摘要：近年來，國家在采煤技術(shù)和設(shè)備等方面給予了大力扶持，使得采煤的智能化技術(shù)得到了較好的發(fā)展。無論是自動化水平還是機械化程度，都得到了大幅提高，有效保證了煤礦的作業(yè)安全。在我國煤礦中，井下采煤還是主要的采掘方式，但由于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，現(xiàn)有的智能化技術(shù)很難滿足實際需要，無法從根本上保證采煤的安全性，極易發(fā)生諸如冒水、頂板等各類事故。因此，為了保證煤礦生產(chǎn)安全，必須加強對智能化技術(shù)的研究并持續(xù)改進(jìn)。

關(guān)鍵詞：煤礦企業(yè)；智能化采煤；研究現(xiàn)狀；發(fā)展方向

根據(jù)當(dāng)前的采煤技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀和煤炭開采全過程，可以看出我國的煤炭開采技術(shù)正朝著智能化的方向發(fā)展。利用計算機技術(shù)和傳統(tǒng)采礦技術(shù)，在保障生產(chǎn)安全的同時，能逐步降低生產(chǎn)成本，改善礦區(qū)環(huán)境，提高煤炭開采效率，減少環(huán)境污染。隨著我國科技水平的提升，相信煤礦開采將取得重要進(jìn)展，并逐步建立起與環(huán)境保護(hù)相結(jié)合的生態(tài)保護(hù)體系。在未來的發(fā)展過程中，我國的煤炭開采技術(shù)將走向自動化、高端化和智能化的發(fā)展道路。

一、智能化采煤概述

智能化采煤是一種新型的煤炭生產(chǎn)方式，對我國煤炭產(chǎn)業(yè)的持續(xù)穩(wěn)定發(fā)展至關(guān)重要。它將計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、傳感技術(shù)、自動化技術(shù)等各種技術(shù)有機結(jié)合，建立完整的信息系統(tǒng)，提升了采煤工作的信息化程度。智能化采煤系統(tǒng)覆蓋了整個礦井的生產(chǎn)流程，包括數(shù)據(jù)傳輸渠道，為礦井的數(shù)據(jù)傳輸和應(yīng)用分析提供了數(shù)據(jù)支持。礦井智能化建設(shè)涵蓋了大數(shù)據(jù)、信息技術(shù)、物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)和人工智能技術(shù)等方面。將這些技術(shù)融合在一起，使得煤礦生產(chǎn)過程向著自動化、智能化和科學(xué)化的方向發(fā)展。通過全過程監(jiān)控，煤礦的采掘效率得到大幅提高，同時將事故發(fā)生的可能性降到最低，為礦井的安全運行和企業(yè)經(jīng)濟效益的提高起到了重要作用。

煤礦智能系統(tǒng)的開發(fā)與當(dāng)前的環(huán)境治理戰(zhàn)略相適應(yīng)，將傳統(tǒng)的“粗放式”工作方式轉(zhuǎn)變?yōu)椤熬G色化”工作方式。智能化系統(tǒng)能夠?qū)崟r監(jiān)控煤礦資源開采的不同階段情況，根據(jù)開采初期、中期和后期的特點，實現(xiàn)智能化管理和控制。它建立了管理系統(tǒng)，并應(yīng)用管理職能，提供煤礦開采管理服務(wù)、煤礦井下定位導(dǎo)航服務(wù)、煤礦采掘運輸信息傳送和管理、井下空間視頻監(jiān)控、立體空間場景仿真、井下空間風(fēng)險度預(yù)警、智能化無人作業(yè)平臺等模塊的協(xié)同運行，使各個模塊相互聯(lián)系、相互依賴，為煤炭開采工作的成功實施提供有力支持。

二、智能化技術(shù)在煤礦發(fā)展中的應(yīng)用價值

煤炭是目前國際上最普遍使用的能源之一，但在煤炭開采過程中，由于種種原因，煤炭工業(yè)的發(fā)展受到了一定程度的制約。智能化技術(shù)的出現(xiàn)改變了人類的生活，并為煤炭開采開辟了新途徑。在煤炭工業(yè)發(fā)展的過程中，合理應(yīng)用智能化采礦技術(shù)可以提高煤炭工業(yè)的發(fā)展速度。以某礦的智能化采煤工作面建設(shè)為例，智能工作面的建設(shè)實現(xiàn)了以采煤機記憶截割為主、人工現(xiàn)場干預(yù)為輔，以液壓支架自動跟機移架為主、人工干預(yù)為輔的智能化生產(chǎn)模式，最終目標(biāo)是實現(xiàn)工作面少人、安全、高效開采。智能化系統(tǒng)常態(tài)運轉(zhuǎn)后，每班只需設(shè)置7名作業(yè)人員，其中包括班組長、煤機司機、支架操作工、三機、端頭維護(hù)工等，有效控制了工作面人員的數(shù)量。通過智能化采礦技術(shù)的運用，可以提高煤炭工業(yè)的效率和安全性，并減少人員數(shù)量。這對于推動煤炭工業(yè)的發(fā)展具有重要意義。

三、智能化采煤技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

（一）精準(zhǔn)定位系統(tǒng)技術(shù)

準(zhǔn)確定位技術(shù)是提高礦井智能化水平的重要方法之一。為了確保煤礦安全有效地開發(fā)，并按照預(yù)定的生產(chǎn)進(jìn)度進(jìn)行各工序，必須對煤礦進(jìn)行精確地勘探。然而，由于礦區(qū)地質(zhì)條件復(fù)雜、礦井內(nèi)空間狹小以及地面和地下空間的電磁信號接入和接收能力有限，因此在這種特殊環(huán)境下，實現(xiàn)地面和地下空間數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確定位和導(dǎo)航顯得尤為重要。準(zhǔn)確定位技術(shù)的實現(xiàn)可以結(jié)合使用GPS衛(wèi)星定位技術(shù)和遙感技術(shù)，以及衛(wèi)星定位技術(shù)、芯片導(dǎo)航技術(shù)、井下空間無線通信技術(shù)和礦井下空間定位技術(shù)等技術(shù)。通過將這些技術(shù)有機結(jié)合，可以確保定位系統(tǒng)的最終數(shù)據(jù)更加準(zhǔn)確和科學(xué)，以順利進(jìn)行煤礦資源開采的各項工作，并確保礦井取得經(jīng)濟效益。

（二） 數(shù)據(jù)分析技術(shù)

在智能礦井系統(tǒng)中，由于涉及多個平臺的組合，數(shù)據(jù)分析變得尤為重要。實際操作平臺和技術(shù)平臺都需要對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。在數(shù)據(jù)分析技術(shù)的應(yīng)用中，最關(guān)鍵的一步是通過傳感器收集數(shù)據(jù)，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，評估數(shù)據(jù)的好壞。通過對礦井生產(chǎn)過程中各種因素的分析和挖掘，可以使這些數(shù)據(jù)在礦井的生產(chǎn)中得到合理運用，從而確保礦井的生產(chǎn)效益，實現(xiàn)礦井的智能化開采。數(shù)據(jù)分析技術(shù)的應(yīng)用還能幫助相關(guān)工作人員進(jìn)行各項工作，能夠更方便地掌握采礦工作中的問題并及時處理，從而保證工作的順利進(jìn)行。通過資料分析技術(shù)，可以對礦井的生產(chǎn)數(shù)據(jù)進(jìn)行監(jiān)測和解讀，為決策提供支持。通過合理利用數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以實現(xiàn)對煤礦生產(chǎn)過程中的關(guān)鍵指標(biāo)、風(fēng)險因素以及生產(chǎn)效益等方面的有效監(jiān)控和管理。

（三）井下虛擬現(xiàn)實技術(shù)

礦井智能化采掘技術(shù)利用智能設(shè)備實現(xiàn)對礦井的遙控和干擾，中虛擬現(xiàn)實技術(shù)發(fā)揮著重要作用。通過智能監(jiān)測和信息感應(yīng)器，結(jié)合虛擬現(xiàn)實技術(shù)，可以實時監(jiān)測煤礦開采過程，并對礦井的智能化采掘過程進(jìn)行仿真模擬。通過對采煤過程仿真數(shù)據(jù)的分析，實現(xiàn)對采煤作業(yè)環(huán)境的遠(yuǎn)程干涉和控制。在實際應(yīng)用中，利用虛擬現(xiàn)實技術(shù)可以實現(xiàn)自動操作和遠(yuǎn)程控制。例如，遠(yuǎn)程操作人員可以利用鼠標(biāo)和鍵盤遠(yuǎn)程遙控實際的煤礦機械；在飛行模式下，通過調(diào)整攝像機角度，實現(xiàn)對整個采煤工作面的遠(yuǎn)程監(jiān)視。

（四）現(xiàn)場環(huán)境檢測技術(shù)

礦井復(fù)雜的地質(zhì)條件以及濕氣問題對礦井的正常生產(chǎn)和安全有著較大影響。但是，隨著采礦技術(shù)的不斷發(fā)展，礦山環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的應(yīng)用也在不斷提升，包括環(huán)境探測和振動探測等技術(shù)。這些技術(shù)能夠識別出礦井中的各種異常和危險點，并迅速將識別信息傳輸至調(diào)度中心，以提高礦井的安全水平。此外，在開發(fā)現(xiàn)場環(huán)境監(jiān)測技術(shù)時，必須重視各技術(shù)功能之間的關(guān)聯(lián)性，以保證技術(shù)的精確性。這就使得該技術(shù)能夠在更加復(fù)雜的礦井環(huán)境中得到推廣。

在礦井智能化開采中，通過對礦井周邊地質(zhì)、大氣參數(shù)和地震探測參數(shù)等進(jìn)行實時監(jiān)測，能夠快速識別潛在的異常和危險點，并將這些參數(shù)迅速上傳至總調(diào)度中心，以便調(diào)度中心向礦井作業(yè)人員通報。這提高了煤炭資源開發(fā)的安全管理水平，為迅速提升礦井的安全控制能力和及時采取應(yīng)急措施提供了借鑒意義。同時，在開發(fā)煤炭資源環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的過程中，還需重視各種技術(shù)之間的相互關(guān)聯(lián)和銜接，以確保不同環(huán)境監(jiān)測技術(shù)的具體監(jiān)測結(jié)果能夠相互驗證，從而保證技術(shù)的準(zhǔn)確度。這使得工作人員可以更好地了解礦井的實際情況，進(jìn)而使該技術(shù)能夠更好地應(yīng)用于復(fù)雜環(huán)境中的煤炭開采工作。

（五）視頻監(jiān)控技術(shù)

在礦井智能化生產(chǎn)中，視頻監(jiān)控技術(shù)是一個需要重點關(guān)注的領(lǐng)域。雖然在煤炭行業(yè)的整個產(chǎn)業(yè)鏈中已經(jīng)有許多監(jiān)測儀器和監(jiān)測技術(shù)，但由于礦山內(nèi)部保密要求等因素，一些企業(yè)在煤炭開采過程中仍存在一些問題。因此，通過實時監(jiān)視礦井的實際狀況，動態(tài)監(jiān)測煤層傾斜度、煤層構(gòu)造等各種因素，并對不同采掘技術(shù)對煤層傾斜度的影響進(jìn)行及時分析，可以找到一定的規(guī)律?；谶@些分析結(jié)果，創(chuàng)新優(yōu)化煤礦開采技術(shù)，為煤礦井下空間的安全事故預(yù)警和應(yīng)急措施方案提供基礎(chǔ)，有效降低礦井的安全風(fēng)險。視頻監(jiān)控技術(shù)為煤礦安全事故的應(yīng)急處理提供了有力支撐，減少了煤礦安全事故的負(fù)面影響。

此外，采用視頻監(jiān)控技術(shù)可以更好地掌握礦井智能化生產(chǎn)的實際狀況，并實時比對和分析采集到的數(shù)據(jù)與信息。根據(jù)不同的實際情況，采取人為干預(yù)措施，以確保煤礦資源開發(fā)工作的科學(xué)性和有效性。這有效提高了煤炭企業(yè)的經(jīng)濟效益，使資源開發(fā)利用效率最大化。因此，視頻監(jiān)控技術(shù)為增強企業(yè)的市場競爭能力提供了堅實的基礎(chǔ)。

四、煤礦機電設(shè)備智能化維護(hù)技術(shù)措施

（一）科學(xué)預(yù)判設(shè)備運行狀態(tài)

通過模型構(gòu)建來預(yù)測設(shè)備運行狀態(tài)，通?？梢赃x擇神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或灰系統(tǒng)理論中的一種方法進(jìn)行預(yù)測和判定。當(dāng)想要實現(xiàn)準(zhǔn)確的預(yù)測時，必須對設(shè)備在運轉(zhuǎn)過程中的特性有一定的認(rèn)識。例如，當(dāng)某個參數(shù)達(dá)到特定數(shù)值時，設(shè)備可能會出現(xiàn)相應(yīng)的提示或問題。這種認(rèn)識可以幫助工作人員構(gòu)建預(yù)測模型。如果需要進(jìn)行短期預(yù)測，可以采用灰關(guān)聯(lián)分析方法。例如，以軸承為例，在運轉(zhuǎn)時可能會呈現(xiàn)出一條直線變化的趨勢。建立并應(yīng)用預(yù)測模型，基于之前使用階段的損失數(shù)據(jù)來預(yù)測和判定下一個運行階段的具體狀態(tài)。這些預(yù)測結(jié)果可以為維修工作的展開提供依據(jù)。

（二）加大狀態(tài)檢測力度

首先，離線探測。采用振動、超聲波等設(shè)備對機械設(shè)備進(jìn)行定期地離線探測，以快速發(fā)現(xiàn)潛在的失效原因，降低設(shè)備失效概率。其次，在線檢測?；趥鞲衅骷夹g(shù)，對與機電設(shè)備相關(guān)的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集，并進(jìn)行全面的數(shù)據(jù)分析和處理，為檢測工作提供基礎(chǔ)支持。通過精細(xì)處理采集的數(shù)據(jù)，并與控制、調(diào)整裝置聯(lián)機測試相結(jié)合，可以掌握該設(shè)備的工作原理和特征。最后，維護(hù)和檢修。在維護(hù)期間或設(shè)備停運時，對機械設(shè)備進(jìn)行檢修。通過與機電設(shè)備的出廠數(shù)據(jù)和使用時間相比較，檢查內(nèi)部零件的運轉(zhuǎn)狀態(tài)，判斷是否有損傷。然后，由技術(shù)人員根據(jù)設(shè)備特征和操作規(guī)則，提出相應(yīng)的檢測方案，以判斷其真實運行狀態(tài)。

（三）針對設(shè)備故障進(jìn)行判斷

在機電設(shè)備的檢測和評價中，振動診斷是一種常見的方法。通過利用專門的設(shè)備，檢測并分析機電設(shè)備自身的振動情況，以此為重點判斷設(shè)備的運行狀態(tài)。該方法特別關(guān)注設(shè)備的振動特征，并根據(jù)分析結(jié)果正確判定設(shè)備的狀況。同時，還可以將收集到的設(shè)備運行數(shù)據(jù)信息與數(shù)據(jù)庫進(jìn)行對比，實現(xiàn)智能化的辨識和判定。

（四）控制主要工作流程

通過將AI技術(shù)與智能系統(tǒng)相結(jié)合，利用影像和視頻數(shù)據(jù)分析技術(shù)，可以實現(xiàn)對巡檢故障影像數(shù)據(jù)的無人化、智能化、標(biāo)準(zhǔn)化和流程化分析，從而提升服務(wù)效能，快速解決機電設(shè)備的問題，確保其穩(wěn)定運轉(zhuǎn)。首先，通過計算方式結(jié)合收集到的資料，可以構(gòu)建出科學(xué)性的模型。這個模型可以用于對當(dāng)前正在使用的機電設(shè)備進(jìn)行信息采集和分析，從而得出維修的依據(jù)，并詳細(xì)記錄計算結(jié)果。然后，對設(shè)備的維護(hù)周期與失效周期進(jìn)行詳細(xì)研究，并提出相應(yīng)的維護(hù)計劃。通過分析設(shè)備的工作狀況、使用時間、維護(hù)歷史等信息，可以確定設(shè)備的維護(hù)周期和維護(hù)內(nèi)容，以確保設(shè)備以最佳狀態(tài)運行，預(yù)防故障的發(fā)生。

五、煤礦智能化開采技術(shù)的發(fā)展方向

在煤炭智能化開采方面，國家已經(jīng)制定了到2025年所有大煤礦實現(xiàn)智能化開采的目標(biāo)。機械智能化是礦井綜合開發(fā)技術(shù)的重要發(fā)展方向，對于實現(xiàn)礦井的綠色開采和促進(jìn)煤炭產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展具有重要意義。通過應(yīng)用智能化技術(shù)，可以實現(xiàn)對煤礦開采全過程的自動化和智能化控制。與此同時，還需要加強引進(jìn)大量的專業(yè)技術(shù)人員。這些人員需要具備先進(jìn)的智能化開采技術(shù)和管理知識，能夠適應(yīng)時代的發(fā)展要求，推動工業(yè)升級。

（一）智能探測技術(shù)

在煤炭智能化開采中，有幾個關(guān)鍵的技術(shù)方向可以進(jìn)一步提升效率和安全性。首先是提高煤層分類的自動化程度。煤層自動識別是實現(xiàn)智能化開采的重要問題。一種有效的方法是利用時域光譜技術(shù)對煤礦巖體進(jìn)行檢測。這種技術(shù)利用飛秒脈沖、時域解析電場和傅里葉變換等手段獲取煤礦巖體的頻譜信息，并進(jìn)行相關(guān)特性分析。通過該技術(shù)可以識別被測區(qū)域的物理性質(zhì)，并自動識別煤層，取得了良好的效果。其次是開發(fā)先期檢測技術(shù)。為了確保智能化生產(chǎn)的安全和穩(wěn)定，需要盡早獲取與采區(qū)相關(guān)的信息，并進(jìn)行智能分析以選擇最佳的作業(yè)方式。超前探測技術(shù)可以提前發(fā)現(xiàn)和分析工作面的地質(zhì)情況，從而獲得更準(zhǔn)確的物理特性、適用范圍和開采進(jìn)度等信息，為智能采礦設(shè)備的實際應(yīng)用提供依據(jù)。采用超前探測成像技術(shù)進(jìn)行工作面勘探，可以更準(zhǔn)確地獲取煤層的內(nèi)部情況，提前發(fā)現(xiàn)煤體的腐蝕情況，為及時、高效地控制開采設(shè)備提供理論依據(jù)。

（二）安全防控系統(tǒng)

當(dāng)前，煤礦安全問題日益突出，煤礦安全監(jiān)控已成為必然。然而，目前煤礦的安全監(jiān)控工作仍然有一些缺陷，煤礦的安全生產(chǎn)仍然不能放松。為了進(jìn)一步加強煤礦安全監(jiān)控，需要注意以下方面：首先，要加強對煤礦安全網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)測。始終堅持早發(fā)現(xiàn)早處理的原則，在安全事故發(fā)生前及時修復(fù)可能存在的問題。對綜采工作面的設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)控，并進(jìn)行故障分析，以便及時采取措施防止事故發(fā)生。其次，煤炭企業(yè)要保證礦井機械設(shè)備的正常運轉(zhuǎn)，并定期檢查各個控制單元的安全隱患，保證故障問題能夠及時發(fā)現(xiàn)并采取相應(yīng)的解決措施。另外，要加強對設(shè)備操作人員的培訓(xùn)，建立健全相關(guān)的安全操作系統(tǒng)。這樣可以確保經(jīng)過培訓(xùn)的員工具備綜合管理能力，定期進(jìn)行設(shè)備維護(hù)工作，最大程度地降低安全事故的發(fā)生概率。最后，要認(rèn)真做好每日的工作日志，以便為之后的調(diào)查和工作安排提供可靠的資料支持，進(jìn)一步提高開采工作效率。通過建立這種一體化的安全防范體系，可以有效減少人為操作錯誤，提高機器設(shè)備的可靠性，確保采煤過程的安全進(jìn)行。

六、結(jié)束語

隨著物聯(lián)網(wǎng)、人工智能和大數(shù)據(jù)等技術(shù)的不斷發(fā)展，煤炭開采技術(shù)水平也在不斷提高，朝著智能化和精細(xì)化的方向發(fā)展。然而，在實際應(yīng)用中，可能會面臨一些問題和挑戰(zhàn)。因此，必須重視對煤礦智能化開采的管理和綜合分析，同時針對當(dāng)前存在的問題采取相應(yīng)的解決策略，進(jìn)一步提升煤炭開采的智能化發(fā)展水平。

作者單位：平慶天 兗礦能源鄂爾多斯公司轉(zhuǎn)龍灣煤礦

參? 考? 文? 獻(xiàn)

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平慶天（1990-），男，漢族，山東鄒城，本科，助理工程師，研究方向：綜采智能化管理。