煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)研究現(xiàn)狀及展望

煤礦產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展引進(jìn)了越來(lái)越多的現(xiàn)代化技術(shù)，而本身的開(kāi)采技術(shù)也在不斷開(kāi)發(fā)與完善，但整體發(fā)展仍然需要順應(yīng)時(shí)代發(fā)展的趨向與要求，煤礦開(kāi)采已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了基本的機(jī)械化，而信息化智能化則是當(dāng)下時(shí)代發(fā)展的主流，各個(gè)行業(yè)都在不斷提高自身的智能化和信息化水平，從而加強(qiáng)生產(chǎn)效率。在“十三五”期間，我國(guó)的煤礦行業(yè)也成功攻克了智能化開(kāi)采技術(shù)難關(guān)，研發(fā)出綜采成套智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了無(wú)人現(xiàn)場(chǎng)操作的智能化開(kāi)采作業(yè)。但受到工作面的影響，一些地質(zhì)條件和開(kāi)采條件較差的環(huán)境則無(wú)法充分適應(yīng)，因此也需要進(jìn)一步改善，提高智能化開(kāi)采技術(shù)手段的適應(yīng)性。
　　1 煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)的研究現(xiàn)狀
　　 雖說(shuō)智能化這一概念在煤礦領(lǐng)域研究中廣泛提及，已經(jīng)成為煤礦行業(yè)今后發(fā)展的主要方向，但對(duì)于煤礦智能化的認(rèn)知都存在一定偏差。實(shí)際上，煤礦智能化的實(shí)現(xiàn)需要兩個(gè)條件：“建一個(gè)網(wǎng)，制一張圖”，其中“建一個(gè)網(wǎng)”便是需要在開(kāi)采工作面中建立萬(wàn)兆網(wǎng)絡(luò)，萬(wàn)兆網(wǎng)絡(luò)便是即將普及的5G無(wú)線網(wǎng);“制一張圖”便是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化圖紙，將井下采掘、運(yùn)輸、通排等系統(tǒng)全部匯入其中，智能化煤礦系統(tǒng)結(jié)構(gòu)體系如圖1所示[1]。
　　1.1 智能開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)
　　 煤礦開(kāi)采方法由原本的人力采掘和炮采，到如今的綜采，已經(jīng)逐漸邁向智能化的道路，而近些年從煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)的研究和實(shí)踐能夠得知，智能化開(kāi)采技術(shù)主要以全智能開(kāi)采和半智能開(kāi)采兩種發(fā)展形勢(shì)，如圖2所示。
　　（1）全智能開(kāi)采技術(shù)
　　 因?yàn)槎鄶?shù)煤礦開(kāi)采工作面環(huán)境條件較為苛刻，同時(shí)會(huì)存在多種變動(dòng)因素，所以全智能化的煤礦開(kāi)采系統(tǒng)需要具備足夠的自動(dòng)感知性能以及智能決策性能等：
　　其一，水平、直線控制技術(shù)。這一技術(shù)結(jié)合地質(zhì)勘探來(lái)獲得煤層的結(jié)構(gòu)信息，并根據(jù)結(jié)構(gòu)信息來(lái)建立一個(gè)三維的工作面模型;根據(jù)導(dǎo)航系統(tǒng)來(lái)做到采煤設(shè)備的實(shí)時(shí)位置確定。水平控制技術(shù)是采煤機(jī)在采掘推進(jìn)時(shí)引導(dǎo)采煤機(jī)與刮板輸送機(jī)俯仰控制的管控手段。直線控制技術(shù)便是在采煤機(jī)傾斜向循環(huán)運(yùn)作時(shí)能夠確保刮板輸送機(jī)等設(shè)備能夠進(jìn)行移架和推溜等操作，避免液壓支架位序混亂及刮板輸送機(jī)損壞問(wèn)題。
　　其二，高度控制技術(shù)。在采煤機(jī)沿著工作面傾斜向循環(huán)割煤過(guò)程中，需要控制好滾筒的高度，避免割到頂?shù)装寤驇r層，確保采掘工作的穩(wěn)定推進(jìn)。這一技術(shù)的重點(diǎn)便是煤巖界面的鑒別。 　　（2）半智能開(kāi)采
　　 煤礦全智能開(kāi)采對(duì)于技術(shù)水平有著較為嚴(yán)格的要求，同時(shí)多數(shù)技術(shù)節(jié)點(diǎn)仍然不夠完善，所以當(dāng)下的煤礦智能化開(kāi)采主要的研究目標(biāo)便是“工作面自動(dòng)化+遠(yuǎn)程控制”，而這一技術(shù)的重點(diǎn)是工作面的遠(yuǎn)程再現(xiàn)以及設(shè)備的遠(yuǎn)程控制。
　　 其一，工作面遠(yuǎn)程再現(xiàn)技術(shù)。需要利用遠(yuǎn)程再現(xiàn)技術(shù)對(duì)開(kāi)采環(huán)境以及開(kāi)采過(guò)程、支護(hù)結(jié)構(gòu)、運(yùn)輸?shù)葼顟B(tài)與進(jìn)度進(jìn)行掌握，才能夠在出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)及時(shí)控制設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程干預(yù)。
　　 其二，設(shè)備遠(yuǎn)程控制技術(shù)。工作面的采掘、支護(hù)、運(yùn)輸系統(tǒng)都會(huì)處于不斷運(yùn)作的狀態(tài)，而運(yùn)作過(guò)程也是變化的過(guò)程，因此需要保證各個(gè)系統(tǒng)間的協(xié)調(diào)性，并對(duì)設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，其重點(diǎn)有三點(diǎn)，第一，針對(duì)采煤機(jī)和刮板運(yùn)輸機(jī)等設(shè)備進(jìn)行升級(jí)與優(yōu)化;第二，需要連接高速且穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)傳輸系統(tǒng);第三，需要結(jié)合人機(jī)工程學(xué)等學(xué)科領(lǐng)域來(lái)構(gòu)建更加完善的人機(jī)交互界面。
　　1.2 煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用
　　 當(dāng)前，我國(guó)煤礦企業(yè)對(duì)于智能化開(kāi)采技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)初具規(guī)模，在工作面運(yùn)輸順槽建設(shè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，利用遠(yuǎn)程控制來(lái)實(shí)現(xiàn)采掘設(shè)備的自動(dòng)化管理。在2016年，陜煤化集團(tuán)黃陵礦業(yè)公司一號(hào)煤礦便應(yīng)用這一技術(shù)，自當(dāng)年5月到2018年9月份，共完成8102與6201等工作面的回采作業(yè)，最高月采量達(dá)到了17萬(wàn)t，共安全生產(chǎn)原煤359.5萬(wàn)t。神華神東石圪臺(tái)煤礦31202等工作面也相繼應(yīng)用煤礦無(wú)人、少人智能化開(kāi)采技術(shù)，能夠做到某個(gè)工作面或采掘設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，也為我國(guó)煤礦智能開(kāi)采技術(shù)的開(kāi)發(fā)與應(yīng)用積累了經(jīng)驗(yàn)。
　　2 煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展展望
　　2.1 智能裝備技術(shù)
　　 進(jìn)一步推進(jìn)井下高速無(wú)線通訊技術(shù)、煤礦識(shí)別技術(shù)、自動(dòng)找直技術(shù)的研究與開(kāi)發(fā)，進(jìn)一步加強(qiáng)井下網(wǎng)絡(luò)的信息傳輸速度和設(shè)備的整體性能，確保整體裝備的適用性和實(shí)用性。
　　2.2 智能導(dǎo)航技術(shù)
　　 通過(guò)計(jì)算機(jī)技術(shù)與導(dǎo)航技術(shù)的結(jié)合，對(duì)采掘設(shè)備實(shí)施實(shí)時(shí)定位，能夠有效改善工作面的地質(zhì)勘探和空間定位問(wèn)題，并提高對(duì)于設(shè)備的智能化控制水平，從而做到安全監(jiān)控和高精度開(kāi)采。
　　2.3 智能機(jī)器人
　　 對(duì)于工作面的維護(hù)與管理來(lái)說(shuō)，遙控智能機(jī)器人能夠起到輔助工作的效果，利用性能相匹配的傳感設(shè)備，并進(jìn)行改裝處理，便可以實(shí)現(xiàn)煤礦智能化工作面的自主化開(kāi)采。
　　2.4 “三無(wú)”開(kāi)采技術(shù)
　　 “三無(wú)”開(kāi)采技術(shù)指的是無(wú)人、無(wú)巷道、無(wú)煤柱的煤礦開(kāi)采新模式，積極推廣智能化無(wú)人開(kāi)采技術(shù)的研發(fā)，推進(jìn)智能化開(kāi)采技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展。
　　2.5 智能化掘進(jìn)技術(shù)
　　 加強(qiáng)智能化掘進(jìn)技術(shù)的研究力度，提高掘進(jìn)設(shè)備的整體性能與智能化控制，創(chuàng)造更加協(xié)調(diào)高效的掘進(jìn)工作面，實(shí)現(xiàn)無(wú)人化的煤礦掘進(jìn)作業(yè)[2]。