淺析煤礦開采中的智能開采技術(shù)

引言
　　智能開采技術(shù)（Intelligent mining technology），它是利用具備微感知、記憶以及自我學(xué)習(xí)能力與判斷力的煤礦開采設(shè)備（例如智能液壓支架、智能型采煤機(jī)等等具有多元化功能的綜合采礦設(shè)備）來作為基礎(chǔ)運(yùn)用人工智能以及各種自動化控制系統(tǒng)為核心，結(jié)合遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式來實現(xiàn)煤礦開采“無人作業(yè)，有人巡查”的高效、安全開采方式，而這也是近些年來我國工業(yè)化發(fā)展與信息技術(shù)的深度融合的基礎(chǔ)上所形成的煤炭開采技術(shù)變革，對于實現(xiàn)煤礦技術(shù)創(chuàng)新和安全可持續(xù)性發(fā)展具有重要的促進(jìn)作用。隨著我國對于煤炭需求的數(shù)量逐漸增加，傳統(tǒng)的煤礦開采技術(shù)早已經(jīng)不能夠再滿足當(dāng)前國家建設(shè)與發(fā)展的需要，國家以及地方政府部門投入了大量的物力資源與人力資源，利用技術(shù)上的引入、消化以及再創(chuàng)新的方式，我國在煤礦智能化綜合開采技術(shù)上有了明顯的進(jìn)步并取得了良好的科研成效。值得注意的是，我國雖然在煤炭開采技術(shù)方面已經(jīng)與世界其他發(fā)達(dá)國家相接近，但是想要在全國范圍內(nèi)全面性普及與推廣智能煤礦開采技術(shù)仍然具有較為明顯的局限性和片面性，許多煤礦智能開采工作仍然停留在較薄的煤層當(dāng)中。在國內(nèi)的煤礦綜合開采技術(shù)方面是以精準(zhǔn)陀螺儀來針對煤炭儲層進(jìn)行高精度的定位，同時在原有記憶割煤、過載保護(hù)以及其他實用性功能上增加了諸如紅外線攝像功能以及雷達(dá)探測防碰撞功能。雖然這些技術(shù)處在研發(fā)的起步過程中，但是對于我國未來煤礦事業(yè)的深入發(fā)展具有不可乎視的重要作用。
　　1 國外智能開采技術(shù)的現(xiàn)狀
　　在2000年以后至今，國外的煤礦開采也從原先只重生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益開始向著“安全合理、高效實用、經(jīng)濟(jì)環(huán)?！钡确较虬l(fā)展。國外在煤礦開采智能技術(shù)上所沿用的思維模式是：利用鉆孔地質(zhì)勘探以及深度掘進(jìn)相互融合的方式來將所要開采的煤層進(jìn)行完整的描繪出來，并了解在某個區(qū)域之內(nèi)煤層的厚度和煤炭的實際分布情況，然后再運(yùn)用高精視度的陀螺儀來了解并鎖定住采煤機(jī)所在位置的坐標(biāo)，然后再將兩者進(jìn)行相互融合并實現(xiàn)自化割煤的目的。利用這種思維方式能夠有效地克服煤炭開采過程當(dāng)中煤炭識別所造成的問題，在全面性了解所在區(qū)域地質(zhì)條件的情況下完成自動化、智能化采煤的目的。
　　1.1 工作面自動化LASC系統(tǒng)
　　在2011年三月初，西班牙聯(lián)邦科學(xué)工作研究小組CSIRO推出了ACARP計劃，該計劃確立了全自動自能化煤炭開采技術(shù)項目。在2015年時該項目通過了軍用級別的標(biāo)準(zhǔn)，并運(yùn)用高精密度的煤機(jī)三維定位（該項技術(shù)所造成的測量誤差僅僅在+15cm）、工作面矯直系統(tǒng)（該系統(tǒng)本身所引起的誤差只有+45）以及工作面垂直水平控制系統(tǒng)。在工作面自動化（即LASC系統(tǒng)）技術(shù)的支持下于2015年的BAltana礦場成功完成實驗。隨后該科學(xué)工作研究小組對LASC自動化系統(tǒng)進(jìn)行了深度改進(jìn)與優(yōu)化，并且將歐洲最先進(jìn)的煤機(jī)智能控制技術(shù)、煤流負(fù)荷平衡和艾可夫等采煤機(jī)械供應(yīng)企業(yè)進(jìn)行戰(zhàn)略合作，并用最高效的方式實現(xiàn)商業(yè)用途。與其他的技術(shù)相比，LASC技術(shù)所具備的優(yōu)勢有工作自動控制算法以及高精度導(dǎo)航等核心技術(shù)。
　　1.2 智能開采服務(wù)中心
　　智能開采服務(wù)中心本質(zhì)上來說就是一項使產(chǎn)品增值的服務(wù)。在西班牙的AMGJD礦業(yè)公司所開設(shè)的調(diào)度室里就設(shè)置有一個全世界最先進(jìn)的煤礦智能開采中心，該中心對旗下所管轄的所有礦井都能夠進(jìn)行全天候24小時的即時監(jiān)控，并且會按照目前所出現(xiàn)的報警以及相關(guān)的故障信息通過電子郵件或者電話的方式將相關(guān)信息發(fā)送到智能開采服務(wù)中心里進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。此外，在每天、每個星期、每個月和每個季度都會向礦井一方傳出報告內(nèi)容，并對礦井的管理給出了一些有效的指導(dǎo)和建議，在安排設(shè)備檢修的同時做好相應(yīng)的記錄。把相關(guān)的報告內(nèi)容進(jìn)行采集以后再對礦井每天運(yùn)營的狀況進(jìn)行了分析同時制定相關(guān)的計劃通知，這樣就能夠保障每個星期都會有相應(yīng)的智能服務(wù)回顧，而且每個月、每個季度的井下精益運(yùn)行也都會有所回顧。煤礦智能開采服務(wù)中心的構(gòu)建不但可以有效地減少煤礦開采設(shè)備停機(jī)的頻率和時間，而且還能夠降低設(shè)備的損壞率，對于提高煤礦整體的生產(chǎn)水平和減少生產(chǎn)成本具有重要的意義。
　　2 國內(nèi)智能開采技術(shù)的現(xiàn)狀
　　2.1 遠(yuǎn)程干預(yù)無人化采煤工藝
　　國內(nèi)智能化開采全面實現(xiàn)了“工作面無人”的目標(biāo)，通俗地講就是按照工作面的實際需求來進(jìn)行自動化控制，并運(yùn)用遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式來對煤礦開采過程進(jìn)行干預(yù)，該智能化模式的運(yùn)用使得煤礦開采行業(yè)初步實現(xiàn)了“無人跟機(jī)作業(yè)，有人安全職守”的目標(biāo)。在通過一定人工干預(yù)的情況下實現(xiàn)模糊控制采煤工藝，其本身所具備的煤礦開采系統(tǒng)智能化功能主要包括了以下幾個方面：系統(tǒng)擁有不同層面、多個視角的感知力，并且支持各類工作信息的遠(yuǎn)程交互與高速網(wǎng)絡(luò)通道的構(gòu)建；工作面所引起的協(xié)同集中控制和采煤設(shè)備智能化快速記憶截割能夠安全、穩(wěn)定地自動運(yùn)行；全面自動化的煤流平衡控制系統(tǒng)，多功能采煤機(jī)和運(yùn)輸體系與之能夠自動適應(yīng)，刮板運(yùn)輸機(jī)鏈條張力的監(jiān)督與控制和智能化軟件相兼容；多元化煤礦開采設(shè)備能夠相互協(xié)調(diào)并且穩(wěn)定地運(yùn)行，并會針對不同的開采情況設(shè)置出相應(yīng)的設(shè)備參數(shù)。 　　2.2 礦井虛擬現(xiàn)實技術(shù)
　　綜采工作面運(yùn)用高仿真的虛擬現(xiàn)實技術(shù)將一個三維采礦環(huán)境，并以此來對采礦作業(yè)的過程和采礦所涉及到的加工生產(chǎn)工藝以及相關(guān)機(jī)械設(shè)備的操作來進(jìn)行模擬，操作人員能夠?qū)⑻摂M和現(xiàn)實系統(tǒng)深度融合并構(gòu)建為一個穩(wěn)定、高效的人機(jī)交互機(jī)制，無論是在何種操作環(huán)境和操作時間段時都能夠進(jìn)行模擬。除此之外，礦井虛擬和現(xiàn)實技術(shù)的運(yùn)用能夠?qū)τ谖矬w的大小、性質(zhì)以及其他方面的參數(shù)進(jìn)行掃描并且記錄下該物體的狀態(tài)，并將這些參數(shù)和信息收集之后存儲到空間當(dāng)中來對物體的運(yùn)動進(jìn)行控制，在鎖定空間狀態(tài)以及構(gòu)建相應(yīng)自然規(guī)律的同時，將現(xiàn)實與開采情況相近的三維內(nèi)容通過計算機(jī)屏幕展示出來。此外，采礦作業(yè)的具體情況以及煤炭生產(chǎn)系統(tǒng)的平面圖以及各類設(shè)備參數(shù)運(yùn)作當(dāng)中所形成的動態(tài)化信息（例如說設(shè)備運(yùn)作的時長、設(shè)備的總產(chǎn)能、煤炭設(shè)備的間距以及相關(guān)的動態(tài)化信息等等），并結(jié)合具體的煤炭開采情況來構(gòu)建出不同的生產(chǎn)系統(tǒng)來進(jìn)行客觀模擬，以此來滿足與改善評煤炭生產(chǎn)評價系統(tǒng)。值得注意的是，虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)當(dāng)中還包括了兩種不同的控制機(jī)制，即自主模式和飛行模式。所謂的自主模式就是以人力的方式來進(jìn)行操作（管理人員利用鼠標(biāo)或者鍵盤的方式來將鏡頭進(jìn)行移動，并對場景當(dāng)中的任意位置進(jìn)行瀏覽和監(jiān)視）；至于飛行模式就具有更加廣闊的活動范圍和功能，在飛行模式下鏡頭能夠被移動到較高的位置處并以俯瞰的方式來觀察整個煤炭開采過程。
　　2.3 遠(yuǎn)程遙控技術(shù)
　　智能化采煤生產(chǎn)當(dāng)中所使用的遠(yuǎn)程遙感技術(shù)具有高靈活度和高適應(yīng)性的特點，但是在實際的運(yùn)用過程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)要嚴(yán)格遵守以下幾個方面的原則：
　?。?）將采煤機(jī)記憶截割作為基礎(chǔ)，再通過人們進(jìn)行遠(yuǎn)程干預(yù)的方式來進(jìn)行操作，結(jié)合多功能的煤炭采集運(yùn)輸設(shè)備來實現(xiàn)自動化控制，通過就地控制的方式來達(dá)到綜采設(shè)備智能感知的效果。同時還利用各種視頻監(jiān)督與控制的方式來實現(xiàn)全天候即時的管理。
　?。?）在煤礦開采過程當(dāng)中對于整個地面以及相關(guān)的巷道等等具有一定危險性的工作區(qū)域內(nèi)都會設(shè)置完整而又健全的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備。智能開采控制設(shè)備的運(yùn)用不但有效地解決了傳統(tǒng)煤炭開采以單機(jī)為基礎(chǔ)的單一化思路，構(gòu)建出一個多元化、成套化的系統(tǒng)總控制網(wǎng)絡(luò)化信息綜合判斷為核心的音機(jī)裝備，為實現(xiàn)煤炭開采智能化打下堅實的基礎(chǔ)。把采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送以及轉(zhuǎn)載機(jī)、帶式輸送設(shè)備以及強(qiáng)流供液機(jī)、電力供給與穩(wěn)定系統(tǒng)等等融合成為一個系統(tǒng)的整體，然后再按照實際的控制內(nèi)容和情況來了解決策模型與結(jié)果，確保綜合采礦設(shè)備能夠穩(wěn)定、安全地可持續(xù)運(yùn)作。
　　2.4 智能開采技術(shù)的難點
　　2.4.1 自動化技術(shù)水平差
　　因為地質(zhì)條件和科學(xué)技術(shù)水平等多方面的原因，加上煤層本身就存在著不可預(yù)知性，所以在煤炭開采過程當(dāng)中運(yùn)用智能化技術(shù)仍然無法擺脫大量人力勞動的投入，必須要全面性激發(fā)出機(jī)械設(shè)備與人的優(yōu)勢并且將人力與機(jī)械的不足之處控制在最小范圍內(nèi)。
　　2.4.2 煤炭開采設(shè)備的穩(wěn)定性有待提高
　　現(xiàn)階段所使用的煤礦開采設(shè)備的穩(wěn)定性與可靠性不足，除了要適當(dāng)加入一些設(shè)備的感知以及決策與智能化功能以外，還必須要將開采設(shè)備從傳統(tǒng)的單機(jī)模式向著套裝化、系統(tǒng)化、智能化方向發(fā)展。
　　2.4.3 惡劣環(huán)境下可視效果差
　　由于技術(shù)上的原因?qū)е略谝恍┳鳂I(yè)條件差的，或者一些危險性高的地方可視的效果差，必須要采取一些科學(xué)、合理的方式來對可視效果進(jìn)行提高，這樣才能夠滿足煤炭開采的需求。
　　3 國內(nèi)煤礦智能化開采技術(shù)的發(fā)展
　　當(dāng)前國內(nèi)的煤礦開采行業(yè)處在轉(zhuǎn)型的重要時期，將先進(jìn)的信息技術(shù)引入到煤炭行業(yè)當(dāng)中不但可以提高煤炭行業(yè)的生產(chǎn)效率，對于實現(xiàn)煤炭行業(yè)的智能化發(fā)展具有重要的意義。
　　3.1 厚煤層與薄煤層智能化綜采技術(shù)
　　運(yùn)用當(dāng)前主流的無線電通信技術(shù)能夠有效地降低煤炭開采井下作業(yè)當(dāng)中纜線所使用的數(shù)量，確保整個煤炭開采地下作業(yè)環(huán)境更加安全更加整潔。同時將無線電通信技術(shù)運(yùn)用到煤炭開采作業(yè)當(dāng)中，既能夠有效地降低煤炭開采的人力成本和物質(zhì)成本投入，同時還能夠提升井下數(shù)據(jù)的采集速度和畫面?zhèn)鬏斮|(zhì)量。在煤礦下方的巡檢人員當(dāng)中配置先進(jìn)的智能化信息裝備，不但有效地增強(qiáng)巡檢人員的防護(hù)能力以及生存能力，還能夠讓巡檢人員運(yùn)用無線通信以及自動化技術(shù)和監(jiān)控中心保持即時聯(lián)絡(luò)，對于提高巡檢人員的安全具有重要的意義。在智能化煤炭開采的時候應(yīng)當(dāng)要構(gòu)建出一個完善、系統(tǒng)化的災(zāi)害全方位防控系統(tǒng)，運(yùn)用高精度的傳感器來確認(rèn)井下瓦斯的濃度與油氣等具有危險性物質(zhì)的數(shù)值進(jìn)行即時監(jiān)控。若是所采集到的數(shù)值高出上限閥值那么就會自動終止煤機(jī)運(yùn)作，而且在災(zāi)害預(yù)防與控制系統(tǒng)的監(jiān)控下可以確保采煤作業(yè)能夠安全、穩(wěn)定地進(jìn)行，同時還能夠利用采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行3D模擬，從而制定出最為合理、最為有效的煤炭開采方案。
　　3.2 復(fù)雜開采條件下智能化綜采技術(shù)
　　因為煤礦井下地質(zhì)條件復(fù)雜的原因，使得煤炭井下開采作業(yè)的災(zāi)害以及事故也變得更具多樣性，因此將智能化煤炭開采技術(shù)引入其中時應(yīng)當(dāng)要結(jié)合所在地區(qū)的具體情況這樣才能夠制定出一個全面性的保障機(jī)制，然后再依據(jù)所收集到的數(shù)據(jù)和相關(guān)信息進(jìn)行分析之后，才能夠提高智能化開采的水平。
　　3.3 切頂沿空留巷智能化綜采技術(shù)
　　切順沿空留巷智能化綜采技術(shù)是對原有的綜采技術(shù)進(jìn)行整體升級之后的新技術(shù)，該項新技術(shù)不但可以做到科學(xué)化管理，而且還能夠提升煤炭開采的效率，對于實現(xiàn)資源回收、強(qiáng)化煤礦工程的安全性有著良好的效果。此外，在其他的煤礦智能化開采技術(shù)當(dāng)中也取入了突破性的成效。比如說在煤礦智能化開采當(dāng)中加入了新式的全方位探測技術(shù)以及智能化高精度導(dǎo)航技術(shù)、智能化管理技術(shù)等等，這些智能化技術(shù)的運(yùn)用對于提高煤礦開采的產(chǎn)能和質(zhì)量效果顯著，同時還能夠提高智能煤炭開采的學(xué)習(xí)、適應(yīng)以及全方位控制能力。在煤炭開采技術(shù)當(dāng)中運(yùn)用煤礦智能化開采技術(shù)，對于深化我國煤炭開采行業(yè)的可持續(xù)、安全穩(wěn)定發(fā)展有著極為重要的影響，在實現(xiàn)了傳統(tǒng)煤炭開采領(lǐng)域和工業(yè)現(xiàn)代化、信息技術(shù)多元化多方融合之外，對于加快我國煤炭產(chǎn)業(yè)鏈的升級和轉(zhuǎn)型也有著不可忽視的作用。通過技煤炭開采智能化技術(shù)的運(yùn)用后極大地改善了我國煤炭工業(yè)被動、人力資源投入大等問題，對于優(yōu)化煤炭產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)效率、提高煤礦產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)人安安全性、排解各種安全問題和隱患等方面也起到了明顯的作用。因此，在煤礦智能化開采技術(shù)的運(yùn)用方面應(yīng)當(dāng)要依據(jù)煤礦開采的具體情況，適當(dāng)性地加大或者提高所有煤礦產(chǎn)業(yè)相關(guān)人員的職業(yè)素養(yǎng)培育，全面性地強(qiáng)化煤礦職業(yè)的實踐操作能力與安全生產(chǎn)責(zé)任意識，這樣才能夠保障煤礦產(chǎn)業(yè)智能化發(fā)展能夠持續(xù)、穩(wěn)定。
　　4 結(jié)語
　　綜上所述，想要在現(xiàn)有的煤礦產(chǎn)業(yè)當(dāng)中實現(xiàn)煤礦智能化開采技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展的目標(biāo)，就必須要結(jié)合我國的實際情況，在深入了解煤礦開采當(dāng)中的各種因素與現(xiàn)狀之后，再結(jié)合智能能化技術(shù)來實現(xiàn)煤礦智能化開采的目標(biāo)，通過先進(jìn)的信息化、自動化、以及無人控制等先進(jìn)技術(shù)來提升我國煤礦開采的質(zhì)量和效率，在降低礦難事故發(fā)生的同時，確保煤礦井下作業(yè)人員的生命財產(chǎn)安全。