于德宇

摘要：近幾年我國(guó)煤炭行業(yè)朝著智能化的方向持續(xù)邁進(jìn)，諸多先進(jìn)技術(shù)被廣泛應(yīng)用于煤礦開(kāi)采中。其中關(guān)鍵核心技術(shù)的應(yīng)用，可以在提升煤礦開(kāi)采智能化水平的同時(shí)，降低煤礦開(kāi)采期間出現(xiàn)安全事故的概率。本文從煤礦開(kāi)采智能化的分析入手，進(jìn)一步闡明關(guān)鍵核心技術(shù)在煤礦智能化開(kāi)采中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：關(guān)鍵核心技術(shù);開(kāi)采;監(jiān)測(cè);煤礦智能化

現(xiàn)階段我國(guó)社會(huì)發(fā)展建設(shè)仍離不開(kāi)對(duì)煤炭資源的應(yīng)用，并且煤炭資源在未來(lái)一段時(shí)間內(nèi)仍在我國(guó)能源結(jié)構(gòu)中占據(jù)重要地位?；谛畔⒒瘯r(shí)代的來(lái)臨，煤炭行業(yè)得益于諸多智能化、信息化技術(shù)的應(yīng)用，朝著智能化開(kāi)采的方向持續(xù)推進(jìn)，相關(guān)核心技術(shù)的應(yīng)用在顯著提升開(kāi)采效率、實(shí)現(xiàn)綠色高質(zhì)量開(kāi)采中發(fā)揮著重要作用。正因此，探討關(guān)于關(guān)鍵核心技術(shù)在煤礦智能化開(kāi)采中的應(yīng)用，對(duì)于推動(dòng)我國(guó)煤炭行業(yè)的綠色化、智能化發(fā)展有著重要作用。

一、煤礦智能化分析

所謂智能化，是指控制對(duì)象在信息感知時(shí)具有較強(qiáng)執(zhí)行、決策、判斷等能力，能夠做到自主進(jìn)行信息的分析判斷與執(zhí)行，并通過(guò)自主優(yōu)化、學(xué)習(xí)來(lái)實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的逐步完善。煤礦智能化開(kāi)采的應(yīng)用主要是即將先進(jìn)的自主決策、學(xué)習(xí)功能融合于自動(dòng)開(kāi)采系統(tǒng)中，以煤機(jī)設(shè)備為載體對(duì)井下圍巖、結(jié)構(gòu)、地質(zhì)等信息進(jìn)行實(shí)時(shí)感知與采集，在此基礎(chǔ)上通過(guò)參數(shù)自動(dòng)調(diào)整控制來(lái)達(dá)到智能感知、智能決策與控制的目的。相較于傳統(tǒng)開(kāi)采系統(tǒng)應(yīng)用，智能化開(kāi)采具有自分析、自修正、自感知以及自控制的能力，能夠做到依據(jù)不同井下環(huán)境來(lái)實(shí)現(xiàn)參數(shù)調(diào)整，以自適應(yīng)的狀態(tài)開(kāi)展更為高效、高質(zhì)的開(kāi)采作業(yè)[1]。

二、煤礦智能化開(kāi)采中關(guān)鍵核心技術(shù)

（一）裝備位姿監(jiān)測(cè)技術(shù)

井下綜采裝備智能控制需要以監(jiān)測(cè)技術(shù)的應(yīng)用為基礎(chǔ)，通過(guò)裝備姿態(tài)測(cè)量與感知，為綜采作業(yè)開(kāi)展提供參考依據(jù)[2]。受到地質(zhì)條件、位置等因素的影響，使得井下開(kāi)采面臨相對(duì)惡劣的環(huán)境，而要想做到在綜采期間實(shí)時(shí)、精準(zhǔn)檢測(cè)裝備運(yùn)行，需要借助對(duì)高可靠性、高精度定位導(dǎo)航系統(tǒng)的應(yīng)用。開(kāi)采期間依托于高清攝像設(shè)備、三維激光掃描設(shè)備的應(yīng)用，對(duì)開(kāi)采全過(guò)程進(jìn)行動(dòng)態(tài)性掃描，將井下掃描數(shù)據(jù)以系統(tǒng)平臺(tái)為載體轉(zhuǎn)化為井下三維模型，并做到對(duì)工作面地圖的精準(zhǔn)、合理繪制。同時(shí)，在裝備位姿監(jiān)測(cè)過(guò)程中，傳感器易受到粉塵的影響，所以需采用本安型數(shù)據(jù)傳感器設(shè)備的應(yīng)用，通過(guò)發(fā)揮其防爆、除塵功能來(lái)達(dá)到工作面圖像清晰獲取的目的。另外，綜采裝備位姿監(jiān)測(cè)的開(kāi)展還涉及到對(duì)慣性導(dǎo)航、激光掃描、機(jī)器視覺(jué)等技術(shù)的綜合應(yīng)用，將高精度傳感器安設(shè)于綜采設(shè)備上，在運(yùn)行期間借助信號(hào)集成監(jiān)測(cè)的應(yīng)用進(jìn)行設(shè)備位姿的動(dòng)態(tài)化、實(shí)時(shí)化獲取。在全面采集三維地圖、傾角、裝備行程、壓力等信息的基礎(chǔ)上，以三維場(chǎng)景建模為基礎(chǔ)，合理借助動(dòng)態(tài)建圖與視頻增強(qiáng)等技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面模型構(gòu)建，通過(guò)立體模型在來(lái)實(shí)施展示綜采裝備位姿情況。

（二）裝備智能控制技術(shù)

煤礦智能化開(kāi)采過(guò)程中相關(guān)綜采裝備的運(yùn)行控制依托于智能控制裝置的應(yīng)用，通過(guò)控制方式的智能改進(jìn)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)綜采設(shè)備的智能化操控[3]。以液壓支架控制系統(tǒng)為例，利用智能推移控制系統(tǒng)進(jìn)行傳統(tǒng)系統(tǒng)的取代。在實(shí)際運(yùn)行控制期間，出現(xiàn)支架調(diào)整需求時(shí)，智能系統(tǒng)可依托于傳感器應(yīng)用獲取位移信息，借助大量信息數(shù)據(jù)構(gòu)建位移模型，在此基礎(chǔ)上確定支架裝備需要位移的具體值。以系統(tǒng)預(yù)設(shè)值為參照進(jìn)行實(shí)際位移值的比較，在明確實(shí)際修正值的前提下智能控制支架裝備的位移動(dòng)作實(shí)現(xiàn)以閉環(huán)控制的形式做到對(duì)支架、刮板機(jī)運(yùn)行的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，并動(dòng)態(tài)化調(diào)整支架后續(xù)位移動(dòng)作，確保在工作面開(kāi)采期間支架系統(tǒng)始終處于直線、同步的運(yùn)行狀態(tài)，達(dá)到支架系統(tǒng)智能控制的目的。

再以采煤機(jī)截割為例，在勘探階段依托于全信息模型的構(gòu)建進(jìn)行礦井信息全面采集，借助慣性導(dǎo)航技術(shù)做到實(shí)時(shí)化、動(dòng)態(tài)化監(jiān)測(cè)采煤機(jī)運(yùn)行過(guò)程與姿態(tài)，并在開(kāi)采期間依托于軸編碼器開(kāi)展裝備二次校驗(yàn)。結(jié)合對(duì)煤層、煤巖界面的科學(xué)預(yù)測(cè)，以超前規(guī)劃的形式來(lái)提升采煤機(jī)截割的合理性。在此基礎(chǔ)上利用控制裝置進(jìn)行采煤機(jī)搖臂的智能控制，實(shí)現(xiàn)依照煤層、煤巖界面預(yù)測(cè)情況進(jìn)行截割高度的自適應(yīng)調(diào)節(jié)，以期通過(guò)智能化截割高度控制來(lái)提升綜采工作效率。

（三）礦井機(jī)器人技術(shù)

以往煤礦開(kāi)采作業(yè)以人力為主，再加上井下環(huán)境的惡劣復(fù)雜，使得以往煤礦開(kāi)采效率低下，并伴隨安全事故的頻繁發(fā)生[4]。為實(shí)現(xiàn)對(duì)綜采效率的顯著提升，并提升煤礦工作人員的安全保障，各大煤礦企業(yè)開(kāi)始嘗試借助機(jī)器人技術(shù)來(lái)取代人力控制。在此背景下，現(xiàn)階段煤礦智能化開(kāi)采中開(kāi)始重視對(duì)機(jī)器人日常巡檢、井下作業(yè)以及應(yīng)急救援方面的研究。目前已經(jīng)有超過(guò)70個(gè)大型煤礦開(kāi)始應(yīng)用采煤機(jī)器人群，涉及到對(duì)環(huán)境探測(cè)機(jī)器人、裝備巡檢機(jī)器人以及固定崗位機(jī)器人的應(yīng)用。而在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，為有效解決機(jī)器人沖撞問(wèn)題，可加大對(duì)環(huán)境與機(jī)器人接觸阻力方面的研究，以作用模型的構(gòu)建來(lái)分析控制參數(shù)與接觸阻力之間的關(guān)系，為機(jī)器人設(shè)置不同控制參數(shù)來(lái)對(duì)應(yīng)不同阻力接觸，實(shí)現(xiàn)以自適應(yīng)的形式進(jìn)行機(jī)器人智能化控制，避免因井下機(jī)器人相互沖撞而造成煤礦企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。此外，目前機(jī)器人續(xù)航問(wèn)題的研究成為相關(guān)領(lǐng)域研究人員的關(guān)注重點(diǎn)，以期通過(guò)防爆電池與無(wú)線充電、輕量化技術(shù)的融合應(yīng)用來(lái)提升機(jī)器人運(yùn)行可靠性與穩(wěn)定性。

結(jié)束語(yǔ)：

綜上所述，煤礦智能開(kāi)采已然成為我國(guó)煤炭企業(yè)的主要發(fā)展趨勢(shì)。為有效推動(dòng)煤炭企業(yè)朝著智能化、綠色化的方向持續(xù)邁進(jìn)，企業(yè)需重視在煤炭開(kāi)采中加大對(duì)人工智能、物聯(lián)網(wǎng)、數(shù)字化以及大數(shù)據(jù)等技術(shù)的引進(jìn)與應(yīng)用，結(jié)合關(guān)鍵核心技術(shù)來(lái)提升煤礦開(kāi)采的效率性、安全性，促使我國(guó)煤炭行業(yè)發(fā)展邁入可持續(xù)道路。

參考文獻(xiàn)：

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[2]閆陶章. 智慧煤礦與智能化開(kāi)采關(guān)鍵核心技術(shù)分析[J]. 科學(xué)與信息化，2019，000（010）：110-110.

[3]王國(guó)法，杜毅博. 智慧煤礦與智能化開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展方向[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2019，47（01）：6-15.

[4]白耀宗. 基于煤礦智能化開(kāi)采的核心技術(shù)探究[J]. 中國(guó)石油和化工標(biāo)準(zhǔn)與質(zhì)量，2020，v.40;No.524（18）：217-218.