关于煤矿智能化开采模式与技术路径的研究_柳发财.pdf

关于煤矿智能化开采模式与技术路径的研究柳发财（国网能源哈密煤电有限公司 大南湖一矿综采队，新疆 哈密）摘 要：近年来，我国经济建设速度不断加快，煤炭产量和消费水平不断提升。为了满足各行业、各领域与日俱增的煤炭资源使用需求，煤矿行业积极引入现代化技术进行智能化采煤，提高了采煤效率和质量。可见，智能化采矿已经成为煤炭行业未来发展的大势所趋。本文对煤矿智能化开采模式及关键技术展开分析，并对薄及中厚煤层智能化无人开采模式的技术路径进行深入研究。关键词：煤矿；智能化开采；技术路径；无人开采中图分类号：；文献标识码：文章编号：（）新时期，科学技术不断进步，越来越多现代化采矿技术应运而生，逐渐取代传统开采技术，推动采煤模式迅速向智慧化、智能化趋势发展，提高了采煤效率，还为行业可持续发展奠定了基础。这一背景下，大部分煤矿认识到了智能化开采的重要性，积极建设智慧矿山，目的是转变传统煤炭生产方式。智能技术的合理使用至关重要。只有结合煤矿实际情况和发展需求合理引入智能技术，才能提高智慧煤矿建设的有效性。不可否认的是，我国在煤矿智能化开采方面起步较晚，无论是理论研究还是实践操作方面，都与发达国家存在较大差距。为了缩小差距，需要进一步加大煤矿智能化开采模式与技术路径的研究力度，为强化我国煤矿核心竞争力夯实基础。煤矿智能化开采模式分析 无人或少人化开采模式所谓无人或少人化煤矿开采，就是尽可能用智能技术代替人工操作，在保证开采作业有条不紊的同时，有效减少人为干预。在操作过程中，需要不断引入机械化、智能化、自动化技术，对煤矿开采模式进行优化和完善，提高煤矿开采效率，保证开采现场安全、稳定。智能化模式所谓智能化煤矿开采，就是通过引入各种智能化技术和设备，严格按照工艺流程设置参数，自动化完成煤矿开采。这种开采模式在功能和手段方面均呈现智能化优势，与传统开采模式相比，自动化程度均更大，有利于加快煤矿行业现代化。数字化模式所谓数字化煤矿开采，就是在作业过程中深入分析机械设备的数据信息，在此基础上对设备进行合理搭配、有效利用、合理控制，使设备在相互协调中快速、安全地完成煤矿开采，一方面能提升设备利用率，另一方面能提高煤矿开采水平。智能自适应开采模式所谓智能自适应煤矿开采，是智能化处理煤矿开采设备，有效增强其功能和性能，使其能够适应多种开采环境，从而提高设备自适应能力，为煤矿开采作业有序进行奠定基础。新时期，科学技术发展迅速，煤矿开采智能化水平提高，很多企业有效融合可视化开采技术与自动化技术，实现了无人开采或少人开采，不仅能保证现场安全，还能减轻劳动强度，有利于帮助企业节约人力，为煤矿创造更高的经济效益。煤矿智能化开采的关键技术 地质雷达技术煤炭资源大多位于地下，所以开采作业要在地下进行，为了加快开采，必须提前做好煤层精准识别工作，在了解煤层位置、厚度等要素的基础上，为后期开采作业的液压支架调整奠定基础。如果煤层识别缺乏准确性和可靠性，则会严重影响采煤机切割工作的有序进行，导致切割高度存在偏差，出现采空区遗留大量煤炭资源，或切割岩层。为了有效规避以上问题，需要引入地质雷达技术，全面提高煤层识别准确性，这是煤矿智能化开采的关键前提。众所周知，煤矿开采工作面位于地下，照明条件相对较差，作业过程中产生大量粉尘，如果在煤层识别中引入视频监控技术，必须保证红外技术灵敏度较高，能精准识别性质接近的岩层和煤层。在此基础上，还可以引入部分辅助技术，为构建工作面立体化地质结构提供技术保障。装备定位技术在煤矿智能化开采阶段，要保证采掘作业有序进DOI:10.13487/ki.imce.022899行，就要全面了解装备空间位置信息，在此基础上做好线路规划工作，使设备始终沿着路线完成各项工作。另外，采掘作业还要重视设备倾斜度。井下没有明确参照物，信号传递容易受阻，所以井下定位相比地面定位难度更大。如今，越来越多煤矿在井下开采中引入了中继通信技术，能有效提高 信号传输水平，但在应用方面依然存在很多局限性。中继通信中的信号为弱电信号，在传输过程中容易受电磁场干扰，影响准确性，无法为设备精准定位提供保障。因此，煤矿的设备定位技术依然存在很大的优化空间，需不断加强抗干扰能力，提高定位精准性，为智能化采煤作业有序进行夯实基础。视频监控技术为了实时监督煤矿地下开采情况，需要引入视频监控技术对工作面和开采过程进行全过程成像管理，以便及时发现煤矿智能化开采存在的问题和隐患，并在第一时间采取措施处理。传统视频成像技术受画质、分辨率等因素影响，无法反映井下作业情况，井下作业照明条件差，粉尘浓度较高，导致画面十分模糊。对此，需要煤矿引入特制摄像机，确保摄像机能在光线较暗的情况下高清成像。人工远程控制技术人工远程控制技术是在人工智能技术基础上发展而来的，也是煤矿人工智能开采技术重要组成部分，该技术能有效处理开采作业中遇到的各种突发问题。需要提前建立指挥中心，并将指挥中心连接到井下巷道控制系统中，使工作人员能在不深入地下的基础上，完成设备监督管理工作，保证设备时刻处于安全运行状态，全面提高煤矿开采质量和效率。例如：在煤矿智能化开采中，如果设备运行异常或液压支架动作不规范，可以及时通过人工远程控制技术捕捉和追踪作业场景，调整设备或液压支架，确保煤矿开采作业有条不紊。设备故障诊断技术煤矿智能化开采离不开各种电子元器件的支撑。众所周知，井下作业环境复杂，容易对电子元器件性能和质量产生负面影响。很多故障隐蔽性较强，肉眼难以识别，维修难度较大，严重影响智能化设备的稳定运行，容易阻碍煤矿开采作业的有序进行。对此，需要引入设备故障诊断技术，一旦设备运行出现异常或故障，系统会及时发出报警，提醒维修人员故障位置，便于开展针对性维修。当前，煤矿使用的故障诊断技术需要通过数据库对故障进行准确识别，但我国在煤矿智能化开采方面起步较晚，建立数据库的可参考程度不高，需要日后不断完善和优化，充分发挥设备故障诊断技术的作用和功能。薄及中厚煤层智能化无人开采模式 薄煤层刨煤机智能化无人开采模式在煤矿开采中，如果煤层厚度不超过，并且硬度较低、顶板和底板稳定性加强，则可以采用刨煤机智能化无人开采模式。其技术路径可以归纳为以下几方面：第一，沿着煤层底板布置作业面两侧的巷道。结合实践来看，在刨煤机运行过程中，切割高度低于巷道断面，所以需要通过支架支护方式固定巷道两端头，为了尽可能降低支架及巷道端头劳动强度，煤矿可以利用电液控制系统进行远程控制操作，即利用液压支架将控制命令发送到执行器，完成执行准备工作后由转载控制器发出报警信号，在此基础上，端头液压支架迅速做出推溜动作，并和转载控制器配合完成自移活动，最后通过远程控制完成移架作业。第二，煤矿智能化开采将刨煤机和控制系统联合在一起，能循环往复地完成自动刨煤，不仅能够提高刨煤速度，还能提高设备的自适应能力，使智能化设备严格按照提前规划的路径进行记忆切割，加强自动化控制。另外，将刨煤机与变频刮板输送机联合使用，能提高刨煤机运行速度，并对变频刮板输送机的功率进行智能化调整。与此同时，将刨煤机与自适应液压支架联合使用，可以对机械设备的位置进行准确定位，实现液压支架自动推移目标。第三，构建智能化液压支架及控制系统。为了实时了解井下作业液压支架情况，需要建立视频监控、姿态监测、无线传输等系统，对液压支架状态进行实时监控。在此基础上，利用专家决策系统对收集到的井下液压支架数据信息进行深入分析，并为精准决策提供支撑。同时，煤矿还要构建智能化控制系统和补液系统，用来控制液压支架，使其能对围岩进行自适应支护，为后期刨煤机精准作业提供保障。第四，构建变频刮板输送机和控制系统。做好煤矿监测工作是煤矿智能化开采的关键环节，通过构建智能变频控制系统和煤量监测系统，实时了解刨煤机切割后的煤量。通过智能化技术对变频刮板输送机速度进行调整。为了保证变频刮板输送机稳定运行，构建断链监测系统，出现故障隐患后系统会及时发出报警信号，提醒维修人员及时处理。第五，结合刨煤机的切割工艺和切割工序，提前规划好切割路径，确保刨煤机在运行中能实现上下双行自动循环刨煤目标。在此基础上，还要做好工作面直线度监测工作，根据监测数据合理调整刨煤机的刨煤深度，保证工作面的直线度达标。第六，为了保证煤矿智能化开采作业有序进行，还应构建健全、完善的供电、供液、通风、降尘等系统，为工作面开采作业提供综合保障。在此基础上，要及时将刨煤机、液压支架等设备的监测数据传递到监控中心，确保监控中心的工作人员实时掌握井下作业情况，并对作业情况进行合理控制。结合工作经验来看，薄煤层的作业空间相对较小，人工操作相对困难。在这一背景下引入刨煤机进行智能化采煤，能减少井下作业人员数量，提高煤矿开采质量和效率。当前，越来越多煤矿在薄煤层开采中引入智能化无人开采模式，取得了显著成就，意味着这种技术有值得推广和深入研究的价值。薄及中厚层滚筒采煤机智能化无人开采模式通常情况下，针对厚度超过 且赋存条件较好的煤层，可以优先采用滚筒采煤机智能化无人采煤模式。与以上提到的采煤模式相比，该方式智能化水平更高，能够通过 系统对采煤机进行精准定位，灵活调整工作面的直线度。与此同时，还可以利用专业软件对煤层地质条件进行建模，联合智能化切割技术完成煤层自适应切割工作。在煤矿智能化开采过程中，要保证作业面空间与采煤机尺寸相适应，需通过扁平化的设计方式确定采煤机高度，全面提高采煤机的自适应能力。在煤层地质模型建设过程中，全面收集矿井地质勘探信息，通过钻探技术、物探技术等方式完成勘探工作，保证模型构建科学合理，基于模型预判煤岩分界面。在此基础上，煤矿充分利用惯性导航技术，监测采煤机的运行路径和姿态，通过周编码器再次校正采煤机。完成以上工作后，结合采煤机位置和煤岩界面控制好采煤机运行角度，保证能通过智能化调整适应不同截割高度。另外，煤矿可以在智能截割中，将煤岩界面识别技术与惯性导航技术融合在一起，有效提高智能化截割水平。在煤矿智能化采煤过程中，对液压支架、采煤机速度和高度等信息进行实时、动态监测，能准确计算出变频刮板输送机的煤炭资源流赋存量、采煤机瞬时落煤量。结合变频刮板输送机转矩，还能完成速度智能化调整工作。现阶段，煤矿使用的综合采煤变频刮板输送机调直系统，大多是在三维形态检测技术基础上发展而来的，通过检测采煤机运行情况，灵活调整变频刮板输送机的平直度。当前，越来越多专家和学者投入以图像识别为核心的直线度检测和调整研究领域，该技术对井下作业的光线亮度、成像质量提出较高要求，所以无法充分应用到工业生产中，需要进一步做好优化、完善工作，为煤矿智能化采煤提供技术保障。结论综上所述，采用煤矿智能化开采模式能为煤矿安全作业提供保障，有利于促进煤矿开采向智能化、绿色化、高效化方向发展。结合实践来看，智能化开采涉及多个学科，受到物联网、计算机、人工智能等技术发展的影响，也面临煤矿开采理论、方法等方面的制约。当前，我国在煤矿智能化开采模式理论研究和实际应用中依然处于起步阶段，很多智能化技术在应用上存在局限性，需要专家和学者不断引入新技术进行优化和完善，国家也要积极出台各种扶持政策，加快先进技术与煤矿的融合速度，切实提高煤矿智能化开采水平。参考文献：朱战斌，王泽亮，王宏伟，等马泰壕煤矿智能化开采地质构造三维可视化模型构筑关键技术研究中国煤炭，（）：王广龙煤矿智能化开采技术的创新与管理陕西煤炭，（）：于福全探讨智慧矿山建设及煤矿的智能化开采中国设备工程，（）：裴新宇煤矿智能化开采模式与技术路径研究西部探矿工程，（）：刘斌煤矿智能化开采技术现状及展望内蒙古煤炭经济，（）：何清波，卓日升，黄义通，等煤矿智能化开采模式与技术路径研究内蒙古煤炭经济，（）：作者简介：柳发财（），男，甘肃平凉人，本科，助理工程师，研究方向：采矿工程。