煤矿开采装备智能化技术的应用研究

煤矿开采装备智能化技术的应用研究

张仁同

兖煤菏泽能化有限公司赵楼煤矿   山东省菏泽市  274700

摘要：当前随着我国经济的迅猛发展，煤矿行业的发展前景也更加明朗，各行各业对于煤炭的需求量也更胜从前，我国的煤矿开采水平在不断提升当中，尤其是在智能开采煤炭方面，为之后矿业的稳定发展打下坚实基础。当前我国智能化煤炭才开始也具备高效率、高安全性的优势，但是在实际的开采过程中仍然会存在各种难题，需要国家相关部门发挥创新作用，解决难题，促进我国煤矿行业稳续发展。

关键词：煤矿开采    装备智能化    应用研究

引言：煤炭是我国非常重要的能源之一，煤矿行业也是支撑我国经济快速健康发展的产业之一。随着智能化时代的到来，煤炭智能化开采技术也得到快速发展，我国作为能源消耗大国且各行各业对于煤炭的需求量也比以往更多，如果仍延续使用传统的煤矿开采技术是不能满足大量煤炭需求的，所以在这样的发展背景下需要不断创新煤炭智能化开采技术，专业的工作人员要不断将先进的理念融入煤炭开采行业中，解决传统开产煤炭的难题、提高煤炭开采技术，帮助煤炭行业获得更多的经济以及社会效益。

一、煤炭开采智能化定义

“煤炭开采智能化”与“煤炭开采传统化”形成鲜明的对比，“智能化”是一种运用敏感的感知能力以及准确的判断力来控制对象的一种执行能力，能够通过自身的感知力量去自主分析、判断，还能实现自主学习与优化的目标。智能化主要由以下三种特征：对外界信息的感知与收集能力；对感知到的信息进行分析、判断能力；能够自主学习、自主判断与决策的能力。煤矿开采智能化是在煤矿自动化开采的基础之上价值自主学习以及决策的能力，能够帮助煤炭设备实时感知所采集地点的周围环境变化以及自行控制参数，智能感知、决策与控制就是煤矿智能化开采不可缺少的三要素，只有真正具备了适应开采能力的智能化阿开采装备才是真正意义上的智能化开采。

二、煤矿智能化开采的重要性

1.提升煤矿的开采率

当前伴随着全球的发展态势来看，全球能源革命正向着纵向的发展态势，逐渐发现一些新型能源如核能、太阳能、风能等再生资源，这些再生资源的使用率越来越高，人们对其需求量也越来越大，但是煤炭资源在能源结构中的地位却没有发生任何变化，根据2016年的相关调查报告得知煤矿资源在全球的地位仍处于首要位置，占据总比例的85.5％，在我国的能源结构中占据60％以上，所以专业的工作人员预测在今后的一段时间内全球对于煤炭的需求量仍处在首位。煤炭资源作为一种不可再生资源，再加上如今全球居民对于煤炭需求量的提升，若是采取传统的煤炭开采技术就不能有效地满足人们对于煤炭的需求，也不能提升煤炭的开采效率，甚至会出现开采不完全出现资源浪费的现象，因此我国相关煤矿开采的专业技术人员一定要极其重视煤矿开采的效率，及时将智能化煤矿开采技术运用于煤矿开采中，提高煤炭的综合利用效率、减少资源浪费。

2.保证一线工作人员的生命安全

众所周知煤矿开采是一件非常威胁的事情。当前我国煤炭开采的主要技术就是借助人工，专业的技术人员亲自去往井下去开采煤矿资源，大部分的煤矿结构极其复杂，不仅会存在瓦斯、顶板等不同的自然灾害会随时威胁工人的生命健康煤矿倒塌、缺氧等问题也会随时发生，这些都会对开采工人的生命健康造成极大威胁。在2010—2014年间，我国就发生了353起煤矿事故，其中有2137人死亡，这些触目惊心的数目就在想人们表明煤矿开采是一件非常危险的事情，此时将智能化技术应用于煤矿开采过程中就可以减少煤矿工人的工作量、提高工作效率，并且智能化开采设备还能代替工人进行一些危险作业，因此智能化煤矿开采技术已经成为一种必然趋势，在保证一线工作人员生命安全的同时还能提高工作效率。

三、煤矿开采装备智能化技术的发展现状

1.井下车辆、机器人自动化以及无线发射频率问题

当前智能化煤矿开采的设备只要是借助锂电池进行作业，但是目前已经商品化的锂电池还没发完全实现不燃烧、不爆炸的目标，且大量锂电池还没有在爆炸环境中进行充分的基础性研究，这样就会导致一些安全、便捷的大功率智能化供电设备成为阻碍井下机器人设备完成作业的主要原因。除此之外在进行井下煤矿能源开采时会涉及信息无线发射功能，其中防止电磁能爆炸涉及多个领域，如防爆领域、射频通信领域等等，将这些领域进行有机融合的难度较大，基础性研究却很少、缺少针对性地对井下电磁环境的相关数据，使得井下的无线发射频率出现问题、亟待解决。

2.“透明地质模型”与智能系统兼容问题

在进行井下煤矿资源开采作业时专业的工作人员会运用“透明地质模型”进行相关信息的探索以勘测，因为透明地质模型存在较高的实施动态监测技术以及融合多种地质数据方法，但实际的运用过程中透明地质模型与共享软件平台之间会有摩擦，当前透明地质模型与煤炭智能化开采设备的精准化、实时性、共享性等功能都无法满足当前煤炭智能化开采的目标；而且透明地质模型对于多元地质数据的开采还不够明显、比较依赖数据的内插形式、建模算法的区域适配度也不高，因此与实际的煤炭开采只能呢规划会存在有效的融合与互动。不仅如此智能化煤炭开采设备的系统兼容性还存在许多问题，主要表现在数据的标准还未统一建立、网络通信的兼容性较差、业务系统与系统间协同合作的兼容性较差等等，这些都会严重阻碍我国煤炭开采技术的效率、减少资源的呢利用率、造成资源浪费还不能满足居民的需求、亟待解决。

3.其他问题

煤炭的开采过程中还存在其它问题，主要由以下三种：首先就是设备自动调高以及调查问题；设备在进行自动调高以及调查的过程中会存在困难，难点并不是在于如何调高、调查，而是由于实践数据不足，不知按照怎样的依据进行设备的调高与调查，若是出现纰漏就会严重阻碍煤矿开采的效率。其次就是无人操作的可靠性问题，智能化设备的特点之一就是能够进行无人操作，这样不仅可以减少人力资源的浪费还能保障工人的生命安全，但是在进行无人操作的实际过程中就会存在许多突发性问题，如怎样保证传感器的正确使用，传统的传感器已经不能满足当前的工作需要，不仅如此无人操作还存在设备可靠性较为单一、缺少故障的特征样本等。最后就是柔性煤炭的供给体系出现问题，在开采煤炭的过程中专业的技术人员应该意识到柔性煤炭供给的重要性，但是在实际的操作过程中由于空间有限，再加上柔性煤炭会影响煤炭企业的收入以及增加安全隐患，所以就很少进行柔性煤炭的开采，这种情况也会在一定程度范围内影响我国煤炭行业的健康发展、需要解决。

四、煤矿设备智能化设计路线

煤矿开采智能化技术是当前煤矿开采的重要核心技术，要实现煤矿智能化开采技术的创新就需要有智能化设备与系统的加持，因此在现有技术的基础之上要进行相关优化创新，主要可以体现在以下五方面：感知层、网络层、数据层、决策层、应用层。

首先优化感知层，对外界信息以及自身状态进行准确的感知是煤矿智能化设备的基础，感知层可以将采集到的信息进行准确分析与传达，能够弥补极其所不能识别的模拟量信息，再通过传感器图像识别技能、二维码标签以及智能化仪器等实现信息传达。当前随着智能化感知设备的种类以及技能越来越多、越来越优化，能够准确传达的信息以及数据也越来越准确，但是为了满足人们对于煤矿数据的大范围需求度，就需要不断优化智能设备感知层的相关功能。

其次就是网络层与数据层。运用网络层技术实现相关目标的过程主要是将单机以及单独传感器收集到的相关信息进行传输，网络层技术主要是依靠以太网、光纤以及WLLAN等技术实现相关工作目标的，但是由于受到互联网网速或者其他问题，在实际的工作信息传输过程中就会出现延迟情况，为了解决此类问题就需要不断优化网络层技术。数据层技术的主要作业过程就是将各个单机机械运输的数据进行汇聚、总结以及整理归档，通过对数据进行分析与挖掘，能够将一些混乱以及没有充分利用的数据进行技术的处理，转化成可以利用的仓库数据，但在实际的工作过程中也会出现各种突发情况，此时专业的技术人员就要不断优化数据层的相关技术，提高工作效率、增加数据的利用率，减少资源浪费。

最后就是决策层以及应用层。决策层的主要工作流程就是对传输的数据进行分析与处理后对当前的数据状态进行正确的判断，并且对整体系统进行综合决策与分析，主要包括模糊控制、价值判断以及神经网络等手段。随着智能化开采设备的无人工作程度越来越高，以采煤机、皮带机等为代表的开采煤机设备正处在无人化的发展进程中，以这些机械设备作为载体，再依靠感知层、网络层以及数据层的支撑就是当前煤矿智能化技术的发展方向，为了提高决策的准确度与准确效率就需要不断优化决策层。应用层就是指最后实施执行动作的机械组成部分，包含煤矿内所有的机械设备，如皮带机、采煤机等等，是最重要的操作环节之一，因此一定要优化这一层级的技术，提高工作效率。

五、提高煤矿开采装备智能化技术的策略

1.创新智能化煤矿开采程序

煤矿开采需要遵守一定的流程，这样才能保证开采过程的效率与安全性。首先就是开采煤矿机械的自动操作，机械主要依靠的是软件切割技术，在采煤机的牵引处安装位置传感器，这样工作人员就可以实施的掌控机械的位置；其次就是采煤机液压支架之间的协调作用，此操作的重点就是要充分协调具有安装记忆的采煤机器，还要控制采煤机器与液压支架之间的最佳运行条件，保证开采的效率；最后就是通过实际开采煤的数量控制相关部件的参数标准，通过和获取刮板输送机器上的煤量来控制智能输送机器的速度，保证效率的同时保证工作质量。

2.实行远程控制技术以及连续智能化切割技术

采煤机器以及支架上的所有作业动作都是有智能遥控完成的，如果需要进行相关作业时，记忆切割模型就会让计算机发送指令给采煤机，采煤机就会在指令的控制下进行相关作业，无论是加速亦或是减速都是在指令的调度之下完成的。计算机的控制中心在运输巷，主要操控三种机器：采煤机、支架以及输送机，这种方式减少了人力的消耗、在保证工作人员生命安全的同时也提高了工作效率。为了保证“两平三直”状态，输送机就要沿着工作面的直线进行作业，目的就是为了保证输送机与液压支架之间的平衡。

3.保证采煤机智能化、刮板输送机智能化

采煤机的孩子能化能够定义不同的操作模式，能够与载体以及输送机之间进行协调控制作业的目的。保证采煤机器的智能化能够实现顺式变速器的协调性、采集顺式变速器的传感器技术、预测顺式变速器的运动轨迹，能够保证采集煤矿时的效率。智能采煤机能够实现对煤炭的完美切割以及自动监测的功能，是保证采矿效率的重要设备。智能控制器的两边位置都有发送以及接收装置，通过通信的总线来控制通信过程，保证系统的智能化以及实时化目的。

不仅如此为了提高工作效率还需要保证刮板输送机的智能化，这样就能够有效地保证运输煤炭的效率，在工作之前需要对刮板输送机的正确性进行预测，还要实时监测支架与控制机器之间的相互作用于位置，目的就是为了防止输送刮板上窜下滑；最后还要对输送机的自定位进行适当研究，这样才能加速实现煤矿开采智能化的目的，促进我国煤矿事业健康发展。

4.推广井上机器人作业技术

为了提高采矿的工作效率也为了保障采矿工人的生命健康安全，相关采矿机械研发部门就可以研究井上机器人，实现钻锚、钻孔作业机器人化，解决钻孔机器人的井下移动以及导航定位等问题；还可以研发巷道清理机器人、煤仓清理机器人等，这样就能够大幅度降低工人的工作量，还能保证工人的生命健康安全。不仅如此在研发机器人时需要遵守全生命周期管理系统规律，定时对机器人的健康状况以及其他功能进行及时的监测与调查，这样才能保证机器人的工作效率；若是机器人的某种功能或健康状况出现问题需要及时处理，这样不仅能够延长机器人的使用年限还能在某种程度上降低成本、减少资源浪费，促进采矿行业健康发展、保证采矿企业的经济与社会收益。

结语：煤矿智能化开采是保证我国煤矿事业健康发展的保障也是核心技术，为了满足人们对煤的极大需求量，提高采矿的工作效率，煤矿企业就要紧跟时代的步伐，将智能化开采技术、数字化以及大数据技术手段运用于煤矿的开采过程中，降低传统采矿时工人的工作压力、保障工人的生命健康、提高工作效率，实现开采煤矿的现代化发展。

参考文献：

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