煤矿智能化开采技术创新与发展研究

＊吕阳龙

（贵州省煤矿设计研究院有限公司 贵州 550025）

在经济不断发展的环境下，社会各个领域对煤矿资源的需求不断增长，有效推动了煤矿产业的发展。当前人类社会正处于信息化和智能化时代，各种智能技术被广泛应用到煤矿开采中，也推动了煤矿开采技术的智能化发展。在智能化技术的应用下，煤矿开采智能化系统具有信息决策、自主学习和瞬间记忆、感知等能力，发挥其技术优势，可有效提高开采效率和质量，扩大开采面，减少现场安全事故的发生。另外，在智能化开采中也可以将遥感技术、远程控制技术、机械技术应用其中，推动煤矿智能化开采的转型升级，但是在这一过程中还存在较大的问题，需要人们创新开采技术，有效满足开采需求，推动煤矿产业的现代化发展。

1.煤矿智能化开采技术背景

（1）概述。煤矿智能化开采技术是指在煤矿生产过程中，采用先进的信息技术、自动化技术和智能化设备，实现对煤矿开采过程的全面监控、自动化控制和数据分析，以提高煤矿生产效率、安全性和环保性。该技术可以将信息技术和工业生产技术进行结合，有效推动煤矿开采技术的转型升级，是推动煤矿开采技术的创新发展、安全发展、一体化发展的一种综合技术。

（2）研发成果。在“十二五”规划期间，明确提出煤矿行业要引进、消化、应用、再创新智能化开采技术，推动煤矿智能化开采技术的创新发展，并在长期的实践、探索、总结下取得了较好的成果，打造了一批示范工程。后期，多个煤矿开采单位和科技企业、科技院校、装备制造企业联合进行了技术研发，共同实施、完成了中国采煤装备智能化开采技术研究和应用项目，探索出一种远程操控采煤模式，可以实现采煤装备地面操控的自动化、智能化，为煤矿企业转型升级提供了技术支撑，实现采煤的高效、安全化发展。我国一些煤炭企业加大了国际合作力度，引进了LASC技术，可以自动勘测、校正，研发了具备惯导性能的智能采煤机，有效提高了采煤机的行走轨迹和滚筒控制采高精度、牵引速度等。这一系列技术研发和装备改进为煤矿企业的采煤智能化发展提供了物质支撑，调查发现有多家煤矿企业都引进了电液化控制技术，进行了智能化开采试点[1]。另外，国家也为煤矿智能化开采技术创新提供了相关支持，创建了创新中心，专门研发新技术，并进行“两智一无”智慧矿区新项目实践，“两智”是指智能化综采和掘进，“一无”是无煤柱开采，为最新的技术创新革命。并根据技术研发成果制定相关标准，出版相关文献，提高煤炭科技装备水平，实现智能化煤炭的全面覆盖。在此基础上鼓励煤炭企业成立专门的技术研发、服务部门和综合办公室，引进人才，制定开放式创新平台发展模式，确保自身的现代化发展。

2.煤矿智能化开采技术关键技术

当前煤矿智能化开采关键技术较多，是支撑煤矿智能化开采的核心和关键，其中液压支架全工作面跟机自动化和人工控制技术两者紧密结合可以实时监测现场环境，控制作业面，稳步推进工作进行。这两者技术效果的发挥还需要依赖工作面记忆截取，可以将作业面原始数据和当前数据进行结合，前者是控制技术，后期是数据分析技术，可以辅助前者的应用。视频监控技术、智能化集成供液控制技术是对现场的动态信息进行控制，根据工作状态实时提供动力，是基础技术。另外，自动化集中控制技术超前支护自动控制技术具有相同功能，是综合技术体，是自动化控制的关键。

(1)液压支架全工作面跟机自动化技术和远程人工控制技术

在智能化开采技术中，液压支架全工作面跟机自动化技术是指通过液压支架、传感器、控制系统等设备，实现对煤矿工作面的全面监控和自动化控制，包括对支架的液压系统、顶板控制、支架移动等方面的自动化控制，提高煤矿工作面的生产效率和安全性。远程人工控制则是指通过远程监控系统和通信技术，实现对煤矿设备和工作面的远程监控和操作，工作人员可以通过远程控制中心对煤矿设备进行监控、调试和操作，实现对煤矿生产过程的远程控制。这种技术可以帮助煤矿管理人员实时监控煤矿生产情况，及时做出决策，提高工作效率和安全性。

(2)采煤机工作面记忆截取技术

采煤机工作面记忆截取技术是指通过采煤机设备上的传感器和数据采集系统，记录和存储工作面的工作状态、煤层情况、矿岩地质信息及设备运行数据等关键信息，这些数据可以用于分析煤层地质特征、煤矿工作面的变化情况，优化采煤机的工作参数和工作方式，提高采煤效率和安全性。当采煤机工作面记忆截取技术应用于煤矿生产过程时，可以帮助操作人员更好地了解工作面的情况，及时调整工作策略，提高煤炭开采效率和质量，同时降低事故风险，煤矿管理人员也可以根据历史数据和分析结果做出更加科学的决策，提高煤矿生产的智能化水平。

(3)工作面视频监控技术

在煤矿开采过程中要根据工作面现状在特定部位安装视频监控系统，将系统和井下监控中心、地面监控中心进行链接，对采掘工作面进行视频监控，该监控系统主要由摄像仪和红外传感器、软件等组成。其中摄像仪可以实时采集煤壁视频，再将视频传送到监控中心，实现煤岩界面的可视化监控；红外传感器可以实时追踪采煤机运行轨迹和方向信息；软件可以自动处理摄像仪和传感器获取的数据信息[2]。

(4)智能化集成供液控制技术

智能化集成供液技术是指通过智能化系统实现对供液过程的集成监控和控制，主要应用于煤矿井下水文地质勘探和开采作业中，确保供水系统安全、高效运行。智能化集成供液技术可以通过对泵站、管网、水源等供水设备和设施的远程监控和智能化控制，从而实现供水系统的自动调节、数据采集、异常报警等功能，确保矿井供水安全稳定，提高供水效率，降低事故风险。

(5)超前支护自动控制技术

超前支护自动控制技术是指通过自动化系统对采煤工作面进行支护控制，以确保矿井顶板的稳定和安全，其主要是通过设置自动化支架监测设备和控制系统，实时监测矿井顶板的运动状态和岩层变化，并自动调节支架的高度、角度、硬度等参数，达到合理支护的效果。超前支护自动控制技术可以提高矿井工作面的支护效率和安全性，减少事故风险，及时发现并处理潜在的顶板掉落、煤壁垮塌等问题，从而提高煤矿开采作业的效率，降低成本，提升安全生产水平。

3.煤矿智能化开采实践中的技术创新

(1)研发机架协同三角煤工艺

原来的三角煤切割工艺流程主要以采煤机自动记忆切割为指令进行割煤，液压支架是依据采煤机的移动位置追踪三角煤范围的跟机，但是在采煤机实际运行中，因为液压支架和采煤机不是同步运行的，两种数据信息无法实现交互，常常会出现无法配合的情况，对最终的采煤效果会产生影响。对此人们研发了一种自动化的机架协同控制三角煤工艺，在该工艺下可以通过数据交互扩大切割范围，将采煤机和液压支架进行协同控制，在两者自动转化动作的情况下自动获取数据信息。如果发现两者没有完成某一个动作，则会出现减速或者停机的行为，自动截停上一个动作，最终在完成上一道工序后才进入到下一道工序中，有效提升三角煤自动化切割水平[3]。

(2)开发自动启停自动视频

利用煤矿智能化开采技术开发自动启停自动视频安全界面，是目前技术创新的有效途径之一，这种界面不仅可以通过图像识别技术和监控系统，实现对煤矿生产过程中视频数据的采集，实时监测采煤机、支架等设备的运行状态和作业情况，及时发现异常情况并实现自动安全停止，以保障矿工和设备的安全；还可以远程控制现场界面，为远程监控人员提供现场工作面信息，对机械设备启动和运行进行远程监控。且在监控界面下也可以对井上、井下设备启停时的状态进行预警，对预警信息进行编辑、优化，传输到地面控制中心，确保控制中心和采掘作业面人员都可以接收到预警信息，最终实现远程一键启停的自动化控制。

(3)完善远程控制系统

通过引入先进的通信技术和数据处理技术，可以实现对煤矿设备、工艺和生产过程的远程监控和控制，让操作人员在安全的环境下远程监视煤矿的运行情况，及时做出反应和调整。这样一来，不仅可以提高生产效率，减少生产事故，还可以降低人员在煤矿工作环境中的风险。此外，远程控制系统的完善还能够提高生产管理的智能化水平，通过数据采集和分析，帮助管理人员进行生产计划和资源调配，优化生产过程，促进煤矿生产的数字化和智能化发展，提升整体生产效率和安全水平[4]。

(4)研发综合智能管理平台

综合智能管理平台整合了传感器、人工智能、大数据分析等技术，可以实现对矿井各项数据的实时监测、分析和管理。通过该平台，矿山管理人员不仅可以远程监控设备运行状况、矿工安全情况、生产效率等重要数据，实现数据驱动的智能决策；还可以通过预测性维护提高设备利用率，减少故障停机时间，最大限度地提高矿山生产效率和安全性。

4.煤矿智能化开采技术发展趋势

(1)厚煤层和薄煤层智能采煤技术

在顶层设计和统筹规划、分层实施的原则上，对当前煤矿智能化技术进行了深入研究和分析发现，针对厚煤层，主要是采用自动控制的长壁综采技术、智能化的煤炭割舌技术及煤炭输送自动化技术等；针对薄煤层，则主要使用综合机械化采煤技术、无人机械化采煤技术、智能钻孔爆破技术等，从而提高采煤效率，降低人力成本，减少煤矿在开采厚煤层时的风险。然而，在此类技术的实际应用过程中，仍存在一些缺点和难点，还需进行深入研究，尝试研发新的技术，解决智能化采煤过程中的多种问题，具体如下：其一，尝试研发采煤作业面高效、安全、稳定的无线通信技术，通过该技术可以减少通信线缆的大量使用，降低作业面线缆的检修难度和频率。其二，尝试构建技术人员感知技术和个人独立操作相结合的系统[5]。通过该系统可以实现监控中心和作业面巡检人员之间的实时沟通，实时采集、分析和显示作业面所有的数据信息，确保地面控制中心人员也可以第一时间接收到信息。让井下监控中心和地面调度人员可以全面了解井下作业面的具体情况，便于为远程监控提供依据，为巡检人员提供安全的环境。

(2)特殊环境下的智能化采煤技术和智能化综合采煤技术前景分析

诸如高温、高湿、有毒有害气体、煤尘爆炸等特殊环境，均会导致煤矿工作环境恶劣且危险，在此类特殊环境下，智能化采煤技术可以借助传感器、监控系统，实时监测煤矿工作环境中的各种参数，如温度、湿度、气体浓度等，通过智能算法及时预警和应对潜在危险。同时，智能化综合采煤技术不仅可以结合无人驾驶技术、机器视觉技术、人工智能等，实现对采煤设备的自主控制和集成化作业，降低人员的直接接触，减少作业风险，还可以在不同地质环境下进行智能化开采技术的应用和分析，更好地在后期大范围推广[6]。

5.结束语

总之，煤矿智能化开采技术的创新与发展具有重要的现实意义和深远影响。未来，随着人工智能、物联网、大数据等新兴技术不断渗透到煤矿开采领域，煤矿行业将迎来全新的智能化转型。通过智能化技术的应用，煤矿可以提升生产效率、改善工作环境、降低事故风险，实现可持续发展。因此，进一步加大煤矿智能化开采技术的研究和推广力度，将会为煤矿行业带来全新的发展机遇，推动煤矿行业走向绿色化、智能化的未来。