余銅柱

摘? ?要：近年來隨著我國在煤礦開采的高端技術及裝備領域的政策扶持，資金支持，煤礦開采的智能化技術不斷取得突破，機械化、自動化程度得到大幅度的提升，安全系數(shù)大幅提高，許多重點煤礦企業(yè)實現(xiàn)了億噸無死亡。通過分析煤炭在我國的能源結構之中的地位及當前煤礦開采中過程復雜、系統(tǒng)龐大、環(huán)境惡劣等特點，通過對現(xiàn)階段的研究，提出煤礦開采智能化概念并從關鍵技術及實踐應用這兩個方面分析一些智能化技術的實現(xiàn)以及智能化技術在煤礦開采中的應用現(xiàn)狀，并展望可能發(fā)展的路徑和方向。

關鍵詞：智能化開采? 煤炭開采? 現(xiàn)狀? 展望

中圖分類號：TD67? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）07（a）-0022-02

我國煤炭儲量豐富，近年來隨著我國在煤礦開采的高端技術及裝備領域的政策扶持，資金支持，煤礦開采的智能化技術不斷取得突破，機械化、自動化程度得到大幅度的提升，安全系數(shù)大幅提高，許多重點煤礦企業(yè)實現(xiàn)了億噸無死亡，如圖1所示。但是我國煤礦大多以井工開采為主，大多數(shù)煤礦的地質構造較為復雜，我國的煤炭開采智能化水平仍然處于初級階段，在煤炭開采過程中，瓦斯、頂板、透水、沖擊地壓等重大事故并沒有從根本源頭上得到解決，嚴重影響著我國煤炭的安全生產形象。煤炭開采由粗放生產到智能化、精細化的轉型成為必然趨勢。為此，本文在總結我國在智能化開采現(xiàn)狀的基礎上，提出了今后一段時期內技術裝備的發(fā)展方向及建議。

1? 我國煤礦智能化開采的一些關鍵技術

為了確保煤礦智能化開采的實現(xiàn)，可以應用下面的一些智能化開采的關鍵技術。

1.1 智能記憶截割技術

所謂的智能記憶截割技術指的是學習和記憶人工操作自動化采煤機示范刀，以使自動割煤在下個循環(huán)實現(xiàn)。采煤機控制系統(tǒng)可以應用位移型調高油缸或者是采高軸編碼器自動定位工作面采高，以及可以結合位置傳感器自動定位工作面位置。

1.2 視頻監(jiān)控技術

針對礦井視頻監(jiān)控技術而言，其指的是結合指揮中心視頻監(jiān)測系統(tǒng)對礦井開采的設備運行以及煤層傾角的改變進行觀察。操作者能夠結合顯示器把握礦井的工作現(xiàn)狀，防止生產中問題的形成。視頻監(jiān)控技術可以引導工作者及時把握礦井一系列傳感器的運行現(xiàn)狀和開采煤礦的進程，從而保證順利開采煤礦資源。

1.3 人工遠程干預控制技術

所謂的人工遠程干預控制技術是結合發(fā)達的計算機技術、通信技術、網絡技術等，以及借助一體化軟件平臺監(jiān)測工作設備的數(shù)據(jù)和實現(xiàn)遠程控制。在有效統(tǒng)一采煤機遠程控制系統(tǒng)、工作面輸送控制系統(tǒng)、超前支架控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、三機通信控制系統(tǒng)、支架電液控制系統(tǒng)、泵站控制系統(tǒng)等的基礎上，可以統(tǒng)一控制和協(xié)調管理煤礦綜合機械化采煤工作面的全部機械設備。

2? 我國煤礦智能化開采的現(xiàn)狀

我國的煤礦開采方式經歷了人力、炮采、普采、綜采4個階段，目前我國廣泛開展科技合作與技術創(chuàng)新，在煤礦智能化開采的基礎理論、關鍵技術、重大裝備和示范工程等方面取得了重大突破，高新技術的迅猛發(fā)展為煤礦智能化開采提供了有力的技術保障。圖2為我國當前煤礦智能化開采的系統(tǒng)結構圖。

利用采礦自動化網絡，實現(xiàn)了地面與井下工作面之間的互聯(lián)互通，將工作面各設備信息和監(jiān)視畫面集成到在井下的數(shù)據(jù)通訊系統(tǒng)當中，然后再通過連接井上及井下的環(huán)網，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)降孛娴目刂葡到y(tǒng)中。實現(xiàn)了“智能+遠程干預”的智能化開采方法，利用了記憶切割技術、視頻監(jiān)控技術和遠程干預技術，逐步實現(xiàn)了“無人操作，有人巡視”的目標。

兗州煤業(yè)股份有限公司在濟寧二號煤礦實現(xiàn)的自主研發(fā)的基于MG2X125/556-WD型薄煤層滾筒采煤機的薄煤層綜采自動化系統(tǒng)。陜煤集團黃陵礦業(yè)有限責任公司針對黃陵一號煤礦進行了智能化綜采系統(tǒng)研發(fā)和工程示范，實現(xiàn)了煤炭無人開采的技術突破，獲得2016年中國工業(yè)大獎。大同煤礦集團塔山煤礦研發(fā)的特厚煤層大采高綜放成套技術和裝備，將綜放開采高度從14m提升到了20m，獲得國家科技進步一等獎。兗州煤業(yè)與天地科技公司在國內外首次研發(fā)了8.2m綜采成套技術和智能化控制系統(tǒng)并應用于陜西未來能源有限公司金雞灘煤礦實現(xiàn)了工作面月產150萬t以上，達到了國際領先的水平。神東煤炭集團在榆家梁煤礦44305工作面采用了采煤機記憶切割、支架聯(lián)動跟機、視頻監(jiān)控、遠程干預的自動化綜采成套技術，建成我國首個自動化綜采工作面。

3? 智能化煤礦開采存在的主要問題

要實現(xiàn)煤礦的智能化開采，重點是實現(xiàn)工作面基本無人化，巷道集中控制，采煤機械化程度要達到90%以上，掘進機械化程度80%以上，當前存在的主要問題和急需突破的核心技術主要包括以下幾個方面。

3.1 通信平臺沒有實現(xiàn)統(tǒng)一

雖然工作面的以太網已經基本建成和投入使用，但是大多數(shù)情況下只是傳輸數(shù)據(jù)量較大的視頻信息，并沒有形成統(tǒng)一的協(xié)議和標準，沒有真正實現(xiàn)綜采設備和監(jiān)控數(shù)據(jù)的“無縫”對接，各個系統(tǒng)之間的信息也沒有真正的共享。

3.2 需要提升設備的可靠性

設備的穩(wěn)定性和可靠性是智能化煤礦開采的核心，由于各工作面環(huán)境惡劣，攝像系統(tǒng)、傳感系統(tǒng)易收到煤塵的影響，清晰度、準確性達不到要求。研究關鍵元部件的失效原因和故障機理，攻克關鍵元部件的技術壁壘，為煤礦的智能化開采提供可靠穩(wěn)定的保障。

3.3 工作面存在的上竄下滑的問題

由于工作面煤層和地質環(huán)境的變化，會出現(xiàn)刮板運輸機沿工作面向上或向下的整體的竄動，使得刮板機和轉載機搭接的距離發(fā)生變化，造成安全出口不夠及拉煤不暢的問題，影響著煤礦的安全生產，應通過自動檢測位置信息研究偽傾斜技術用以攻克此項問題。

3.4 智能調高技術需要進一步發(fā)展

關鍵在于能夠自動識別煤巖的技術，即采煤機切割時可以根據(jù)煤層的彎曲變化情況自動調整滾筒的切割高度，避免切割到頂?shù)装宓膸r層，此項技術需要進一步的研究。

3.5 煤炭企業(yè)的高端投入面臨困局

我國煤炭的產能過剩，供大于求的形式在短期內無法改變，煤炭行業(yè)的不穩(wěn)定性使得煤炭企業(yè)經濟效益下滑的條件下，研發(fā)投入難以保障。開采設備的經濟性和實用性成為煤炭企業(yè)所關注的重點。

4? 煤礦智能化開采的研究展望

智能化技術是煤礦轉型升級的必然，智能型煤礦以信息化、數(shù)字化、自動化、無人化為目標，實現(xiàn)煤礦高效安全的開采?，F(xiàn)階段雖然取得了一定成果，但仍不能滿足高效安全生產的需求，需要進一步的研究。

在多數(shù)地質條件一般的礦井，需要建立可靠的系統(tǒng)軟件，使多個子系統(tǒng)高度的耦合，并不能只是簡單的疊加，各系統(tǒng)的參數(shù)聯(lián)系緊密，提高系統(tǒng)的動態(tài)響應能力，為減少由于惡劣環(huán)境導致的傳感器不準或失效，需運用多種傳感器的融合，提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性能，實現(xiàn)生產過程協(xié)同，數(shù)據(jù)實時傳輸，礦井智能化無人開采，值班人員在控制中心值守，系統(tǒng)自動運行（極端情況下進行人工干預），工作面無工作人員，實現(xiàn)真正的煤礦智能化開采。

參考文獻

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