智慧煤矿与智能化开采技术的发展方向

徐华伟 石海洋

摘要：煤炭是我国经济发展的一个重要资源。近年来，为了提升煤炭的开采力度以及煤炭资源使用效率，相关开采技术成为行业重点研究的对象，智慧煤矿与智能化开采技术就是其中研究的重点。因此，本文就对智慧煤矿与智能化开采技术的发展方向进行简单的分析，以供相关人士参考交流。

关键词：智慧煤矿;煤矿开采;智能化开采技术;发展方向

智慧煤矿与智能化开采技术的出现可以大大提升煤矿开开采的效率，也可以解决开采阶段存在的一些难题。智慧煤矿与智能化开采技术主要是将各项先进技术融合在一起，完全实现了智能、安全、高效的生产模式，是我国煤矿行业发展的主要目标。

一、智慧煤矿的概念

智慧煤矿的基础是数字化和信息化，目的是实现安全、高效、清洁的煤矿开采。智慧煤矿从功能上可以分为三个方面：一是智慧生产系统，主要指的采煤和掘进工作面的智慧化推进，以无人值守、无人采矿的煤炭开采为目标的工作系统;二是智慧化健康安全系统，我国在煤炭开采作业管理目标就是“减少事故，减少死亡”，因此对于煤矿开采的工作人员的生命健康、幸福关爱是非常关注的。健康安全系统又包括通风、水害监控、应急救援、污水处理、视频监控等众多子系统;三是智慧技术和后勤保障系统，智慧技术主要这是对煤矿的勘测、开采、挖掘、运输、调度和设计等各方面的信息化、智能化的建设。后勤保证系统指的是在管理的过程中采用智能化的管理系统和办公系统。

二、智慧煤矿技术架构

智慧煤矿建设的首要条件就是智慧煤矿的技术构架，智慧煤矿的技术构架设计主要的设计原则有以下几点：一是网络融合安全原则，二是信息互通原则，三是数据共享原则，四是功能协同设计原则，煤矿部门需求的不同，设计开发人员采用的框架和技术也不尽相同，但总得来说，在技术结构的设计上都是通过网络传输和感知以及大数据技术实现的。智慧煤矿的框架涉及的范围比较广，可以概括为以下几个方面，一是地下精准定位系统，二是煤矿物联网综合智能管理系统，三是礦井设备、设施管理系统，四是工作平台智能开采系统，五是地面分选运销与生态建设系统，六是智能掘进和采准系统，七是地质探测信息系统，八是危险预警及防控系统，总的框架结构如下图所示：

从上图可以清晰的看到，智慧煤矿处于设计中的核心，这是因为地下煤矿的开采环境存在很大的变数，不仅需要面临复杂的地质情况，还有时刻警惕矿洞的情况，因此在煤矿的开采上有一定的难度。而在实际的开采中应用智能化技术，通过智能化技术超强的感知和控制能力，实现地下复杂开采作业的有效控制，这就是智慧挖掘。智慧挖掘开采的模块主要分为三个板块，分别是智慧感知和智慧决策以及自动控制，以此实现对煤矿开采环境多变性的适应，真正实现煤矿开采的智能化和无人化。

三、智慧煤矿智能化开采技术的发展方向

（一）无线网传输技术

地下煤矿的开采需要面对复杂的作业环境，因此无线网路传输技术是非常重要的一环，是智能化技术在煤炭开采的基础，更是开采质量的保证。无线网传输技术在智慧煤矿开采的过程中，要根据机械设备的情况进行合理的选用。因此在实际的运用中，要根据开采机械的数据参数和使用的要求进行无线网络的设置，从而保证在系统运行的过程中数据的安全可靠。而在这个过程中，无线交换机装置就是其中的重点，因此要根据无线交换机中的数据和资源，从而更加合理的设计采煤机的设备，并且通过创新无线网传输技术，加强煤矿开采的管理力度。

（二）智能探测技术的应用

智能探测技术在煤矿开采过程中主要有三种：一种是煤岩分界技术，煤岩分界技术发送和接受信号的方式主要有两种脉冲，一种是单天线，一种是多普勒雷达，通过这两种方式区分煤层和岩层。煤岩分界技术判断的依据是反射波的频率和波长，岩层的反射波和煤层的反射波是截然不同的，但是需要注意的是，煤层的厚度对反射波的频率和波长的影响是很大的，会影响人们判断;二是煤矸放落自动识别技术，煤矸放落自动识别技术主要是分析煤层的成分，从而判定煤层的厚度、产量等，但是这项技术存在一定技术上难题，飞秒脉冲的方式分析和鉴定矿层的物质结构，不管是操作上还是技术上的都存在很大的难度，在实际上应用比较少。煤矸放落自动识别技术能够对煤层矿物质的成分进行分析，但是该技术在实际操作过程当中一直存在着各种难题。该技术实际上是利用飞秒脉冲产生的电场来对矿层的物质结构进行分析和鉴定，由于技术难度较大，在实际的应用过程当中很难进行操作;三是超前探测技术，超前探测技术的精度是非常高的，能够得到比较精准的效果，而且使用范围广且限制条件比较少，所以应用非常广泛。

（三）采煤机的故障感知技术

由于煤矿在开采过程中需要面临复杂的井下环境，如果机械设备超负荷运行，就会导致采煤机受到比较的工作影响，严重的会出现各种机械故障。以往对采煤机故障诊断主要是依赖检测人员丰富的检测经验和知识进行的，但费时费力，而且影响开采的效率。使用故障感知技术能够极大的提升故障检测的效率，故障感知技术主要是将传感器安装采煤机上，如果发生故障，传感器会通过数据的收集和整理，然后对比标准数据，从而快速的找出设备发生故障的位置，进而采取针对性的措施解决问题。

（四）更加精确的定位和导航功能

精准的定位和导航系统是智能煤矿开采的保证，只有足够的精度，才能建立起更加精准、完善的定位导航模型，才能在保证开采机器的顺利进行。但是由于地下煤矿的开采环境比较复杂，阻挡信号的传递，实现精准的定位导航还是有一定的难度。在目前的地下煤矿开采过程当中，一般是通过GIS地理信息的系统导航等方式来实现的定位和导航，但是该技术的应用还存在许多问题。比如说该技术的成本投入较高，而且精度不够高，对于一些复杂磁场环境下的煤矿无法进行精确的导航。核心芯片的技术不够高，对于局部的定位不够准确。在井下还只能使用4G的无线通信技术，5G的高速无线通信技术还未被突破。

结束语：

在新时代的发展下，应当总结过往发展的经验，利用目前的新技术新科技不断提高核心技术水平。并且建立数字化的矿山，在开采的过程当中，将高效开发的技术和清洁技术进行结合和创新对管理部门进行改革，运用信息化，数字化等先进的科学技术对传统的煤炭行业进行改造和创新。这样才能够实现智慧煤矿的高效绿色发展，促进煤炭行业的进步，为我国社会经济的发展提供有利的支持。

参考文献：

[1]高振.智慧煤矿与智能化开采关键核心技术分析[J].山东工业技术，2019（15）：83.

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