智能化采煤现状及设备维护技术研究

摘要：近年来，国家在采煤技术和设备等方面给予了大力扶持，使得采煤的智能化技术得到了较好的发展。无论是自动化水平还是机械化程度，都得到了大幅提高，有效保证了煤矿的作业安全。在我国煤矿中，井下采煤还是主要的采掘方式，但由于地质构造复杂，现有的智能化技术很难满足实际需要，无法从根本上保证采煤的安全性，极易发生诸如冒水、顶板等各类事故。因此，为了保证煤矿生产安全，必须加强对智能化技术的研究并持续改进。

关键词：煤矿企业；智能化采煤；研究现状；发展方向

根据当前的采煤技术发展现状和煤炭开采全过程，可以看出我国的煤炭开采技术正朝着智能化的方向发展。利用计算机技术和传统采矿技术，在保障生产安全的同时，能逐步降低生产成本，改善矿区环境，提高煤炭开采效率，减少环境污染。随着我国科技水平的提升，相信煤矿开采将取得重要进展，并逐步建立起与环境保护相结合的生态保护体系。在未来的发展过程中，我国的煤炭开采技术将走向自动化、高端化和智能化的发展道路。

一、智能化采煤概述

智能化采煤是一种新型的煤炭生产方式，对我国煤炭产业的持续稳定发展至关重要。它将计算机网络技术、传感技术、自动化技术等各种技术有机结合，建立完整的信息系统，提升了采煤工作的信息化程度。智能化采煤系统覆盖了整个矿井的生产流程，包括数据传输渠道，为矿井的数据传输和应用分析提供了数据支持。矿井智能化建设涵盖了大数据、信息技术、物联网技术和人工智能技术等方面。将这些技术融合在一起，使得煤矿生产过程向着自动化、智能化和科学化的方向发展。通过全过程监控，煤矿的采掘效率得到大幅提高，同时将事故发生的可能性降到最低，为矿井的安全运行和企业经济效益的提高起到了重要作用。

煤矿智能系统的开发与当前的环境治理战略相适应，将传统的“粗放式”工作方式转变为“绿色化”工作方式。智能化系统能够实时监控煤矿资源开采的不同阶段情况，根据开采初期、中期和后期的特点，实现智能化管理和控制。它建立了管理系统，并应用管理职能，提供煤矿开采管理服務、煤矿井下定位导航服务、煤矿采掘运输信息传送和管理、井下空间视频监控、立体空间场景仿真、井下空间风险度预警、智能化无人作业平台等模块的协同运行，使各个模块相互联系、相互依赖，为煤炭开采工作的成功实施提供有力支持。

二、智能化技术在煤矿发展中的应用价值

煤炭是目前国际上最普遍使用的能源之一，但在煤炭开采过程中，由于种种原因，煤炭工业的发展受到了一定程度的制约。智能化技术的出现改变了人类的生活，并为煤炭开采开辟了新途径。在煤炭工业发展的过程中，合理应用智能化采矿技术可以提高煤炭工业的发展速度。以某矿的智能化采煤工作面建设为例，智能工作面的建设实现了以采煤机记忆截割为主、人工现场干预为辅，以液压支架自动跟机移架为主、人工干预为辅的智能化生产模式，最终目标是实现工作面少人、安全、高效开采。智能化系统常态运转后，每班只需设置7名作业人员，其中包括班组长、煤机司机、支架操作工、三机、端头维护工等，有效控制了工作面人员的数量。通过智能化采矿技术的运用，可以提高煤炭工业的效率和安全性，并减少人员数量。这对于推动煤炭工业的发展具有重要意义。

三、智能化采煤技术应用现状

（一）精准定位系统技术

准确定位技术是提高矿井智能化水平的重要方法之一。为了确保煤矿安全有效地开发，并按照预定的生产进度进行各工序，必须对煤矿进行精确地勘探。然而，由于矿区地质条件复杂、矿井内空间狭小以及地面和地下空间的电磁信号接入和接收能力有限，因此在这种特殊环境下，实现地面和地下空间数据的准确定位和导航显得尤为重要。准确定位技术的实现可以结合使用GPS卫星定位技术和遥感技术，以及卫星定位技术、芯片导航技术、井下空间无线通信技术和矿井下空间定位技术等技术。通过将这些技术有机结合，可以确保定位系统的最终数据更加准确和科学，以顺利进行煤矿资源开采的各项工作，并确保矿井取得经济效益。

（二） 数据分析技术

在智能矿井系统中，由于涉及多个平台的组合，数据分析变得尤为重要。实际操作平台和技术平台都需要对数据进行分析。在数据分析技术的应用中，最关键的一步是通过传感器收集数据，然后对数据进行分析，评估数据的好坏。通过对矿井生产过程中各种因素的分析和挖掘，可以使这些数据在矿井的生产中得到合理运用，从而确保矿井的生产效益，实现矿井的智能化开采。数据分析技术的应用还能帮助相关工作人员进行各项工作，能够更方便地掌握采矿工作中的问题并及时处理，从而保证工作的顺利进行。通过资料分析技术，可以对矿井的生产数据进行监测和解读，为决策提供支持。通过合理利用数据分析技术，可以实现对煤矿生产过程中的关键指标、风险因素以及生产效益等方面的有效监控和管理。

（三）井下虚拟现实技术

矿井智能化采掘技术利用智能设备实现对矿井的遥控和干扰，中虚拟现实技术发挥着重要作用。通过智能监测和信息感应器，结合虚拟现实技术，可以实时监测煤矿开采过程，并对矿井的智能化采掘过程进行仿真模拟。通过对采煤过程仿真数据的分析，实现对采煤作业环境的远程干涉和控制。在实际应用中，利用虚拟现实技术可以实现自动操作和远程控制。例如，远程操作人员可以利用鼠标和键盘远程遥控实际的煤矿机械；在飞行模式下，通过调整摄像机角度，实现对整个采煤工作面的远程监视。

（四）现场环境检测技术

矿井复杂的地质条件以及湿气问题对矿井的正常生产和安全有着较大影响。但是，随着采矿技术的不断发展，矿山环境监测技术的应用也在不断提升，包括环境探测和振动探测等技术。这些技术能够识别出矿井中的各种异常和危险点，并迅速将识别信息传输至调度中心，以提高矿井的安全水平。此外，在开发现场环境监测技术时，必须重视各技术功能之间的关联性，以保证技术的精确性。这就使得该技术能够在更加复杂的矿井环境中得到推广。

在矿井智能化开采中，通过对矿井周边地质、大气参数和地震探测参数等进行实时监测，能够快速识别潜在的异常和危险点，并将这些参数迅速上传至总调度中心，以便调度中心向矿井作业人员通报。这提高了煤炭资源开发的安全管理水平，为迅速提升矿井的安全控制能力和及时采取应急措施提供了借鉴意义。同时，在开发煤炭资源环境监测技术的过程中，还需重视各种技术之间的相互关联和衔接，以确保不同环境监测技术的具体监测结果能够相互验证，从而保证技术的准确度。这使得工作人员可以更好地了解矿井的实际情况，进而使该技术能够更好地应用于复杂环境中的煤炭开采工作。

（五）视频监控技术

在矿井智能化生产中，视频监控技术是一个需要重点关注的领域。虽然在煤炭行业的整个产业链中已经有许多监测仪器和监测技术，但由于矿山内部保密要求等因素，一些企业在煤炭开采过程中仍存在一些问题。因此，通过实时监视矿井的实际状况，动态监测煤层倾斜度、煤层构造等各种因素，并对不同采掘技术对煤层倾斜度的影响进行及时分析，可以找到一定的规律。基于这些分析结果，创新优化煤矿开采技术，为煤矿井下空间的安全事故预警和应急措施方案提供基础，有效降低矿井的安全风险。视频监控技术为煤矿安全事故的应急处理提供了有力支撐，减少了煤矿安全事故的负面影响。

此外，采用视频监控技术可以更好地掌握矿井智能化生产的实际状况，并实时比对和分析采集到的数据与信息。根据不同的实际情况，采取人为干预措施，以确保煤矿资源开发工作的科学性和有效性。这有效提高了煤炭企业的经济效益，使资源开发利用效率最大化。因此，视频监控技术为增强企业的市场竞争能力提供了坚实的基础。

四、煤矿机电设备智能化维护技术措施

（一）科学预判设备运行状态

通过模型构建来预测设备运行状态，通常可以选择神经网络或灰系统理论中的一种方法进行预测和判定。当想要实现准确的预测时，必须对设备在运转过程中的特性有一定的认识。例如，当某个参数达到特定数值时，设备可能会出现相应的提示或问题。这种认识可以帮助工作人员构建预测模型。如果需要进行短期预测，可以采用灰关联分析方法。例如，以轴承为例，在运转时可能会呈现出一条直线变化的趋势。建立并应用预测模型，基于之前使用阶段的损失数据来预测和判定下一个运行阶段的具体状态。这些预测结果可以为维修工作的展开提供依据。

（二）加大状态检测力度

首先，离线探测。采用振动、超声波等设备对机械设备进行定期地离线探测，以快速发现潜在的失效原因，降低设备失效概率。其次，在线检测。基于传感器技术，对与机电设备相关的数据进行采集，并进行全面的数据分析和处理，为检测工作提供基础支持。通过精细处理采集的数据，并与控制、调整装置联机测试相结合，可以掌握该设备的工作原理和特征。最后，维护和检修。在维护期间或设备停运时，对机械设备进行检修。通过与机电设备的出厂数据和使用时间相比较，检查内部零件的运转状态，判断是否有损伤。然后，由技术人员根据设备特征和操作规则，提出相应的检测方案，以判断其真实运行状态。

（三）针对设备故障进行判断

在机电设备的检测和评价中，振动诊断是一种常见的方法。通过利用专门的设备，检测并分析机电设备自身的振动情况，以此为重点判断设备的运行状态。该方法特别关注设备的振动特征，并根据分析结果正确判定设备的状况。同时，还可以将收集到的设备运行数据信息与数据库进行对比，实现智能化的辨识和判定。

（四）控制主要工作流程

通过将AI技术与智能系统相结合，利用影像和视频数据分析技术，可以实现对巡检故障影像数据的无人化、智能化、标准化和流程化分析，从而提升服务效能，快速解决机电设备的问题，确保其稳定运转。首先，通过计算方式结合收集到的资料，可以构建出科学性的模型。这个模型可以用于对当前正在使用的机电设备进行信息采集和分析，从而得出维修的依据，并详细记录计算结果。然后，对设备的维护周期与失效周期进行详细研究，并提出相应的维护计划。通过分析设备的工作状况、使用时间、维护历史等信息，可以确定设备的维护周期和维护内容，以确保设备以最佳状态运行，预防故障的发生。

五、煤矿智能化开采技术的发展方向

在煤炭智能化开采方面，国家已经制定了到2025年所有大煤矿实现智能化开采的目标。机械智能化是矿井综合开发技术的重要发展方向，对于实现矿井的绿色开采和促进煤炭产业的健康发展具有重要意义。通过应用智能化技术，可以实现对煤矿开采全过程的自动化和智能化控制。与此同时，还需要加强引进大量的专业技术人员。这些人员需要具备先进的智能化开采技术和管理知识，能够适应时代的发展要求，推动工业升级。

（一）智能探测技术

在煤炭智能化开采中，有几个关键的技术方向可以进一步提升效率和安全性。首先是提高煤层分类的自动化程度。煤层自动识别是实现智能化开采的重要问题。一种有效的方法是利用时域光谱技术对煤矿岩体进行检测。这种技术利用飞秒脉冲、时域解析电场和傅里叶变换等手段获取煤矿岩体的频谱信息，并进行相关特性分析。通过该技术可以识别被测区域的物理性质，并自动识别煤层，取得了良好的效果。其次是开发先期检测技术。为了确保智能化生产的安全和稳定，需要尽早获取与采区相关的信息，并进行智能分析以选择最佳的作业方式。超前探测技术可以提前发现和分析工作面的地质情况，从而获得更准确的物理特性、适用范围和开采进度等信息，为智能采矿设备的实际应用提供依据。采用超前探测成像技术进行工作面勘探，可以更准确地获取煤层的内部情况，提前发现煤体的腐蚀情况，为及时、高效地控制开采设备提供理论依据。

（二）安全防控系统

当前，煤矿安全问题日益突出，煤矿安全监控已成为必然。然而，目前煤矿的安全监控工作仍然有一些缺陷，煤矿的安全生产仍然不能放松。为了进一步加强煤矿安全监控，需要注意以下方面：首先，要加强对煤矿安全网络的监测。始终坚持早发现早处理的原则，在安全事故发生前及时修复可能存在的问题。对综采工作面的设备进行实时监控，并进行故障分析，以便及时采取措施防止事故发生。其次，煤炭企业要保证矿井机械设备的正常运转，并定期检查各个控制单元的安全隐患，保证故障问题能够及时发现并采取相应的解决措施。另外，要加强对设备操作人员的培训，建立健全相关的安全操作系统。这样可以确保经过培训的员工具备综合管理能力，定期进行设备维护工作，最大程度地降低安全事故的发生概率。最后，要认真做好每日的工作日志，以便为之后的调查和工作安排提供可靠的资料支持，进一步提高开采工作效率。通过建立这种一体化的安全防范体系，可以有效减少人为操作错误，提高机器设备的可靠性，确保采煤过程的安全进行。

六、结束语

随着物联网、人工智能和大数据等技术的不断发展，煤炭开采技术水平也在不断提高，朝着智能化和精细化的方向发展。然而，在实际应用中，可能会面临一些问题和挑战。因此，必须重视对煤矿智能化开采的管理和综合分析，同时针对当前存在的问题采取相应的解决策略，进一步提升煤炭开采的智能化发展水平。

作者单位：平庆天 兖矿能源鄂尔多斯公司转龙湾煤矿

参  考  文  献

[1]袁永，屠世浩，陈忠顺，等.薄煤层智能开采技术研究现状与进展[J].煤炭科学技术，2020（5）：80-81.

[2]程建远，刘文明，朱梦博，等.智能开采透明工作面地质模型梯级优化试验研究[J].煤炭科学技术，2020（7）：53.

[3]周生斌.试论煤矿综采工作面智能化开采[J].当代化工研究，2020（9）：68-69.

[4]黄曾华，王峰，张守祥.智能化采煤系统架构及关键技术研究[J].煤炭学报，2020（6）：51.

[5]张建国，朱同功，杨党委.深部煤层智能化大采长综采工作面关键技术研究[J].煤炭科学技术，2020（7）：102-103.

平庆天（1990-），男，汉族，山东邹城，本科，助理工程师，研究方向：综采智能化管理。