煤礦智能化開采技術創新與發展研究

＊呂陽龍

（貴州省煤礦設計研究院有限公司 貴州 550025）

在經濟不斷發展的環境下，社會各個領域對煤礦資源的需求不斷增長，有效推動了煤礦產業的發展。當前人類社會正處于信息化和智能化時代，各種智能技術被廣泛應用到煤礦開采中，也推動了煤礦開采技術的智能化發展。在智能化技術的應用下，煤礦開采智能化系統具有信息決策、自主學習和瞬間記憶、感知等能力，發揮其技術優勢，可有效提高開采效率和質量，擴大開采面，減少現場安全事故的發生。另外，在智能化開采中也可以將遙感技術、遠程控制技術、機械技術應用其中，推動煤礦智能化開采的轉型升級，但是在這一過程中還存在較大的問題，需要人們創新開采技術，有效滿足開采需求，推動煤礦產業的現代化發展。

1.煤礦智能化開采技術背景

（1）概述。煤礦智能化開采技術是指在煤礦生產過程中，采用先進的信息技術、自動化技術和智能化設備，實現對煤礦開采過程的全面監控、自動化控制和數據分析，以提高煤礦生產效率、安全性和環保性。該技術可以將信息技術和工業生產技術進行結合，有效推動煤礦開采技術的轉型升級，是推動煤礦開采技術的創新發展、安全發展、一體化發展的一種綜合技術。

（2）研發成果。在“十二五”規劃期間，明確提出煤礦行業要引進、消化、應用、再創新智能化開采技術，推動煤礦智能化開采技術的創新發展，并在長期的實踐、探索、總結下取得了較好的成果，打造了一批示范工程。后期，多個煤礦開采單位和科技企業、科技院校、裝備制造企業聯合進行了技術研發，共同實施、完成了中國采煤裝備智能化開采技術研究和應用項目，探索出一種遠程操控采煤模式，可以實現采煤裝備地面操控的自動化、智能化，為煤礦企業轉型升級提供了技術支撐，實現采煤的高效、安全化發展。我國一些煤炭企業加大了國際合作力度，引進了LASC技術，可以自動勘測、校正，研發了具備慣導性能的智能采煤機，有效提高了采煤機的行走軌跡和滾筒控制采高精度、牽引速度等。這一系列技術研發和裝備改進為煤礦企業的采煤智能化發展提供了物質支撐，調查發現有多家煤礦企業都引進了電液化控制技術，進行了智能化開采試點[1]。另外，國家也為煤礦智能化開采技術創新提供了相關支持，創建了創新中心，專門研發新技術，并進行“兩智一無”智慧礦區新項目實踐，“兩智”是指智能化綜采和掘進，“一無”是無煤柱開采，為最新的技術創新革命。并根據技術研發成果制定相關標準，出版相關文獻，提高煤炭科技裝備水平，實現智能化煤炭的全面覆蓋。在此基礎上鼓勵煤炭企業成立專門的技術研發、服務部門和綜合辦公室，引進人才，制定開放式創新平臺發展模式，確保自身的現代化發展。

2.煤礦智能化開采技術關鍵技術

當前煤礦智能化開采關鍵技術較多，是支撐煤礦智能化開采的核心和關鍵，其中液壓支架全工作面跟機自動化和人工控制技術兩者緊密結合可以實時監測現場環境，控制作業面，穩步推進工作進行。這兩者技術效果的發揮還需要依賴工作面記憶截取，可以將作業面原始數據和當前數據進行結合，前者是控制技術，后期是數據分析技術，可以輔助前者的應用。視頻監控技術、智能化集成供液控制技術是對現場的動態信息進行控制，根據工作狀態實時提供動力，是基礎技術。另外，自動化集中控制技術超前支護自動控制技術具有相同功能，是綜合技術體，是自動化控制的關鍵。

(1)液壓支架全工作面跟機自動化技術和遠程人工控制技術

在智能化開采技術中，液壓支架全工作面跟機自動化技術是指通過液壓支架、傳感器、控制系統等設備，實現對煤礦工作面的全面監控和自動化控制，包括對支架的液壓系統、頂板控制、支架移動等方面的自動化控制，提高煤礦工作面的生產效率和安全性。遠程人工控制則是指通過遠程監控系統和通信技術，實現對煤礦設備和工作面的遠程監控和操作，工作人員可以通過遠程控制中心對煤礦設備進行監控、調試和操作，實現對煤礦生產過程的遠程控制。這種技術可以幫助煤礦管理人員實時監控煤礦生產情況，及時做出決策，提高工作效率和安全性。

(2)采煤機工作面記憶截取技術

采煤機工作面記憶截取技術是指通過采煤機設備上的傳感器和數據采集系統，記錄和存儲工作面的工作狀態、煤層情況、礦巖地質信息及設備運行數據等關鍵信息，這些數據可以用于分析煤層地質特征、煤礦工作面的變化情況，優化采煤機的工作參數和工作方式，提高采煤效率和安全性。當采煤機工作面記憶截取技術應用于煤礦生產過程時，可以幫助操作人員更好地了解工作面的情況，及時調整工作策略，提高煤炭開采效率和質量，同時降低事故風險，煤礦管理人員也可以根據歷史數據和分析結果做出更加科學的決策，提高煤礦生產的智能化水平。

(3)工作面視頻監控技術

在煤礦開采過程中要根據工作面現狀在特定部位安裝視頻監控系統，將系統和井下監控中心、地面監控中心進行鏈接，對采掘工作面進行視頻監控，該監控系統主要由攝像儀和紅外傳感器、軟件等組成。其中攝像儀可以實時采集煤壁視頻，再將視頻傳送到監控中心，實現煤巖界面的可視化監控；紅外傳感器可以實時追蹤采煤機運行軌跡和方向信息；軟件可以自動處理攝像儀和傳感器獲取的數據信息[2]。

(4)智能化集成供液控制技術

智能化集成供液技術是指通過智能化系統實現對供液過程的集成監控和控制，主要應用于煤礦井下水文地質勘探和開采作業中，確保供水系統安全、高效運行。智能化集成供液技術可以通過對泵站、管網、水源等供水設備和設施的遠程監控和智能化控制，從而實現供水系統的自動調節、數據采集、異常報警等功能，確保礦井供水安全穩定，提高供水效率，降低事故風險。

(5)超前支護自動控制技術

超前支護自動控制技術是指通過自動化系統對采煤工作面進行支護控制，以確保礦井頂板的穩定和安全，其主要是通過設置自動化支架監測設備和控制系統，實時監測礦井頂板的運動狀態和巖層變化，并自動調節支架的高度、角度、硬度等參數，達到合理支護的效果。超前支護自動控制技術可以提高礦井工作面的支護效率和安全性，減少事故風險，及時發現并處理潛在的頂板掉落、煤壁垮塌等問題，從而提高煤礦開采作業的效率，降低成本，提升安全生產水平。

3.煤礦智能化開采實踐中的技術創新

(1)研發機架協同三角煤工藝

原來的三角煤切割工藝流程主要以采煤機自動記憶切割為指令進行割煤，液壓支架是依據采煤機的移動位置追蹤三角煤范圍的跟機，但是在采煤機實際運行中，因為液壓支架和采煤機不是同步運行的，兩種數據信息無法實現交互，常常會出現無法配合的情況，對最終的采煤效果會產生影響。對此人們研發了一種自動化的機架協同控制三角煤工藝，在該工藝下可以通過數據交互擴大切割范圍，將采煤機和液壓支架進行協同控制，在兩者自動轉化動作的情況下自動獲取數據信息。如果發現兩者沒有完成某一個動作，則會出現減速或者停機的行為，自動截停上一個動作，最終在完成上一道工序后才進入到下一道工序中，有效提升三角煤自動化切割水平[3]。

(2)開發自動啟停自動視頻

利用煤礦智能化開采技術開發自動啟停自動視頻安全界面，是目前技術創新的有效途徑之一，這種界面不僅可以通過圖像識別技術和監控系統，實現對煤礦生產過程中視頻數據的采集，實時監測采煤機、支架等設備的運行狀態和作業情況，及時發現異常情況并實現自動安全停止，以保障礦工和設備的安全；還可以遠程控制現場界面，為遠程監控人員提供現場工作面信息，對機械設備啟動和運行進行遠程監控。且在監控界面下也可以對井上、井下設備啟停時的狀態進行預警，對預警信息進行編輯、優化，傳輸到地面控制中心，確?？刂浦行暮筒删蜃鳂I面人員都可以接收到預警信息，最終實現遠程一鍵啟停的自動化控制。

(3)完善遠程控制系統

通過引入先進的通信技術和數據處理技術，可以實現對煤礦設備、工藝和生產過程的遠程監控和控制，讓操作人員在安全的環境下遠程監視煤礦的運行情況，及時做出反應和調整。這樣一來，不僅可以提高生產效率，減少生產事故，還可以降低人員在煤礦工作環境中的風險。此外，遠程控制系統的完善還能夠提高生產管理的智能化水平，通過數據采集和分析，幫助管理人員進行生產計劃和資源調配，優化生產過程，促進煤礦生產的數字化和智能化發展，提升整體生產效率和安全水平[4]。

(4)研發綜合智能管理平臺

綜合智能管理平臺整合了傳感器、人工智能、大數據分析等技術，可以實現對礦井各項數據的實時監測、分析和管理。通過該平臺，礦山管理人員不僅可以遠程監控設備運行狀況、礦工安全情況、生產效率等重要數據，實現數據驅動的智能決策；還可以通過預測性維護提高設備利用率，減少故障停機時間，最大限度地提高礦山生產效率和安全性。

4.煤礦智能化開采技術發展趨勢

(1)厚煤層和薄煤層智能采煤技術

在頂層設計和統籌規劃、分層實施的原則上，對當前煤礦智能化技術進行了深入研究和分析發現，針對厚煤層，主要是采用自動控制的長壁綜采技術、智能化的煤炭割舌技術及煤炭輸送自動化技術等；針對薄煤層，則主要使用綜合機械化采煤技術、無人機械化采煤技術、智能鉆孔爆破技術等，從而提高采煤效率，降低人力成本，減少煤礦在開采厚煤層時的風險。然而，在此類技術的實際應用過程中，仍存在一些缺點和難點，還需進行深入研究，嘗試研發新的技術，解決智能化采煤過程中的多種問題，具體如下：其一，嘗試研發采煤作業面高效、安全、穩定的無線通信技術，通過該技術可以減少通信線纜的大量使用，降低作業面線纜的檢修難度和頻率。其二，嘗試構建技術人員感知技術和個人獨立操作相結合的系統[5]。通過該系統可以實現監控中心和作業面巡檢人員之間的實時溝通，實時采集、分析和顯示作業面所有的數據信息，確保地面控制中心人員也可以第一時間接收到信息。讓井下監控中心和地面調度人員可以全面了解井下作業面的具體情況，便于為遠程監控提供依據，為巡檢人員提供安全的環境。

(2)特殊環境下的智能化采煤技術和智能化綜合采煤技術前景分析

諸如高溫、高濕、有毒有害氣體、煤塵爆炸等特殊環境，均會導致煤礦工作環境惡劣且危險，在此類特殊環境下，智能化采煤技術可以借助傳感器、監控系統，實時監測煤礦工作環境中的各種參數，如溫度、濕度、氣體濃度等，通過智能算法及時預警和應對潛在危險。同時，智能化綜合采煤技術不僅可以結合無人駕駛技術、機器視覺技術、人工智能等，實現對采煤設備的自主控制和集成化作業，降低人員的直接接觸，減少作業風險，還可以在不同地質環境下進行智能化開采技術的應用和分析，更好地在后期大范圍推廣[6]。

5.結束語

總之，煤礦智能化開采技術的創新與發展具有重要的現實意義和深遠影響。未來，隨著人工智能、物聯網、大數據等新興技術不斷滲透到煤礦開采領域，煤礦行業將迎來全新的智能化轉型。通過智能化技術的應用，煤礦可以提升生產效率、改善工作環境、降低事故風險，實現可持續發展。因此，進一步加大煤礦智能化開采技術的研究和推廣力度，將會為煤礦行業帶來全新的發展機遇，推動煤礦行業走向綠色化、智能化的未來。