智能化矿山与智能化开采技术的发展方向

刘青红

（中铝宁夏能源集团有限公司，宁夏 银川 750002）

煤炭作为我国重要的能源之一，其重要性不言而喻。充分地了解世界能源格局与我国非再生能源开采的实际情况后，必须要将我国自身的煤炭开采技术提高，不断探索更加高效的开采技术，逐步完成智能化开采目标。我国大力倡导的信息化技术与智能化技术以及人工技术所结合的工业技术，能够有效地在根本上解决煤矿高效率开采所遇到的各种阻碍，同时这也是发展智能化煤矿的主体方向。我国的煤矿开采技术、设备经过长时间的发展，已经从依赖进口，变成自主创新。通过使用智能化开采技术，已经将以往的开采技术与设备的操作水平提升了几个档次，同时还基本实现了全部国产，利用国产技术与设备也更好地实现了在薄与极薄层开采、大采高与超大采高及超厚煤层的综合开采，促进我国的智能化开采技术水平得到进一步的提高，并且为进一步完成智慧煤矿建设与智能化开采奠定了良好基础。根据智能化及智能化开采为中心，提升煤矿开采效率的同时，将智能、安全、高效带入煤矿开采中，来实现现代化煤矿生产体系的完善构建。

1 智能化煤矿技术架构

智能化煤矿的主体建设方向是否正确取决于智能化煤矿的顶层设计是否合理。智能化煤矿的建设过程具有一定的综合性质，其建设需要在一套标准的体系上搭建感知网络，并且利用感知网络来建立一个高数据的输送通道，将收集的各路信息汇聚一身，形成一个云数据中控平台，此平台可以根据不同部门的业务需求，针对性做出相对性的服务。智能化煤矿的建设主要包括八大系统：能够对进行精准定位的导航系统；集合采掘探为一体的地质数据分析系统；能够智能检测工作面的检测系统；能够智能精准开采的采掘系统；能够及时对灾难进行预警的危险防控系统；能够对煤炭进行处理的洗选系统；能够管理施工设备的智能管理系统；物联网的综合管理系统等八大系统。

智能化煤矿在顶层设计时必须将信息打通，避免出现信息不全与信息重复的现象，在遵循采矿规则的基础上，将智能技术与人工采矿相融合。智慧煤矿的核心组成就是智能开发，智能开采主要包括感知智能、决策智能、控制职能三个核心要素。自动化开采与传统人工开采两者之间的不同之处就在于智能化开采可以在一定程度上减少人力成本，提高工作人员安全系数，并且其自身还具备一定程度的自主决策能力，具有这样功能的设备，在不同的开采环境中才能保证开采进度，做到智能化开采，将人员安全隐患将到最低，进而实现无人井下作业，使煤矿的开采安全得到有效的保证，进一步推动智能煤矿的发展，促进智慧煤矿的建设。

2 智能化煤矿关键核心技术研究方向

我国近几年对于自动智能化煤炭开采与煤矿物联技术进行的研究已经获得了极大的进展与成果，并且利用这两项技术建设了一批信息化智能管理的先进矿井。由于煤矿开采具有很强的综合性质，多数的工作面还达不到真正的智能化水准，就导致智慧矿井的建设还停留在起步阶段。

2．1 精准地质信息系统及采掘探测技术装备

煤矿的地质信息会随着采掘工作的进展而发生不同变化的动态信息。将地址信息精准化是煤矿采掘的基本也是核心，也是智能模块形成的基础条件。所以，开发工作面使用智能采掘系统及装备，将采掘数据与地址信息自动采集、处理、分析从而构建一个精确的四维动态巷道图，将矿井内部全方位信息透明化，从而实现将地质信息、测量数据及巷道掘进动态，形成三维电子图进行管理，这些就是实现智能化煤矿的基础条件。

目前，2D与3D地测技术，基本可以实现多个部门进行数据互通共享及重要图件绘制、文件报表报备等工作，在日常的管理工作中合理使用该项技术能够有效地将工作的效率提高，同时，也能使工作的质量得到保证。若想真正意义上实现人工智能开采只凭这些是完全不够的，必须要求技术系统可以随着开采的进度推进自身设备可以实现自动学习、自动更新、自动反馈、自动操作。当前，首要任务是在现有三维GIS技术管理平台上，将采掘过程中收集的各种数据信息及研发工作面3D地质动态图绘制技术结合，构建出一个透明化采矿的智能化掘进技术与地质分析汇聚一身的管理平台，此平台可以为以后煤矿开展工作提高安全保障。

建设煤矿的4D云GIS平台，需要具备能够对多元矿井构造进行检测与数据分析以及能够对煤矿进行GIS图件的绘制等等集为一身的管理平台。其主要可以实现对GIS三维平台的搭建，矿井内部预测数据信息的共享及矿井GIS图形管控和移动客户终端的技术研发等。

2．2 智能化煤矿物联网技术与装备

通过煤矿物联网技术的研发与应用，一方面，它有效地构建了一个能够准确定位井下工作人员的具体位置的感知区域，为发生危险时进行搜救提供了更加有力的帮助；另一方面，煤矿物联网技术通过与云计算和边缘计算的充分结合，促进了设备数据的完美互通。

（1）物联网位置服务。物联网位置服务是建立在超宽带定位技术的基础上，并且能够在复杂的工作面上进行操作，可以针对现场的实质情况作出进一步的分析，来精确定位数据的一种算法，并以惯导及激光雷达辅助其进行精准定位，建立一个完善的协同定位平台。该平台能够实现网络自主功能，而且还能够智能化补偿走时与晶振出现的误差现象，实现对设备及操作设备的人员及设备运转速度进行精确的定位计算，以此避免设备在运转中出现碰撞故障，保证设备及人员的安全。

（2）物联网云计算服务。互联网云计算是将分布式计算作为基础，并且构建出综合采矿工作面大数据的计算构架，从而得到最标准的算法库，实现综合数据体系的实时分析、聚类，实现主流数据可视化工具的研发并与外部数据实现互交互补。

2．3 巷道智能化快速掘进技术与装备

进行煤矿开采的前提工作就是巷道掘进，采掘失调是最容易发生的问题，目前，很多煤矿都主要以单体锚杆钻机来进行煤矿挖掘的支护工作，但是，这种支护方式存在许多弊端，如钻孔效率低、工作复杂等，这些问题最终导致了钻机出现定位困难现象。导致锚杆支护时间长，大大延误了巷道掘进的进度，同时，还存在装备落后、工艺水平不达标等问题，掘、锚两项工作在有限的巷道空间中出现不协调作业的情况，严重限制了掘进工作的效率性。若要从根本处解决这一问题，就要将掘、锚两项工作维持平衡。

3 智能化煤矿与智能化开采发展目标

智能化煤矿的最终目标就是使煤矿的开采工作具备更加完善的智慧学堂，其包括智能运行、科学安全、环保开采的一个新型开采模式。将煤炭机械化开采与自动化开采进行有机结合后，所形成的新技术就是智能化开采，其主要完成的目标就是将智能化煤矿开采彻底的代替传统的人力煤矿开采，最终实现井下无人操作。目前，智慧化智能开采技术还处于一个萌发阶段，若想将其完整完善化，就必须规划出合理的发展目标。

（1）近期目标。根据目前我国的煤炭信息化与智能化开采技术，不断地探索与研发更加有效的信息化与智能化开采技术，并将新技术加以推广，从而在2020年建立百所示范煤矿，这百所示范煤矿必须具备智慧智能开采的初步框架，煤矿内部采掘也需要将三个大重点部位，实现岗位无人、巡逻有人、远程操控的自动化生产模式。

（2）中期目标。最迟到2025年，我国将彻底地解决智能化煤矿智能化开采中所遇到的难题，并且在全国范围内的各大煤矿树立以智慧煤矿智能开采的目标，进一步完善智慧煤矿的多信息融合系统，并将井下高危作业岗位用机器代替人工，彻底地实现智能化无人操作的目标。

（3）远期目标。预计到2035年，我国会使智能化煤矿智能开采技术得到全面的革新，在全国范围内实施煤矿的智能化开采，并且使煤矿内运行的每个机器和环节都具备智能决策，进行自动运行，达到全矿设备一键式操作，逐步实现机械化生产，彻底地完成机器操作取代人工操作，不断推进我国煤炭行业的健康稳定发展。

4 结语

我国煤炭企业的未来发展趋势就是智能化煤矿与智能化开采，将顶层的设计工作做好是进行智能化煤矿与智能化开采的基础，也是重要前提，应坚持正确的原则，合理科学地规划智慧煤矿的总体框架，并建立完善的工作管理体系，同时，结合技术进步，进一步提升各系统智能化水平，构建多产业链、多系统集成的煤矿智能化系统，建成智能感知、智能决策、自动执行的智能化煤矿，使煤炭开采工作的安全系数得到进一步的提高，促进我国煤炭企业更好更快地发展。