矿山机械智能化的应用及发展趋势

曹 鹏，朱 烨，李千顺

（1.贵州盘江煤电集团有限责任公司，贵州 贵阳 550081；2.山东科技大学，山东 青岛 266590）

在当今这个信息化的大数据的时代，煤炭行业的发展水平不单单以煤炭的开采的数量为衡量标准，其智能化建设程度更是极其重要的衡量方面。所以，对矿山机械智能化的应用以及发展趋势展开深入分析具有非常大的现实意义[1]。

1 矿山机械智能化的发展现状

随着数字化水平的提高和技术成本的降低，数字矿山得以遍地开花，但目前智能矿山的发展尚未完善，其智能化建设也要跟上步伐。煤炭开采行业是最古老的产业之一，我国煤矿行业实现了从机械化到自动化的过渡，并已经开始向智能化方向迈进。目前，中国矿山行业的信息化水平虽然得到了一定程度的发展，但是很多矿山企业还停留在信息化程度较低的传统开采阶段，机械智能化在矿山领域的某些方面受到了制约，智能化的总体水平较国外先进水平仍然有很大的差距。以下对目前的煤矿行业的智能化水准进行系统分析：

（1）矿山机械智能化的概念。矿山机械智能化是指将煤炭行业与物联网、人工智能领域深度结合，使得煤炭开拓、地测、采掘等系统具有自操作、自动化的基本能力，并且可以根据内外部的条件进行实时操控，从而在智能化综采过程中实现经济效果优化的效果[2]。

（2）矿山机械智能化存在的问题。首先，由于目前的煤炭机械设备庞大、笨重且结构复杂，在狭小的矿井空间内，难以保证灵活运行，对开采进度造成了阻碍，很难进行有效开采，会导致煤炭开采效率低下，供应量不足。其次，较西方发达国家而言我国的机械信息化程度较低，设备的数字化程度低，我国的矿山机械设备只有小部分实现了智能化的发展，大多数接卸设备仍然采用传统的人力操作，经济效益得不到提升。最后，煤矿设备在进行综采工作时，会破坏自然环境和自然资源，无法实现绿色可持续发展。矿山机械在迎来飞速跃进的同时，也会对环境造成严重的污染，环境形势愈发严重，迫使我国的矿山机械化不得面临转型，对产业发展对策进行调整优化是当前矿山企业普遍面临的问题[3]。

2 矿山机械智能化应用分析

我国的煤矿智能化开采在近年来取得了显著的提升，在采煤机记忆截割的基础上，以生产系统智能化控制软件为核心系统，改变了之前单机装备为主的体系。煤矿智能化主要应用在采掘、运输、远程控制等领域。

（1）机械工程智能化在煤矿采掘方面的应用。采掘机是煤矿开采最常用的设备，电牵引驱动系统为采掘机提供足够的采掘动力，并且运用了交流电机，可靠性能更强，简化了综采工作，大幅度提高效率。对于故障诊断，为了精准的进行诊断，采用了传感器进行故障诊断，传感器将采掘情况反馈给系统诊断系统根据传感器获取的数据做出判断，从而实现整个综采过程的智能化，大幅度的提高了采掘效率。

（2）机械工程智能化在煤矿运输方面的应用。煤矿在进行运输时，通过胶带运输机实现了煤炭的传送过程，在胶带运输机中应用中压变频驱动控制技术，以此来实现运输机的平稳性，确保在低速状态中也可以连续运行。为胶带运输机安装液压自控张紧装置，确保自动调节张力以此来实现运输机的平稳运行。安装工况监测系统，机头安装使用交叉装置，机尾安装自动伸缩装置，以便及时了解运输的情况，进行实时运输监控。

（3）机械工程智能化在远程控制方面的应用。在记忆截割时，引入远程计算机，远程计算机系统可以根据采煤工作面的情况对采煤机的工作进行实时调整，工作人员可以在巷道控制中心内远程控制设备启动、停止，断电、送电工作采煤机可以通过远程控制系统进行自动运行、卧底、停止，这种远程控制系统可以减少劳动强度，提高效率，在同等生产状态下可以加大产量，从而提高效益。

3 发展趋势展望

我国的煤炭智能化阶段目标为：到2020年，建成100个初级智能化示范煤矿；到2025年，基本实现全部大型煤矿智能化。机械智能化是矿山综采技术的一次重要的突破，对煤矿产业升级、煤矿绿色开采具有重大的现实意义。同时，引进大量的专业型人才，与时俱进，加快促进产业升级是非常有必要的。

（1）智能导航技术的开展。基于实时三维GIS技术，将地理信息、三维可视化及工作面探测技术结合起来，在综采工作中采用智能导航技术，对设备进行自动定位，可以对工作面进行实时探测和自动定位，以此实现煤矿资源的精确开采。

（2）设备趋向于多样化。当前我国的煤炭开采设备功能简单结构复杂，在狭窄的矿井工作环境中操作难度系数高、运行繁琐，难以实现在狭小的环境中进行高效运作。在后续的发展中，开采设备的功能趋向于集成化、种类趋向于多样化。比如：通过装有可以进行人工智能处理的传感器，通过数据处理模块，计算采煤机的工作位移，从而在模型中输入数据，进行自主开采；或者将会引进智能开采机器人，逐步替代人类在综采工作面中的工作，操作人员只需掌握简易的工作技术，就可以合理掌握设备的操作运行，从而节省人力物力；最后，可以引进先进的超声波技术，在机械设备出现问题时，通过超声波技术对机械设备进行监测，与传统的勘测手段比较，精简工作环节，减少了工作负担。

（3）安全防控系统逐渐优化。目前的煤矿安全检测工作尚有不足，在当前的阶段，煤矿的安全生产问题仍然是值得注意的问题。未来仍将不断对安全监控系统进行优化，加大安全网络系统的引入力度，对综采工作面的设备进行及时监测和故障诊断。首先，开采单位要确保矿山机械设备的正常运行，保证矿山机械设备的性能，及时定期进行安全隐患的排查工作，对每一个控制单元都要做好排查工作，在预防机械设备出现操作问题的前提下注意做好维修工作的准备。其次，对机械操作人员进行培训，完善操作安全操作系统，确保培训后的操作人员进行综采工作，在往后的操作过程中才减少安全事故的发生，同时也要对做好日常的工作记录，为日后的排查工作和下阶段的工作安排提供可靠的数据支撑，从而提高工作效率。这样集人机一体的安全防控系统，在机械运行异常时，会更加快速的给出相关的处理方案，为煤矿综采工作提供有力的安全保障。

4 总结

机械智能化开采技术可以提高投入产出比，是我国煤矿转型、加快行业升级的技术。新的阶段对我国的煤矿机械智能化提出了新的要求，矿山企业要抓住改革的机遇，在国家政策的指导下需要不断地对矿山机械设备进行创新，以此确保其性能的稳定，促进矿山行业的生机与活力。