淺析煤礦開(kāi)采中的智能開(kāi)采技術(shù)

引言
　　智能開(kāi)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(kāi)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(lái)作為基礎(chǔ)運(yùn)用人工智能以及各種自動(dòng)化控制系統(tǒng)為核心，結(jié)合遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)煤礦開(kāi)采“無(wú)人作業(yè)，有人巡查”的高效、安全開(kāi)采方式，而這也是近些年來(lái)我國(guó)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(kāi)采技術(shù)變革，對(duì)于實(shí)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(guó)對(duì)于煤炭需求的數(shù)量逐漸增加，傳統(tǒng)的煤礦開(kāi)采技術(shù)早已經(jīng)不能夠再滿足當(dāng)前國(guó)家建設(shè)與發(fā)展的需要，國(guó)家以及地方政府部門(mén)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(guó)在煤礦智能化綜合開(kāi)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(guó)雖然在煤炭開(kāi)采技術(shù)方面已經(jīng)與世界其他發(fā)達(dá)國(guó)家相接近，但是想要在全國(guó)范圍內(nèi)全面性普及與推廣智能煤礦開(kāi)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(kāi)采工作仍然停留在較薄的煤層當(dāng)中。在國(guó)內(nèi)的煤礦綜合開(kāi)采技術(shù)方面是以精準(zhǔn)陀螺儀來(lái)針對(duì)煤炭?jī)?chǔ)層進(jìn)行高精度的定位，同時(shí)在原有記憶割煤、過(guò)載保護(hù)以及其他實(shí)用性功能上增加了諸如紅外線攝像功能以及雷達(dá)探測(cè)防碰撞功能。雖然這些技術(shù)處在研發(fā)的起步過(guò)程中，但是對(duì)于我國(guó)未來(lái)煤礦事業(yè)的深入發(fā)展具有不可乎視的重要作用。
　　1 國(guó)外智能開(kāi)采技術(shù)的現(xiàn)狀
　　在2000年以后至今，國(guó)外的煤礦開(kāi)采也從原先只重生產(chǎn)效率和經(jīng)濟(jì)效益開(kāi)始向著“安全合理、高效實(shí)用、經(jīng)濟(jì)環(huán)?！钡确较虬l(fā)展。國(guó)外在煤礦開(kāi)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(lái)將所要開(kāi)采的煤層進(jìn)行完整的描繪出來(lái)，并了解在某個(gè)區(qū)域之內(nèi)煤層的厚度和煤炭的實(shí)際分布情況，然后再運(yùn)用高精視度的陀螺儀來(lái)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(shí)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(kāi)采過(guò)程當(dāng)中煤炭識(shí)別所造成的問(wèn)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(dòng)化、智能化采煤的目的。
　　1.1 工作面自動(dòng)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(jì)劃，該計(jì)劃確立了全自動(dòng)自能化煤炭開(kāi)采技術(shù)項(xiàng)目。在2015年時(shí)該項(xiàng)目通過(guò)了軍用級(jí)別的標(biāo)準(zhǔn)，并運(yùn)用高精密度的煤機(jī)三維定位（該項(xiàng)技術(shù)所造成的測(cè)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(dòng)化（即LASC系統(tǒng)）技術(shù)的支持下于2015年的BAltana礦場(chǎng)成功完成實(shí)驗(yàn)。隨后該科學(xué)工作研究小組對(duì)LASC自動(dòng)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(shí)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(shì)有工作自動(dòng)控制算法以及高精度導(dǎo)航等核心技術(shù)。
　　1.2 智能開(kāi)采服務(wù)中心
　　智能開(kāi)采服務(wù)中心本質(zhì)上來(lái)說(shuō)就是一項(xiàng)使產(chǎn)品增值的服務(wù)。在西班牙的AMGJD礦業(yè)公司所開(kāi)設(shè)的調(diào)度室里就設(shè)置有一個(gè)全世界最先進(jìn)的煤礦智能開(kāi)采中心，該中心對(duì)旗下所管轄的所有礦井都能夠進(jìn)行全天候24小時(shí)的即時(shí)監(jiān)控，并且會(huì)按照目前所出現(xiàn)的報(bào)警以及相關(guān)的故障信息通過(guò)電子郵件或者電話的方式將相關(guān)信息發(fā)送到智能開(kāi)采服務(wù)中心里進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)整。此外，在每天、每個(gè)星期、每個(gè)月和每個(gè)季度都會(huì)向礦井一方傳出報(bào)告內(nèi)容，并對(duì)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(shí)做好相應(yīng)的記錄。把相關(guān)的報(bào)告內(nèi)容進(jìn)行采集以后再對(duì)礦井每天運(yùn)營(yíng)的狀況進(jìn)行了分析同時(shí)制定相關(guān)的計(jì)劃通知，這樣就能夠保障每個(gè)星期都會(huì)有相應(yīng)的智能服務(wù)回顧，而且每個(gè)月、每個(gè)季度的井下精益運(yùn)行也都會(huì)有所回顧。煤礦智能開(kāi)采服務(wù)中心的構(gòu)建不但可以有效地減少煤礦開(kāi)采設(shè)備停機(jī)的頻率和時(shí)間，而且還能夠降低設(shè)備的損壞率，對(duì)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(guó)內(nèi)智能開(kāi)采技術(shù)的現(xiàn)狀
　　2.1 遠(yuǎn)程干預(yù)無(wú)人化采煤工藝
　　國(guó)內(nèi)智能化開(kāi)采全面實(shí)現(xiàn)了“工作面無(wú)人”的目標(biāo)，通俗地講就是按照工作面的實(shí)際需求來(lái)進(jìn)行自動(dòng)化控制，并運(yùn)用遠(yuǎn)程監(jiān)控的方式來(lái)對(duì)煤礦開(kāi)采過(guò)程進(jìn)行干預(yù)，該智能化模式的運(yùn)用使得煤礦開(kāi)采行業(yè)初步實(shí)現(xiàn)了“無(wú)人跟機(jī)作業(yè)，有人安全職守”的目標(biāo)。在通過(guò)一定人工干預(yù)的情況下實(shí)現(xiàn)模糊控制采煤工藝，其本身所具備的煤礦開(kāi)采系統(tǒng)智能化功能主要包括了以下幾個(gè)方面：系統(tǒng)擁有不同層面、多個(gè)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(dòng)運(yùn)行；全面自動(dòng)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(dòng)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(kāi)采設(shè)備能夠相互協(xié)調(diào)并且穩(wěn)定地運(yùn)行，并會(huì)針對(duì)不同的開(kāi)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(shí)技術(shù)
　　綜采工作面運(yùn)用高仿真的虛擬現(xiàn)實(shí)技術(shù)將一個(gè)三維采礦環(huán)境，并以此來(lái)對(duì)采礦作業(yè)的過(guò)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(lái)進(jìn)行模擬，操作人員能夠?qū)⑻摂M和現(xiàn)實(shí)系統(tǒng)深度融合并構(gòu)建為一個(gè)穩(wěn)定、高效的人機(jī)交互機(jī)制，無(wú)論是在何種操作環(huán)境和操作時(shí)間段時(shí)都能夠進(jìn)行模擬。除此之外，礦井虛擬和現(xiàn)實(shí)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(chǔ)到空間當(dāng)中來(lái)對(duì)物體的運(yùn)動(dòng)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(shí)，將現(xiàn)實(shí)與開(kāi)采情況相近的三維內(nèi)容通過(guò)計(jì)算機(jī)屏幕展示出來(lái)。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(dòng)態(tài)化信息（例如說(shuō)設(shè)備運(yùn)作的時(shí)長(zhǎng)、設(shè)備的總產(chǎn)能、煤炭設(shè)備的間距以及相關(guān)的動(dòng)態(tài)化信息等等），并結(jié)合具體的煤炭開(kāi)采情況來(lái)構(gòu)建出不同的生產(chǎn)系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行客觀模擬，以此來(lái)滿足與改善評(píng)煤炭生產(chǎn)評(píng)價(jià)系統(tǒng)。值得注意的是，虛擬現(xiàn)實(shí)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(lái)進(jìn)行操作（管理人員利用鼠標(biāo)或者鍵盤(pán)的方式來(lái)將鏡頭進(jìn)行移動(dòng)，并對(duì)場(chǎng)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(dòng)范圍和功能，在飛行模式下鏡頭能夠被移動(dòng)到較高的位置處并以俯瞰的方式來(lái)觀察整個(gè)煤炭開(kāi)采過(guò)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(diǎn)，但是在實(shí)際的運(yùn)用過(guò)程當(dāng)中應(yīng)當(dāng)要嚴(yán)格遵守以下幾個(gè)方面的原則：
　?。?）將采煤機(jī)記憶截割作為基礎(chǔ)，再通過(guò)人們進(jìn)行遠(yuǎn)程干預(yù)的方式來(lái)進(jìn)行操作，結(jié)合多功能的煤炭采集運(yùn)輸設(shè)備來(lái)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化控制，通過(guò)就地控制的方式來(lái)達(dá)到綜采設(shè)備智能感知的效果。同時(shí)還利用各種視頻監(jiān)督與控制的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)全天候即時(shí)的管理。
　?。?）在煤礦開(kāi)采過(guò)程當(dāng)中對(duì)于整個(gè)地面以及相關(guān)的巷道等等具有一定危險(xiǎn)性的工作區(qū)域內(nèi)都會(huì)設(shè)置完整而又健全的網(wǎng)絡(luò)通信設(shè)備。智能開(kāi)采控制設(shè)備的運(yùn)用不但有效地解決了傳統(tǒng)煤炭開(kāi)采以單機(jī)為基礎(chǔ)的單一化思路，構(gòu)建出一個(gè)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(shí)現(xiàn)煤炭開(kāi)采智能化打下堅(jiān)實(shí)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(gè)系統(tǒng)的整體，然后再按照實(shí)際的控制內(nèi)容和情況來(lái)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(kāi)采技術(shù)的難點(diǎn)
　　2.4.1 自動(dòng)化技術(shù)水平差
　　因?yàn)榈刭|(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(kāi)采過(guò)程當(dāng)中運(yùn)用智能化技術(shù)仍然無(wú)法擺脫大量人力勞動(dòng)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(shì)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(kāi)采設(shè)備的穩(wěn)定性有待提高
　　現(xiàn)階段所使用的煤礦開(kāi)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(kāi)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(xiǎn)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(lái)對(duì)可視效果進(jìn)行提高，這樣才能夠滿足煤炭開(kāi)采的需求。
　　3 國(guó)內(nèi)煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)的發(fā)展
　　當(dāng)前國(guó)內(nèi)的煤礦開(kāi)采行業(yè)處在轉(zhuǎn)型的重要時(shí)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(duì)于實(shí)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(wú)線電通信技術(shù)能夠有效地降低煤炭開(kāi)采井下作業(yè)當(dāng)中纜線所使用的數(shù)量，確保整個(gè)煤炭開(kāi)采地下作業(yè)環(huán)境更加安全更加整潔。同時(shí)將無(wú)線電通信技術(shù)運(yùn)用到煤炭開(kāi)采作業(yè)當(dāng)中，既能夠有效地降低煤炭開(kāi)采的人力成本和物質(zhì)成本投入，同時(shí)還能夠提升井下數(shù)據(jù)的采集速度和畫(huà)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(wú)線通信以及自動(dòng)化技術(shù)和監(jiān)控中心保持即時(shí)聯(lián)絡(luò)，對(duì)于提高巡檢人員的安全具有重要的意義。在智能化煤炭開(kāi)采的時(shí)候應(yīng)當(dāng)要構(gòu)建出一個(gè)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(lái)確認(rèn)井下瓦斯的濃度與油氣等具有危險(xiǎn)性物質(zhì)的數(shù)值進(jìn)行即時(shí)監(jiān)控。若是所采集到的數(shù)值高出上限閥值那么就會(huì)自動(dòng)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(shí)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(kāi)采方案。
　　3.2 復(fù)雜開(kāi)采條件下智能化綜采技術(shù)
　　因?yàn)槊旱V井下地質(zhì)條件復(fù)雜的原因，使得煤炭井下開(kāi)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(kāi)采技術(shù)引入其中時(shí)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(gè)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(kāi)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(duì)原有的綜采技術(shù)進(jìn)行整體升級(jí)之后的新技術(shù)，該項(xiàng)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(kāi)采的效率，對(duì)于實(shí)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(kāi)采技術(shù)當(dāng)中也取入了突破性的成效。比如說(shuō)在煤礦智能化開(kāi)采當(dāng)中加入了新式的全方位探測(cè)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(duì)于提高煤礦開(kāi)采的產(chǎn)能和質(zhì)量效果顯著，同時(shí)還能夠提高智能煤炭開(kāi)采的學(xué)習(xí)、適應(yīng)以及全方位控制能力。在煤炭開(kāi)采技術(shù)當(dāng)中運(yùn)用煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)，對(duì)于深化我國(guó)煤炭開(kāi)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(shí)現(xiàn)了傳統(tǒng)煤炭開(kāi)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(duì)于加快我國(guó)煤炭產(chǎn)業(yè)鏈的升級(jí)和轉(zhuǎn)型也有著不可忽視的作用。通過(guò)技煤炭開(kāi)采智能化技術(shù)的運(yùn)用后極大地改善了我國(guó)煤炭工業(yè)被動(dòng)、人力資源投入大等問(wèn)題，對(duì)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(wèn)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(kāi)采技術(shù)的運(yùn)用方面應(yīng)當(dāng)要依據(jù)煤礦開(kāi)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(shí)踐操作能力與安全生產(chǎn)責(zé)任意識(shí)，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(yǔ)
　　綜上所述，想要在現(xiàn)有的煤礦產(chǎn)業(yè)當(dāng)中實(shí)現(xiàn)煤礦智能化開(kāi)采技術(shù)創(chuàng)新和發(fā)展的目標(biāo)，就必須要結(jié)合我國(guó)的實(shí)際情況，在深入了解煤礦開(kāi)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(lái)實(shí)現(xiàn)煤礦智能化開(kāi)采的目標(biāo)，通過(guò)先進(jìn)的信息化、自動(dòng)化、以及無(wú)人控制等先進(jìn)技術(shù)來(lái)提升我國(guó)煤礦開(kāi)采的質(zhì)量和效率，在降低礦難事故發(fā)生的同時(shí)，確保煤礦井下作業(yè)人員的生命財(cái)產(chǎn)安全。