煤矿智能化开采技术研究

□ 张 旭 同煤大唐塔山煤矿有限公司 山西大同 037001

随着开采智能化技术的深入应用，以及我国的城市化建设进程不断推进，对煤炭资源的需求日益增加。为了改变传统的煤矿开采效率低，作业复杂的状况，以满足现代化发展需求，需加大煤矿智能化开采技术的研究。本文结合智能化开采技术的几项具体应用，初步分析煤矿智能化开采技术，以期为煤炭企业提供借鉴，从而对智能化开采技术进行深入探索。

1 煤矿智能化开采的意义

煤矿智能化开采能够减少井下工作面的工作人员数量，提高传感器和处理系统对环境的适应能力，提高综采装备的智能化程度。在许多实现了煤炭生产综合机械化的国家，矿井的生产规模和产量遥遥领先，其自动化和远程摇控技术比较先进，能显著提高生产效率和生产质量。随着信息技术、计算机技术、物联网技术以及人工智能技术的逐渐发展，煤炭行业在生产中，越来越多的应用了新技术和新工艺。智能化电牵引采煤机、SAC型液压支架电液控制系统、SAM型综采自动化控制系统，智能化无人综采技术的应用，打开了国产煤矿智能化开采技术的新局面。其中地面远程操控使得采煤作业可以在地面指挥中心进行操作，极大提升了综采装备的智能化程度，而现有的国产装备在技术和工艺上仍没有达到世界先进水平。主要表现为电气可靠性较差、维护保养工作比较艰难，由于大数据技术应用不到位，装备在采集数据进行数据的收集效率不高，许多新技术不能发挥应有的作用，关键性技术难题没有得到解决。

煤炭是我国重要的能源，关系到国民经济的发

展以及社会建设的开展，煤矿的生产过程具有极大的复杂性和危险性，除了瓦斯爆炸、煤尘爆炸等重大安全事故，还有其他的因机械设备故障或操作失误引发的各种煤矿事故。提高煤矿生产的机械化和智能化程度，有助于保障煤矿工作人员的安全。探究无人作业和远程操控技术，进一步保障安全生产的进行，同时减轻工作人员的工作强度，减少开采过程中不必要的环节。充分实现节能和环保，促进煤矿的健康可持续发展，还能提高采煤的可靠性和准确性。

2 技术现状分析

2.1 煤矿开采定位系统

导航技术的应用能够实现采煤机的实时定位，从而便于实现精准控制。在采煤机内安装导航芯片，能够在三维空间内实现精准定位，定位系统有助于按照开采计划实现准确定位，保证开采的顺利进行。由于矿井中的信号较差，卫星信号不能起到正常的交流作用，因此，研究新型的精准定位系统十分必要。精准的定位系统以GIS定位系统为基础，包括井下高精度定位、局部定位和导航，高速无线通信

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等相关技术，保证矿井开采的精准定位。能提高开采的精确度，提高开采效率，结合RS传感器的应用，能够实现对矿井开采状况的实时监测。

2.2 智能数据分析技术

考虑到煤矿生产的环境复杂多变，危险性高，因此，掌握开采过程中的数据资料，对于提高生产的安全性、提高生产效率具有重要作用。通过对地理信息的勘探，以及通过三维监测对数据进行分析，提高数据的应用能力，进一步发挥数据资料的应用价值。其中信息主要来源于在综采工作面上的巡检装置，设置激光扫描仪，对于煤层进行持续的快速巡检，并将其拟合成曲线生成采煤机运动图像，并建立三维模型。有助于清晰、直观的掌握煤矿的开采现状，提升数据应用效率，保证采煤工作的顺利进行。考虑到采煤工作面煤层厚度变化大，而在单一煤层内煤层高度变化平缓这一状况，可开展采高历史监测。从而能根据实时的地质状况，对采煤机的割煤线和决策控制进行预先处理，进一步实现采煤机和液压支架的精准控制。根据数据采集技术和方法，对环境数据进行更新，选择大数据算法做出干预和控制，实现智能化精准控制决策。

2.3 智能记忆截割技术

在煤矿智能化开采中，采用记忆截割的方式操控采煤机，通过人工操控自动化采煤机，机器不断的学习与记忆，从而实现能自主完成割煤循环的任务。根据采煤的需求和采煤计划，制定有针对性的、科学高效的采煤机自动割煤计划。通过控制系统实现调高油缸的位置，对工作面采高进行自主定位，根据工程需求完善煤矿开采中的采煤机控制系统。智能记忆截割技术的应用使得采煤机煤矿开采工作面能实现自主定位，同时将定位信息及时传递到传感器中，保证智能化开采平台及时掌握位置信息，便于安排和调整煤矿开采计划。

2.4 实时监控技术

在煤矿中应用实时监控能够实现，工作人员不进入矿井即可对井内的工作情况进行观察，从而了解工作环境。视频监控系统和井下视频传感系统是实现实时监控的重要环节，通过通讯网络将井下的采矿工作画面上传到终端控制设备，同时对井下的视频画面进行判断，判断是否处于

正常的工作状态，从而决定是否采用远程人工干预切割。实时监控技术是实现智能化采矿的重要环节，合理设置视频传感器和观测采煤机，提高视频画面的清晰度和实时性，保证画面传输的稳定性，提高画面质量，有助于实现智能化开采。

2.5 系统自适应和故障自诊断技术

目前我国的智能化开采技术尚未达到国际领先水平，在实际应用中存在智能感知差、无法实现自主决策等问题，总体表现为智能化水平较低。还体现在装备可靠性低，维修和检修的工作量大，任务繁重，在控制系统中常出现通信不稳、控制不准等现象。由于在采煤过程中不能根据综采工作面的地质变化进行装备自适应调整，因此系统不具备自适应能力，这为故障自诊断技术的实现造成了极大的干扰。为提升系统自适应能力，需从智能探测、智能分析和智能控制入手，开展进一步的探索，从而提升设备的智能感知、自主适应和智能控制的能力。

如在以往遇到工作面输送机上下滑动时，由于现有的智能化系统不能自动实现加减到控制，必须通常通过人工来进行手动操作，加减刀，而自适应系统融入了加到操作，使得系统根据传感器的检测数据及时调整,做出加减刀调整。

由于国产的采煤机械装备存在制造材料，制作工艺等方面的不足，机械的可靠性较差，故障频发，极大的影响了智能化综采设备的运行，考虑到自动控制系统数量多，维护难度大，而仅依靠检修人员进行故障判断，不仅工作量大，难度大而且，效率不高，通过运用大数据分析处理技术，对运行参数进行采集和分析应用算法，实现故障的自动分析和处理，进而实现故障自诊断。

3 结语

我国煤矿的智能化开采技术处于发展阶段，智能化开采技术的应用能够有效避免重大安全事故，提高开采效率和质量。保证智能开采与复杂工作环境的紧密联系，提高智能化开采技术的效率，是实现安全生产、高效生产的重要途径。同时企业应当提高管理水平，建立健全专业化的作业模式，保证智能化开采技术的有效落实。

〔张旭（1994—），男，从事智能化工作面技术工作〕

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