矿井智能化开采关键技术分析

杨勇

摘 要：作为中国的主要能源，在未来相当长的一段时间内，矿井开采仍继续占据世界能源结构的主导地位。在当前信息化、智能化革命到来之际，矿井智能化是适应当代信息工业革命发展趋势、保障国家能源供应、促进矿井工业高质量发展的核心。应用信息技术、智能制造技术和人工智能技术的研究成果，实现矿井安全、高效、绿色开采和利用，实现矿井智能化已成为矿井工业发展的必经之路。围绕智慧矿井及智能化无人开采的重大技术需求，突破行业共性核心问题，加快智能、安全、高效现代矿井生产体系建设成为主要目标。

关键词：矿井;智能化开采;关键技术

0 引言

近年来，受城市经济建设进程持续深化的影响，促使市场中石油能源使用需求缺口渐渐扩大，而做好矿井开采工作不止能为社会经济运行发展提供相应的能源支持，更保证日常生活供暖的有序性及不间断性。与其他类型能源相比，矿井开采作业量大且作业难度高，尤其是大范围应用自动化技术及智能化技术后，大大增加各种问题的发生率，对矿井生产安全性产生极其不利的影响，甚至埋下安全事故的发生隐患。一旦发生安全生产事故则威胁开采人员生命健康安全，甚至造成企业严重的经济损失。由此可见，矿井资源开采期间灵活运用智能化技术手段，根据现场具体情况选择适宜的开采技术，能保证矿井开采工作有序开展。

1 矿井智能化开采与国外发展状况

矿井智能化开采，集物联网、人工智能、大数据等技术，打造一体化智能平台，将科学技术与矿井开采充分结合，推动矿井智能化发展。矿井智能化开采平台的建设，通过自动化安全生产，减少开采冗余环节，以环保节能手段充分开采矿井资源，实现矿井可持续发展。矿井智能化开采落实，是全面贯彻落实环境保护政策的重要手段，创新矿井开采过程，增加绿色环保技术，通过综合管理平台与采掘运输信息管理、导航监控、智能化无人工作系统等的结合，确保矿井开采中相互联系，分层次展开矿井开采工作。国外矿井智能化开采技术发展迅速，高新技术的应用很大程度上改变了矿井工业的发展面貌，以先进采煤技术与设备，实现矿井集中高效生产，智能化发展基础上，生产规模明显国家，据悉德国矿井平均生产规模达到280万t，英国为180万t，波兰为200万t，而我国仅达到10万t。大部分发达国家已经实现了矿井生产综合机械化，遥控、自动化发展极为先进，生产率明显提高。我国近些年积极引进采煤机、液压支架以及刮板输送机等，采矿效率明显提高，同时为智能化发展奠定基础。

2 矿井采煤机智能化现状分析

2.1 设置不合理

矿井开采期间采煤机应用智能化技术手段能保证所有开采工作有序开展，但是智能化技术具体应用时存在出现无线网络传输问题的可能，尤其是所采取的解决措施不够合理则直接影响采煤机使用质量及使用效率。同时，目前我国矿井企业普遍存在对无线网络传输技术设置的重视程度有待提升的问题，一旦其综采工作研究力度远远不足则可能引发无人机交换布置期间出现无法根据矿井资源具体开采状况进行使用的问题，直接影响网络布置的合理性，甚至无法充分发挥无线网络传输技术的应用价值。此外，部分无线交换机设备技术设计未从根源上认识到通信渠道的重要性及必要性。

2.2 技术不普及

现阶段矿井作业中煤层动态倾角实时测量开始采用煤岩界面识别技术。设备滚筒高度的调整则依靠此测量数据，从而得到综采工作面的水平高度。综采工作面水平高度的调整方式在国内外是不同的，国内装备高度的调整使用的是记忆割煤技术，但是当煤层走向发生大的变化时该技术就不再准确。国外装备高度的调整使用的是热红外摄像仪，根据扫描的结果进行工作面高度的调整，然而现今热红外摄像仪的使用尚未普及。

2.3 设计规划不足

通常情况下，采煤机装置使用期间采取科学合理的截割路径设计方案是保证设备使用期间满足开采环境具体要求的技术前提及标准要求，方可达到提高采煤机综合性能设计质量的目标。同时，规划设计采煤机设备截割路径期间，不得脱离设备截割滚筒特点进行综合考虑，根据矿井开采现场具体情况选择科学合理的开采方式，尤其是结合煤层具体厚度进行判断，能大幅度提高煤岩截面识别技术的处理效率及处理质量。部分矿井开采企业规划设计采煤机具体截割路径期间，普遍存在忽略实际使用状况的问题，造成采煤机截割处理出现大量问题，直接影响其截割效果。

2.4 实际工作环境不理想

当前，矿井开采的智能化综采工作面系统尚不稳定，还存在许多不得不解决的问题：一是矿井综采的工作环境较为恶劣，矿井开采的工作环境常常是位于几百米以下的地面深处，环境闷热潮湿、粉尘多、光线弱，矿井开采人员难以在如此复杂艰难的环境中工作，而综采系统的传感器的反应速度和可靠性都会受环境的制约，难以向地面传达最真实可靠的数据。二是矿井开采的地质环境十分复杂，稳定性弱，相关技术难以在复杂环境中实现普遍应用，各矿区的实际情况也并不相同，技术运用难度大。

3 矿井采煤机智能化关键技术手段分析

3.1 工作面综采装备位姿监测技术

矿井井下工作面综采装备的姿态感知和测量是进行综采装备智能控制的必要条件。矿井井下环境复杂多变，因此需要高精度、高可靠性的定位导航系统对综采装备进行实时监测。在装备运行过程中，可通过采用三维激光扫描仪、红外高清摄像仪进行实时动态扫描，对工作面进行三维激光扫描，实时构建工作巷道三维模型，绘制工作面地图。由于井下高粉尘环境，可采用仿生除尘、智能去尘的本安型防爆视觉传感器对井下环境进行高清图像获取。利用惯性导航、机器视觉和激光扫描等高精度定位技术对综采装备位置进行实时监测，為综采装备安装高精度传感器，采用多传感信号集成监测技术，实时监测综采装备的姿态。应用基于多信息的三维场景实时建模，搜集综采工作面三维地图、装备行程、压力、倾角等传感信息，通过视频增强技术和动态建图技术构建远程虚拟生产监测系统，从而实现工作面综采装备位姿的实时监测。

3.2 智能采煤机

综采工作面智能化设备的不断发展使得智能化设备在矿井业中得到了广泛的应用，智能采煤机就是其中一个广泛受用的智能化设备。智能采煤机具有多种工作模式，并会根据不同的任务需求使用不同的模式。通过传感器得到与采煤有关各个设备的位置对设备的运动路线进行估计以完成联动控制，对采煤机进行远程的无人操作控制则需要结合跟进作业和斜切进刀工艺等。

3.3 智能矿井开采记忆截割技术

矿井智能化开采中，根据记忆截割的方式，以人工自动化操作的方式对采煤机进行操控，不断进行学习与记忆，制定采煤机自动割煤计划。利用位移型调高油缸的方式，完善矿井开采中采煤机控制系统，智能记忆截割技术下，自主对矿井开采工作面进行定位，并且及时将定位信息传递到位置传感器中，保证智能化开采平台能够及时掌握，合理安排矿井开采计划。矿井开采期间，记忆截割技术应用中，必须在采煤机的摇臂上安装倾斜计，随时跟踪采煤机，掌握其坐标变化，控制采煤机摇臂工作在+45°～-20°工作，确保采煤机工作顺利。

4 结束语

矿井智能化开采是煤炭产业转型升级和煤炭工业技术改革的核心，矿井企业务必紧跟信息时代的发展步伐，应用信息技术的成果，将数字化、人工智能、大数据等技术应用于煤炭开采过程中，攻关智能化开采核心技术难题，逐步实现矿井开采全过程的智能化监控，通过远程监控实现井下少人甚至无人作业，彻底改变传统的矿井生产方式，使煤炭行业适应信息时代的发展，走可持续发展的道路。

参考文献：

[1]赵宁波.煤矿采煤机智能化关键技术探讨[J].中国石油和化工标准与质量，2019，39（23）：204-205.

[2]王国法，杜毅博.智慧矿井与智能化开采技术的发展方向[J].煤炭科学技术，2019，47（01）：1-10.