煤矿智能化开采技术及其发展

煤矿智能化开采技术及其发展

徐恒春

山东能源新矿集团良庄矿业有限公司，山东省泰安市新泰市

摘要：目前我国正处于经济发展的重要阶段，我国的生产方向将由人口红利转向智能发展，而采煤行业也逐渐走上智能发展的道路。在目前的发展阶段，一些将传统采煤技术与煤矿综采工作面智能化开采技术进行有机结合的企业纷纷取得了优秀的生产成绩，开启了煤炭开采的智能化道路。本文通过对实际煤矿综采工作的分析讨论，找寻我国采煤行业目前存在的技术难题。结合我国的煤矿综采工作面智能化开采技术，解决行业难题，并为今后的采煤行业发展提供有益的建议，最后也将对我国的采煤行业智能化开采的发展方向进行展望。

关键词：煤矿；智能化；开采技术；发展

1煤炭智能化开采的基本概述

智能化开采主要是指在煤炭的开采环境过程当中，持续增强对环境的智能性感知以及设备的智能调控、自主导航能力。

研发方向主要包含三大类别：第一，回采设备具有更高的智能化自主作业综合能力。第二，在生产过程中能够及时获取并采集煤矿回采的相关工艺数据，例如开展区域的地质条件变化以及设备的具体方位和煤矿开采的具体工序等。第三，能够根据煤矿开采条件的变化做出自动化的回应，不断调控煤矿回采过程使整个过程实现智能化控制。

煤炭智能化开采技术的应用是推进智慧煤矿发展的重要推动力。在信息发展的时代，人们对于煤矿产业的发展提出了新的理念，以此实现煤矿生产各个阶段的技术化创新，能够更有效促进煤矿产业获得健康有序稳定的发展。通过智慧煤矿产业的构建，能够实现各类新技术、新手段、新方法的融合，持续提高标准化的生产设备感知体系，借助于信息技术构建煤矿开采的专有数据库和传输通道，打造成集数据应用为核心的综合性服务平台，不断实现煤矿产业的智能化开采。

2智能化开采系统架构

智能化开采在传统开采方式的基础上，如果要实现综采装备完全摆脱生产人员直接操控，使综采装备依据开采系统进行自主决策、自动运行，则需解决开采空间多维信息采集及融合，智能开采决策、控制和综采装备群智能化协作3个问题。因此，将可视化远程干预生产模式中生产人员的“看、想、控”拓展为“感知、决策、执行、运维”4个技术维度，从而构建具备全面感知、自主决策、自动执行、智能运维4种能力的综采生产系统。该系统以待开采煤层与开采装备之间的相互作用机理为主要研究对象，通过将大数据、人工智能、先进传感等高新技术与煤炭开采工艺、装备充分融合，以实现智能化技术服务于实际煤炭开采，并最终达到综采工作面无人的目的。

(1）全面感知：实现对开采空间内环境、装备工况的实时感知，包括感知待开采煤层赋存条件、围岩特性、开采环境状态及成套装备工况，并实现多维感知数据融合。

(2）自主决策：根据煤层与开采装备群之间的相互耦合、作用机理，建立开采决策控制模型，形成适应煤层赋存、开采空间状态的综采装备自适应控制逻辑。

(3）自动执行：综采装备群在生产过程中可根据自主决策指令，实现准确、稳定、可靠的执行。

(4）智能运维：以大数据分析与历史数据挖掘为支撑，实现对综采装备、控制系统运行状态的有效监护，确保智能化开采系统能够持续良好地运转。

3智能化开采核心关键技术

3.1转变产业发展思路，积极追求智能化开采技术的理念创新

在全新的发展形势当中，工业企业的发展将从传统的发展模式逐步转变为远程监控、智能化、自适应发展的新阶段，煤矿行业也应当基于时代发展的需求，转变产业发展的思路，在生产与管理的各个环节中加强运用信息技术，持续推进智能开采的智能化发展。

从管理理念上应当具备智能化创新的改革意识，深入研究煤矿产业的具体生产现状和发展方向，立足于当前智能化发展的基础水平进行深入研究，充分运用智能化设备创新与技术创新有效取代传统的生产模式与管理模式，加快推进无人化生产的系统构建，全面实施智能化控制的新理念，使产业得到转型与升级，使产业中的管理者及技术人员和其他岗位施工人员都能接受新发展理念，突破思想的局限，不断促进产业发展思路的升级，实现智能化开采技术的理念创新。

3.2完善煤矿综采技术

放眼众多社会生产领域，大多数生产企业都选择进行信息化和智能化的改造。企业将生产过程与智能化进行结合，提高相同时间内的生产效率，创造更大的经济效益。因此，煤矿采集行业也要及时完善煤矿综采技术，将智能化设备应用到实际的煤矿采集生产过程中。由于智能化设备的准确性和实时性，在实际生产过程中，是智能化设备将起到排除隐患和提高效率作用。同时，智能化设备也有益于生产项目的管理，明确的数据分类节省了现场调查的时间，也避免了因为人为疏漏而产生的数据错误。

3.3采煤机自适应截割控制

以采煤机位姿传感系统测量的位姿状态为基准，可构建定位滚筒截割顶、底边界点的采煤机截割模型。在确定工作面下一割煤循环的煤层模型后，将采煤机截割模型与下一个割煤循环煤层模型进行叠置拟合分析，可提取出下一割煤循环采煤机前后滚筒对应的采高控制参数，控制参数形成的数据集被称为截割模板。截割模板下发给采煤机控制系统后，滚筒实现沿煤层与岩层分界线准确截割。同时，基于单个割煤循环确定的截割模板还需考虑工作面推进过程中的煤层整体变化趋势，通过平滑阶梯多级调整控制算法来进一步修正截割模板，以适应工作面俯仰采变化，确保工作面连续开采。

3.4将煤矿综采工作一体化、自动化

智能化体系带来的必然结果就是一体化和自动化。在煤矿开采行业中，如果能使生产体系自动化，将会节省大量的人力开采成本，减少下井矿工的安全隐患。同时，机械生产与信息技术融为一体，将使得煤矿开采总量得到质的提升。智能化体系带来的信息内容，能够给予煤矿开采作业大量的帮助，企业应当重视没有煤矿综采工作面的智能化，早日实现煤矿综采工作的一体化和自动化。煤矿综采企业要抓住时代的机遇，跟紧智能化、信息化的步伐，将现代科技及时的融到煤矿综采作业中，提高企业的生产效率。随着时代的发展，企业之间的竞争规模也在不断扩大，只有敢于创新，勇于改革的煤矿综采企业才能踏着时代的浪潮，引领中国的煤矿开采行业走向世界舞台，为我国的未来的经济发展奠定良好的物质基础保障。

3.5着力推进信息化发展，全面实现智能化开采技术的技术创新

在全力推进煤矿智能化开采技术的广泛应用过程中，将不断推进智慧煤矿的建设与发展，促进各个煤矿企业持续加强在技术研发层面的投入，尤其加强对自动化技术、信息化技术以及智能化技术的深入研究与开发，使企业能够保持技术的优势。持续提升自主自主研发能力和开发能力，为产业的发展提供良好的技术支持。

在现代化的煤矿产业发展中，智能化将是产业发展的高级阶段，是在机械化与自动化以及信息化发展的基础上进行全面的创新。因此，煤矿产业在新时期的发展应当充分依托于技术创新，实现设备更新，加强创新理念的落实，为智慧煤矿产业的发展创造良好的条件。

在此过程中，信息综合平台的打造是实现智能化开采的重要组成部分，企业应当加强信息技术的高效应用，加强煤矿开采过程中专业信息传输通道的建设，为信息化数据的采集、存储、管理和分析提供良好的基础，持续推进智能化决策的有效实施。

结论

智能化开采控制系统突破了当前可视化远程干预生产模式下生产人员“看、想、控”的局限，通过综合应用精细化物探、遥感探测、先进传感、人工智能、大数据分析与数据挖掘及面向煤矿的标准化通信协议等新技术，可实现对开采环境、综采装备的全面感知融合，建立的基于综采装备群与采场围岩耦合的开采决策控制模型提升了装备自适应性的控制能力，拓宽了智能化采煤技术的应用范围，为一般地质条件、复杂地质条件下矿井智能化生产提供了技术支持。

参考文献：

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