)域的安全管理，可管理多個(gè)安全區(qū)域;形成無人開采增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與集控一體化平臺，全面支持無人開采生產(chǎn)模式的組織與實(shí)施。

4.3無人機(jī)管理礦山

開采業(yè)已開始利用無人機(jī)的潛力進(jìn)行測繪和信息數(shù)據(jù)的收集，無人機(jī)收集的數(shù)據(jù)與其他方法收集的相比準(zhǔn)確度要高，單個(gè)的無人機(jī)的探測面積就可以覆蓋大量土地范圍，顯著的降低了勞動力成本。無人機(jī)測量露天礦，完全可以做到無人機(jī)管理礦山，利用無人機(jī)來管理測量堆場，節(jié)約鉆孔，爆破時(shí)間等。利用特殊用途無人機(jī)，配合各點(diǎn)位自動監(jiān)測系統(tǒng)，可以對礦山的環(huán)境與排放進(jìn)行檢測與控制，用于監(jiān)測礦山開采對環(huán)境影響的智能技術(shù)，同時(shí)監(jiān)控有害物與氣體的排放水平。目前，煤礦采用最多的還是遙控型無人化開采，這種開采采用擬人手段，將人的視覺、聽覺延伸到工作面，將工人從工作面解放到監(jiān)控中心，實(shí)現(xiàn)在監(jiān)控中心對設(shè)備的遠(yuǎn)程操控，達(dá)到工作面無人化開采目的。遙控型無人化開采是煤礦全面智能化、智能化技術(shù)的一個(gè)過渡階段，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件發(fā)生變化或個(gè)別設(shè)備異常時(shí)仍需要人工干預(yù)調(diào)整。

5智能開采的局限性與發(fā)展前景

從開采全智能化實(shí)驗(yàn)應(yīng)用效果分析，全自動開采目前尚處于實(shí)驗(yàn)與部分應(yīng)用階段，設(shè)備接收信號的靈敏度、執(zhí)行指令的速度方面依然有一定局限性，相比一些半人工操控的機(jī)械作業(yè)，在生產(chǎn)效率方面存在一定的差距，實(shí)現(xiàn)全部智能化開采在技術(shù)設(shè)計(jì)上仍需不斷的完善，另一方面，這些智能設(shè)備的操作技術(shù)難度比較大，設(shè)備正確的操作與維護(hù)對開采人員的技術(shù)要求也比較高，需要高端熟練型技術(shù)人才的參與，為此，智能化全自動開采設(shè)備能否大批量投入生產(chǎn)和使用，全面實(shí)現(xiàn)無人機(jī)械智能化開采，還會有一段漫長的路要走。

結(jié)語

綜上所述，開采隊(duì)伍要在掌握開采先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)之上，準(zhǔn)確判斷開采最新發(fā)展趨勢，不斷創(chuàng)新開采新技術(shù)，共同匯聚各方面的人力、物力、財(cái)力，有計(jì)劃、有步驟的實(shí)現(xiàn)數(shù)字化礦山開采。實(shí)現(xiàn)地下礦山機(jī)動、靈活、高效、經(jīng)濟(jì)、安全的無人智能化開采，促進(jìn)礦業(yè)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展規(guī)模，改善礦山的回采工藝和運(yùn)輸系統(tǒng)，并向無軌、無人開