煤礦智能化開采技術(shù)及其發(fā)展

煤礦智能化開采技術(shù)及其發(fā)展摘要：信息時代的到來，使得社會各行各業(yè)相繼步入了技術(shù)化、智能化、集成化的發(fā)展時代。因煤礦開采成本的增加和國家對于節(jié)能減排的政策要求，在煤礦開采上，如何更好地提升效率，實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)的轉(zhuǎn)型升級是煤礦開采接下來的重要研究方向。20世紀(jì)90年代，部分學(xué)者提出采礦智能化的概念，為實現(xiàn)無人化綜合開采做出積極貢獻，相應(yīng)的關(guān)鍵技術(shù)也被陸續(xù)研究出爐。本文主要對煤礦智能化開采技術(shù)及其發(fā)展進行論述，詳情如下。關(guān)鍵詞：煤礦；智能化；開采技術(shù)；發(fā)展引言智能化采煤技術(shù)通過結(jié)合人工智能，以智能采煤機器、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，利用自動控制系統(tǒng)，進行煤礦的開采。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)合而帶來的煤礦開采技術(shù)改革和創(chuàng)新，也是推動采礦產(chǎn)業(yè)持續(xù)發(fā)展的又一創(chuàng)舉。1我國煤礦智能化開采狀況目前，我國的煤礦開采步入初級智能化階段，開采工作的開展與國家政策和國家對于科研力量的投入程度息息相關(guān)。近些年，在國家對于技術(shù)設(shè)備政策和資金的支持下，我國煤礦智能化開采有了重大進展。2013年關(guān)于加快煤礦開采智能化、機器人研發(fā)、采煤工作面分類技術(shù)條件和評價體系等一系列的標(biāo)準(zhǔn)和政策的發(fā)布，極大推進我國示范煤礦和采煤智能化工作的進程，從2019年到2022年，一些省份陸續(xù)推出驗收煤礦智能化的方法，在《國家能源集團煤礦智能化建設(shè)指南》中對煤礦智能化進行初、中、高級的智能化煤礦分類，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863計劃，將準(zhǔn)能露天煤礦和錦界煤礦建設(shè)成為數(shù)字礦山重點研究和示范項目，2018年研發(fā)的《千萬噸級特厚煤層智能化綜放開采關(guān)鍵技術(shù)及示范》，通過對裝備系統(tǒng)和多項技術(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煤礦智能化開采技術(shù)2.1薄煤層智能開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、巡檢機器人等智能化開采裝備，實現(xiàn)了榆家梁煤礦43101工作面智能化開采，通過回采后的每日剖面測量煤層厚度、煤層底板起伏形態(tài)與激光掃描識別的煤巖界面、基礎(chǔ)地質(zhì)數(shù)據(jù)構(gòu)建的煤巖界面以及采煤機實際截割曲線的參數(shù)對比分析，進而進行綜合評價：（1）基于地質(zhì)數(shù)據(jù)構(gòu)建的透明工作面模型與實際測量的對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)測量的結(jié)果不斷的修正、更新模型，最終通過人工智能不斷優(yōu)化，在后續(xù)工作面的工程實踐中會有更好的表現(xiàn)。（3）采用該勘查技術(shù)體系，實現(xiàn)了對智能開采工作面煤層的透明化勘查，有效指導(dǎo)工作面采煤機對煤層頂板、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、機械設(shè)備的損耗、尤其是煤機截齒的損耗，減少了因矸石的運輸、管理、洗選等成本投入，實現(xiàn)了煤礦節(jié)能、降本增加效益的目標(biāo)。（4）工作面實現(xiàn)智能化開采，大幅降低了井下工作人員的勞動強度，使工人遠(yuǎn)離粉塵環(huán)境工作。實現(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)以能夠全新的無線高度融合進技術(shù)的特殊優(yōu)勢而得到社會的關(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、延時性更低等特點。具體到應(yīng)用于煤礦智能化中，可以分為如下幾個方面：①高精細(xì)度的實時定位與應(yīng)用服務(wù)。通過網(wǎng)絡(luò)切片技術(shù)，將煤礦智能化應(yīng)用物理空間網(wǎng)格進行切割和劃形分成多個虛擬空間，根據(jù)對于不同虛擬空間的不同需求，來增強其不同功能，靈活應(yīng)對煤礦智能化開采應(yīng)用過程中的網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用場景?；?G技術(shù)優(yōu)勢，實現(xiàn)高精度的實時定位和服務(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性。②虛擬交互應(yīng)用。主要體現(xiàn)在虛擬現(xiàn)實技術(shù)和增強現(xiàn)實技術(shù)的應(yīng)用中，顛覆了傳統(tǒng)的人機互動方式，讓煤礦智能化開采經(jīng)過三個階段的技術(shù)變革過程：三維建模和虛擬展示、互動模式和可視化設(shè)計、混合現(xiàn)實與云端實時渲染。比如，在混合現(xiàn)實和云端實時渲染階段，能夠?qū)碌拿旱V資源采取虛擬開采和協(xié)同運營的操作。③遠(yuǎn)程實時監(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性不高，對于井下空間有安全風(fēng)險的情況不能采用遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)。2.3智能化建井我國煤礦智能化發(fā)展尚處于初級階段，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，明確智能化建井的發(fā)展原則、方向和目標(biāo)。要堅持市場主導(dǎo)與政府引導(dǎo)，堅持立足當(dāng)前與謀劃長遠(yuǎn)，堅持自主創(chuàng)新與開放合作，堅持典型示范與分類推進發(fā)展原則?？傮w目標(biāo)：實現(xiàn)煤礦建設(shè)過程“有人安全巡視、無人現(xiàn)場作業(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)到實時感知、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、職工勞動強度大幅度降低、作業(yè)環(huán)境明顯改善、建井施工實現(xiàn)本質(zhì)安全。當(dāng)前主要工作：（1）開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，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，進行系統(tǒng)規(guī)劃設(shè)計，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、分級評價體系。結(jié)語近些年來，煤礦開采的深度越來越大，開采所處的井下環(huán)境也越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的人工控制技術(shù)已經(jīng)無法滿足煤炭開采的需求，并且長期采用傳統(tǒng)技術(shù)還會導(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)上有效實現(xiàn)了設(shè)備之間的同步運行，使得設(shè)備性能達(dá)到最優(yōu)，并且可以通過總控制臺對設(shè)備的運行狀態(tài)和參數(shù)進行實時監(jiān)控，有效提升采煤機、液壓支架和刮板輸送機的使用效率。在該系統(tǒng)控制下，設(shè)備運行平穩(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［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］王國法，張德生.煤炭智能化綜采技術(shù)創(chuàng)新實踐與發(fā)展展望［J