煤矿智能化开采技术研究现状及展望

于洪林 王善超 张磊 魏晋宏 李秋婷

[摘    要]煤炭工业的发展对社会产生的能源供给有着重要影响，随着煤矿事故的频繁发生，社会各方面对采煤的兴趣越来越大。煤业发展阶段，煤矿建设企业的开采能力与员工的安全、采煤质量有着密切的关系。为了逐步改变和消除以往的开采模式，我国大多数采煤区都在不断引进技术和设备，实现了煤炭采煤向智能化的发展。文章介绍了有关采煤智能采掘技术的研究现状及展望，为我国煤炭事业的发展提供重要保障。

[关键词]煤矿;智能化开采技术;研究现状;展望

[中图分类号]TD82 [文献标志码]A [文章编号]2095–6487（2021）10–0–03

Research Status and Prospect of Intelligent Mining Technology in Coal Mine

Yu Hong-lin，Wang Shan-chao，Zhang Lei，Wei Jin-hong，Li Qiu-ting

[Abstract]The development of coal industry has an important impact on the energy supply of society. With the frequent occurrence of coal mine accidents， all parties in the society are more and more interested in coal mining. In the development stage of coal industry， the mining capacity of coal mining construction enterprises is closely related to the safety of employees and coal mining quality. In order to gradually change and eliminate the previous mining mode， most coal mining areas in China are constantly introducing technology and equipment， realizing the development of coal mining to intelligence. This paper introduces the research status and Prospect of intelligent mining technology for coal mining， which provides an important guarantee for the development of coal industry in China.

[Keywords]coal mine; intelligent mining technology; research status; expectation

1 煤礦智能化开采技术及作用

智能采掘技术是无人值守技术，集机械化、信息技术、自动化于一体。应用自动化网络技术和智能仪器设备，可对相关的采掘机械进行有效地控制，有效地实现采掘任务的合理分配[1]。智能化采煤技术在煤炭生产中的应用既重要又有实用性，而智能化挖掘技术则有效地减少了人工、减少了人工和无人值守的煤炭开采，使监测中心和地面控制中心远距离运行。这大大减少了风险，改善安全效率，煤矿采煤的安全水平有了很大提高。

1.1 提高企业煤矿开采的经济效益

煤矿企业在激烈的竞争中，要想提高自身的竞争水平，最重要的就是持续改进采煤方法、使用新的开采技术以降低人工成本，以及提高采煤的整体效率和质量，是采煤企业整体发展的重要参考。通过使用新的煤炭犁开采方法，各层可以自动保持水平，无须相关人员采取措施。能够节省人力成本，还能有效控制煤矿开采的整体质量。

1.2 有利于提高煤矿企业规范化管理

新的开采技术的开发可以及时排除原有的机械设备，新的生产设备可以对采煤技术提出更高要求，促进煤炭采煤企业的标准化合理开发。同时应用新技术，还可以提高自身开采的效率和质量，为企业的持续发展和创新提供重要保证。实时维护和机械设备的使用，增强机械设备管理质量，确保机械设备稳定运行，保障煤矿开采效率全面提高。

1.3 确保采矿人员的生命安全

在煤矿开采的过程中，由于各种各样的外在因素，很容易引发安全事故，大多数的煤矿开采环境生态十分脆弱、瓦斯含量非常高，造成安全事故频发。在煤矿开采中企业必须要充分运用新技术来减少危险因素，确保整体开展质量显著提升，减少不必要的安全事故。

2 煤矿智能化开采技术现状

2.1 煤矿开采定位系统

采煤定位系统避免了手工测量不准确、大误差等缺点，有利于采煤定位的精确。矿井电磁信号很弱，不能正确地接收GPS信号，给煤矿采煤定位带来困难。该系统以GIS地理信息系统为基础，集成多方向技术，提供了地下挖掘作业的精确测量与定位，极大地提高挖掘定位精度，使定位数据更加精确。

2.2 智能煤矿开采记忆截割技术

智能采煤记忆切割技术将记忆切割技术应用于智能采煤，制订自动采煤计划，实现采煤机的手动和自动控制[2]。如采用位移式高度调整油缸，采用智能存储器切割技术，从采煤面主位置通过位置传感器，接收位置信息并及时反馈到智能操作平台，有利于智能化操作平台实现合理的采煤计划。利用位移或高度编码器进行自动定位，以提高剪切机的定位精度，并与具有自动定位功能的位置传感器相结合，能更有效地完成整体的开采工作。

2.3 矿井智能平台数据分析技术

矿井条件恶劣、环境复杂，煤矿智能平台的数据分析技术涉及了煤矿智能平台的数据分析技术。通过对这些数据的综合分析，智能平台可以把握数据的变化规律，充分利用其应用价值，明确了解采煤情况，改进控制功能，帮助采煤取得突破。

2.4 煤矿井下作业中的视频监控技术

对于井下监控技术而言，增加资源回收、提高安全无疑是重要的操作。该监控技术实际上是一种用于指挥中心视频监控的一系列技术设备，能够在井下作业中对采煤设备和煤层倾斜进行实时、精细实时观测，使操作者能够准确掌握。

2.5 5G通信技术

在煤炭工业中，对通信技术提出了更高的要求和诉求。而在特殊的地下环境，通信系统不仅需要传输速度快、可靠性高，而且还具有网络覆盖率、传输功率、安全防爆等特殊功能。煤炭工业的发展中，智能煤炭开采、智能运输、矿山网络勘探、包括煤矿大数据在内的矿山智能化水平的提高、挖掘机器视觉、煤矿机器人、虚拟现实等，煤矿无线通信系统的性能将逐渐无法满足，需要智慧发展。

3 智能采煤矿山采掘设备分析

3.1 智能液压支架

目前全機械化液压支撑电控系统是一种在设计初期没有内置支撑的附加产品。以后的设计中，为了提高支架从根部的自动化程度，要先考虑将控制器、传感器和支架的电气液压控制系统集成到支架上。通过监控中心设计，实现了液压支承的遥控控制，实现了液压支承的远程控制和剪切支承的自动跟踪。通过这种方式，液压支撑可由剪切机自动操作[3]。

3.2 智能采煤机

智能化采煤机能够通过作业平台实现采煤作业的远程控制。利用传感器技术采集剪切机及其支撑的工作状态及位置关系，可准确地预测剪切机的运行轨迹。利用自动操作方式，完成裁断机和其他设备的调节操作。监测中心系统将剪切机的监测位置和工作状态反馈给操作控制台，通过剪切机视频系统发出指令和指令，网络和数据通信系统将指令信息反馈给操作控制台，实现剪切机开采作业的远程控制。

3.3 智能刮板运输机

智能型刮板输送机是一种新型的刮板输送机，极大地提高了煤炭运输的效率。本机械内部操作包括刮板链条自适应张力、软启动、自动监控等技术的实现与联合应用。软起动控制需要减速机、电机、变频器的调节，能保证设备正常、安全地工作，但使用成本较高。智能型刮板输送机可利用监控网络系统实现对主要部件的连接和控制，同时自动报警和处理智能故障。

4 煤矿智能化开采技术的发展

4.1 自动调度控制技术

自动送单控制技术可以看作“按需生产”模式。在开采过程中，通过合理应用该技术，可自动规划切割机的前进速度、采煤进度、作业强度，以满足煤炭需求。设计的工艺参数包括工作面倾角、煤缝厚度、水文条件、瓦斯系数、运输系统承载能力及对煤炭需求的综合分析。通过合理的计划，可以有效地落实采煤进度，对相关设备进行合理控制，提高生产智能化。

4.2 灾害预防控制技术

在采煤工程中，合理运用无线通信技术，可有效减少地下电缆根数，保证地下工作面清洁，有效促进防灾技术的合理开发。基于无线通信技术，工作人员可以与监控中心进行有效通信，实现对地下侦察员安全具有重要意义和价值的相关信息的有效沟通。通过有效地收集安装在地下的传感器，对灾害进行有效监测，保证了预警工作的开展。

4.3 自适应调高技术

自适应高度调节技术主要由智能控制技术和煤岩界面自动识别感知技术组成，其中智能控制技术主要是根据煤、石的界面识别曲线，该技术的优势在于对设备进行实时控制，控制延时一般为10～30 ms。如何有效地识别煤岩界面是应用该技术的难点之一。为此，合理应用煤岩界面的自动识别与识别技术，能够满足智能控制技术在应用过程中的相关需求。

4.4 切顶沿空留巷智能化开采技术

智能采煤技术是一种沿山岩开凿屋顶、保持巷道的智能开采技术，是我国现有全机械化采煤技术的一项新技术。正确运用该技术，可有效实现无柱开采。这一技术可有效地实现采煤工程资源的合理回收与利用，促进采煤水平的有效改善和优化。该技术能促进员工在采煤过程中对采煤机控制水平的开发与优化，对采煤安全具有很高的价值。

4.5 煤矿绿色开采技术

绿色开采技术可以全面规划和科学分析道路挖掘，有效减少道路挖掘量。因此，整个矿山所包含的自然地区在开采前必须进行全面合理的规划。需要在时间内分类排出。为了减少矿山内的废气、灰尘、有害气体，提高某些零部件的利用效率，加强和减少可用零部件的废气处理，采用封闭循环水流模式，减少煤矿开采中的环境污染问题。

4.6 超厚煤层采煤技术

在煤炭采煤技术不断开发的背景下，高度较高的完全机械化的洞穴探险技术可能会产生很好地照明效果，提高有效地同一煤炭接缝整体开采质量。超厚完全机械化的洞穴勘探技术在超厚煤炭接缝开采方面有非常大的优点，但需要与之相适应的剪切机和液压支柱，初期费用比较高。

5 煤矿智能开采技术的优化策略

5.1 加强安全意识的教育

煤矿采煤智能挖掘技术的第一个优化策略是提高安全意识。与其他企业相比，采煤企业的风险更大;因此在人员的选择上要尽可能注重人员的合理化，培养安全意识很重要。为了从根本上提高员工的整体安全水平，煤炭企业领导需要定期宣传安全意识，定期对员工进行安全意识教育。

5.2 优化完善维修管理组织

维修管理组织优化与完成煤矿智能挖掘技术的第二种优化策略是管理组织的优化如果企业要取得良好的发展，管理组织的优化就显得尤为重要，采煤企业也不例外。要尽快优化内部管理机制，完善管理机构;另外，还要尽快建立内部的责任机制，让全体员工负起责任，这样才能提高采煤工作的效率。

5.3 健全相关的制度规章

改进管理制度是提高管理效率的关键，健全的管理机制对采煤智能采掘技术的应用也具有重要意义。只有掌握好员工的理论知识和合理的设备操作方法，才能促进我国采煤机电行业的发展。

6 智能采煤技术发展的展望

6.1 智能装备技术

智能仪器技术地下高速无线通信技术、煤矿识别技术、自动校正技术等方面的研究，是早期监测预警机制的发展方向。智能仪器技术地下高速通信技术、煤矿识别技术、自动矫正技术的研究开发，加强地下信息传输速度，确保整体适用性和实用性。

6.2 智能导航技术

与导航技术的结合，实现采掘设备的实时定位，可有效地改善地质勘探和空间定位，提高设备的智能控制水平，实现安全监控和高精度挖掘。

6.3 智能机器人

对于智能机器人工作面的维修管理，远程智能机器人将起到辅助工作的作用。利用配准性能检测装置及改造处理，可实现煤矿智能工作面的自动开采。

6.4 智能化掘进技术

加强智能隧道技术的研究，提高隧道设备的整体性能和智能控制，创造更加协调有效地隧道接口，实现无人驾驶隧道作业。

7 结束语

随着世界经济的快速发展，中国对煤炭资源的需求不断增加，年煤炭产量不断增加，煤炭资源范围不断扩大，矿山深度不断加深。随着煤炭开采力度的逐步加大，煤炭开采工作将出现各种问题。智能采煤技术的选择至关重要。现实工作流程中，必须根据建设的实际情况，在选择智能挖掘技术时，相关人员应采取合理的措施，使煤炭采煤工作顺利进行，促进相关产业的发展，最大限度地减少阻碍采煤工作的因素。

参考文献

[1] 余铜柱.智能化技术在煤矿开采中的现状及展望[J].科技创新导报，2019，16（19）：22-23.

[2] 张立新，魏强.煤矿智能化开采技术研究现状及展望[J].中国矿山工程，2021，50（3）：68-70.

[3] 王林.煤矿智能化开采技术研究现状及展望[J].石化技术，2020，27（12）：179-180.