人工智能技术在煤炭行业生产中的应用研究

王译

煤炭是我国工业发展的重要资源。一直以来，我国煤炭产业的发展都是走粗放型的发展之路，生产成本高，能源消耗大，且对环境产生严重污染，以此来提高煤炭产业规模，这对于煤炭产业的绿色可持续性发展形成阻碍。再加上部分地区地方政府对于煤矿开采缺乏有效监管，企业盲目追求利润，忽视社会整体效益，导致煤炭安全生产工作存在诸多问题，影响煤炭开采行业的健康稳定发展。随着科技水平不断增强，人工智能技术在各个行业领域的应用增强，煤炭行业也不例外。众多科技含量高的设施设备，包括各类性能先进的仪器仪表，自动化操作系统，智能检测诊断系统等等的应用，对于提高煤炭生产的现代化水平，提高生产安全性，发挥出重要的作用与价值。因此，我们需要进一步加大对人工智能技术在煤炭行业应用的研究，以更好地运用人工智能技术，减少行业生产成本，提高人力物力资源配置水平，提高煤炭生产与管理效率。

当下我国煤炭生产方式依然较为粗放，煤炭企业不重视安全生产和环境污染问题，大幅度缩减投入于安全和环保的资金，无法保障行业生产中的环保问题和安全问题，严重破坏生态平衡，人员伤亡情况时有发生。一些从业者长期在高污染环境下开展作业，在工作中吸入了过多有害粉尘和气体，对个人身体健康造成很大危害。因此，安全生产问题亟需有效解决。

经济的不断发展需要大量能源动力，煤炭资源有效地保障了经济发展，是重要的技术性能源之一。因为扩张无度、运转超负荷以及对煤炭产量的盲目追求，出现了很多非法矿井，对煤炭安全生产产生了严重威胁，并对环境造成了严重的污染。

如今煤炭行业运行不规范。在市场竞争激烈而监管存在死角的形势下，煤炭行业经常发生安全事故，安全生产问题十分严重。我国缺乏先进的煤矿生产技术，浪费了大量能源，无法保障煤矿生产安全。煤矿从业人员多数是农民工，文化程度相对不高，专业知识缺乏，控制风险的能力不足。而企业对安全生产问题并没有采取十分有利的措施，没有对员工进行安全培训，很多员工安全意识薄弱，应对安全事故的能力比较不足。

回望煤炭行业一路走来，从半机械化半手工采集，到大规模机械化，再到集成信息化、智能化，现今煤炭行业的发展逐渐趋于成熟，主要是采用智能化开采方式，但是在生产过程中还有很多问题需要解决。

（一）需要升级技术设备

如今我国煤炭开采技术已经向数字化、自动化和信息化方向发展，但是相比发达国家还是有很大差距。2019年，国家煤矿安全监察局提出了产业化运用煤矿机器人政策。如今的煤矿机器人，除了可以简单地进行重复性操作，还可以及时感知和反馈周围的大环境，但是它缺乏多种能力，如独立思维和决策能力，很多地方依然需要依靠人力才能完成一些任务。

（二）存在严重的安全隐患问题

煤炭行业存在各种各样危险的情况，经常发生各类灾害，地下环境十分复杂多变，这对作业人员的人身安全产生严重威胁。随着各类煤炭智能监测和预警技术的创新应用，事故发生频率大幅度减少，煤矿生产安全得到有力保障，但其中依然有很多问题存在。由于传感器技术不够发达，无法全面及时采集前兆信息，而监测系统互为独立，功能不全，缺乏安全性数据，没有深度学习和适应性强的监测设备。

（三）较为严重的环境污染

在煤炭开采过程中会产生大量的煤尘，还有一氧化碳和二氧化碳这类的危害空气质量的有害气体，影响空气的质量。同时，在开采煤炭的过程中会产生大量污水，还有大量酸性物质和重金属，这些污水容易流入地下，对水源环境造成严重的污染，在开采煤炭过程中还会破坏耕地、侵占植被、破坏土地表层等。

人工智能技术作为一种智能控制系统，深入研究并有效利用现代化计算机技术、其他科研技术和传感器技术。通过使用人工智能技术，把产品的逻辑能力充分发挥出来，可以让产品的功能和用途得到最大程度的发挥。这是一项重大的技术创新，各行各业都因为智能技术的出现而受到很大影响。随着近十年新技术的不断涌现，可以预见在未来很长一段时间，煤炭行业会处于向现代化、网络化和智能化发展的阶段，人工智能技术有利于快速全面的采集和处理电气工程数据，可以有效提升煤炭生产效率并确保安全，有助于煤炭生产技术的发展。

（一）人工智能技术的内涵

1.模式识别方面

通过集成技术和数据库技术建立网络数字化监测系统，能够信息采集、分析和处理，建立良好的人工智能识别模式，让智能机器人具有和人类相似的感官能力，对人类处理信息的方式进行有效模拟，从而十分精准地识别出字符、场景、图像、声音以及各类融合信息。

人工智能技术可以模拟人类视力，可以促进机器人更好地理解井下环境和作业过程。智能机器人有了视觉能力之后，可以很大程度上提升在井下作业环境的适应能力，可以和其他人造设备进行有效协作，还能深入理解和挖掘图像内容，提升捕捉外界景观信息的能力，还能对作业进程及时判断并给出反馈。

2.专家系统方面

专家系统技术是结合人类专家知识和经验建模，把系统决策、工艺、故障等问题加以解决。通过充分利用人工智能技术，建立起系统的知识对井下系统进行服务，对在解决作业过程中遇到的一些实际问题进行有效模拟。根据当前所表现出来的系统状态，人类专家可以对系统的故障问题进行及时、有效的预测，然后对故障点作出判断并提出解决对策。所以，在故障预测、诊断和排除方面，专家系统发挥着重要的作用。此外，在制造业领域也可以应用专家系统优化生产工艺、决策生产方案、协调生产和优化设备参数。

3.机器学习方面

计算机通过机器学习最终获得人工智能，所以机器学习是人工智能的核心。人工智能按照一定的模型和算法，获得经验，并根据经验自动改进，从而实现对人类学习能力的模拟。基于机器学习，计算机在研究人的规律、对知识进行总结、分辨重要信息以及提升智能化水平等方面不断取得突破，并在解决各种突发状况和难题等方面，能很好的节约各种成本。因此，可以说，人工智能通过机器学习，及时反馈各种数据和环境信息，不断提升自身系统性能和促进适应环境的能力。

4.分布式人工智能方面

通过运用人工智能和计算机技术，可以大大提高分布式人工智能系统的性能，可以有效提升执行任务的效率，发挥协同智能机器人的各个独立系统方面的作用。即便是遇到一些难以预测的情况，各个分系统因为有了智能机器人的保障，也可以确保正常工作的开展。如今因为人工智能技术还处于初步研发阶段，所以还会面临很多难题。

（二）人工智能技术应用于煤炭行业的优势

随着科学技术的不断发展，人工智能技术的概念和内涵也在不断扩大。在工业技术方面，人工智能技术作为各种先进技术的综合体，也是十分重要的组成部分。通过对各个功能单元的科学合理配置和布局，人工智能技术的特定功能价值会向高质量、智能化、高可靠性和多功能方向不断发展，可以有效提升整体系统运行功能的优化程度。

第一，在设计和开发机械产品中，人工智能技术发挥着十分重要的作用。人工智能技术对信号的整合控制，实现煤矿机电产品对不同模块和执行单元进行有效控制的目的。通过如现代传感器技术和无线通讯技术的应用，煤矿机电产品的智能化实现了良好发展。

第二，在煤矿作业过程中，人工智能技术比如井下设备和监控系统等，也能发挥显著优势。随着全面而深入地运用人工智能技术，煤矿行业的发展相比以前有了很大进步。比如通过矿井生产专家系统，实时采集环境信息和设备运行数据的检测系统应用，可以优化矿井生产，提升设备运营效率，促进效益最大化的目的实现，同时还可以实现煤矿作业安全、有效、清洁的良好效果。

第三，对于煤矿产业的安全生产，人工智能技术的运用同样可以发挥有效作用。一方面机器人岗位替代，不仅减少井下作业人员数量，提升工作效率，促进煤炭生产能力的提升，实现良好的经济效益。另一方面，对于采煤机器人、凿岩机器人、矿车机器人的应用，有利于减少人工作业的危险，摆脱危险的井下劳动，有效缩短用工时长，可以更好地保障矿工的生命安全为矿山作业人员提供良好的工作、生活环境。同时，在较为精准的声音检测设备的有力保障下，可以有效减少意外事故的发生，保证煤炭作业人员的生命健康安全。

所以，把人工智能技术充分运用到煤矿产业的各个工作情境中，都可以发挥出十分显著的优势作用，对于煤炭生产具有重要意义。

（一）勘探系统应用

煤炭行业不断发展，相应的勘探技术也要不断变革。现实中，煤炭领域经常应用智能化的地质勘探技术，尤其是在危险复杂的矿井作业中，这项技术更是发挥重要作用，为煤炭的安全生产保驾护航。矿井的安全作业受到多种因素的影响，如果没有做好相对应的地质勘探安全防范措施，没有采取较为有力的保障措施，很难避免一些安全事故。所以要对井下地质条件进行全面勘探，然后再对煤炭资源进行开采。煤层中正常都会含有瓦斯和水等物质，很大程度上会影响到生产的安全。如果不慎出现了瓦斯泄露或者爆炸的事故.后果不堪设想，而矿井人员也经常因为水害而受到伤害，或是因此产生巨大的损失。

在实际生产活动中，为了减少瓦斯、水害等事故和人员伤亡的发生，通常都会对瓦斯和水的分布情况提前进行全面摸排，并根据实际情况做好有效的防范措施。在进行挖井前探测的时候，会浪费掉很多的人力成本和物力成本，导致矿企的负担十分严重，而且井下的作业环境十分艰苦，会有各种危险出现，不利于开展安全生产活动。在解决探测工作中遇到的问题时，可以运用计算机视觉技术，煤矿大脑智能勘探分析系统会依据各种各样的视觉特征对整个探测过程进行实时监控和分析，能够有效减少各种监管成本，而且具有十分高的准确率。

（二）无人化采煤技術应用

随着我国人工智能技术的高速健康发展，无人化开采技术在很多煤矿重点工作面中得到了全面充分的运用。不断发生变化的实施流程，也运用了很多的新型智能化控制技术。通过有效使用这些先进的控制系统，进一步促进了无人化开采技术方案深入实施，有利于各个环节的稳定运行，对于整个综采工作面的整体开采质量和效率有很大的提升作用。如今，随着我国煤炭开采技术的高速发展，在今后的煤炭生产的发展过程中，煤炭开采单位在开采的时候也会根据更深层次的地质条件开展行动.所以未来将会遇到更加恶劣的煤矿开采工作环境，需要有更高质量的无人化开采技术方案，这对于推动我国煤矿开采产业向智能化产业方向发展起到十分重要的作用。

（三）煤矿通风系统应用

在煤矿通风系统中运用人工智能技术，可以让煤炭生产环境变得更加安全，可以有效减少人员伤亡，实现安全生产的目标。在进行相关设计的时候，要全方位地进行规划，可以通过各种方式比如冗余、分层、分散等方式进行设计。在应用人工智能技术时，可以从多方面人手，比如扩展功能、数据显示功能、人工智能控制功能等，可以有效促进人工智能技术在煤矿通风系统中的运用。

（四）煤矿排水系统应用

根据煤矿生产地质条件的不同，人工智能技术运用于排水系统中可以发挥十分重要作用。

1.实行无人化操控煤矿排水系统，自动控制排水系统的水泵工作量，同时，运用人工智能技术对排水机械进行调度，对于提升排水系统的工作效率起到十分有效的作用。

2.在设计煤炭人工智能排水系统的时候，设计出具有多项功能的系统，还要及时做出利于实施的工作预案，要帮助技术人员科学分析并及时掌握排水系统的运行安全水平。

3.要及时向地面控制站传递系统的运行情况，在系统中清晰地展现出泵房等排水系统组成部分的运行情况。在对系统的运行情况有清楚地掌握以后再对排水系统进行控制，根据实际情况，地面站点及时进行技术操控并发出有效的指令。

4.为了更加有效地提前控制各种运行故障，一些自动化控制、手动控制以及远程控制等方法被运用到人工智能排水系统中，可以促进煤矿安全仪器的网格化发展，并取得不错的效果。

（五）井上下供电系统应用

通过对工作理念的不断创新，专业技术人员着力于对全景数据平台和全景数据信息进行检测并做出具体分析。在对数据进行检测的时候，电网智能技术把整个系统进行划分，主要划分为三个部分。通过合理利用全景数据文件，分析有关数据，可以及时辨别出故障发生的原因。因此，在回访数据时可以快速有效地检索数据，同时也要利用各种方式展现数据，把数据的系统性功能更好地展示出来。

煤矿安全生产问题关系十分重大，备受社会各界的关注，新技术代表了社会的不断发展，煤炭行业有了更多的手段来应付环境与安全的问题。此外，煤炭行业的管理仍旧不能忽视：要及时排查出煤矿生产中存在的各种安全隐患，尽早制定出有效的方案，采取有效的应对方法，防止发生重大安全事故;要及时替换掉一些不合时宜的人力操作方式，换成一些高效率的人力操作方式，有效提高煤矿生产效率，对于确保煤炭的质量和产量都具有十分重要的意义，可以防止一些安全事故的出现，可以有效避免人员的伤亡。所以，各个企业要不断探索新型的企业管理模式，不断改进落后的生产设备，不断提升企业管理水平，增强企业从业人员的安全意识，锻炼企业人员的自救意识。国家应该针对性采取一些有力措施，提升煤矿安全生产技术水平，促进煤矿生产效率的提升，政府和企业都要十分重视煤矿安全生产问题，要通过各种方式，生产出更加丰富且高质量的煤炭，不断提升煤矿生产水平。