煤礦智能化開采技術(shù)分析獲獎科研報(bào)告

煤礦智能化開采技術(shù)分析獲獎科研報(bào)告摘

要：煤礦開采長久以來都是勞動密集型產(chǎn)業(yè)，還被人們貼上了“傻大黑粗”的標(biāo)簽。在煤礦開采過程中，由于地質(zhì)條件存在很大的不確定性，事故頻發(fā)，嚴(yán)重威脅了工人的生命安全。為了改變目前這種情況，煤礦企業(yè)開始大力發(fā)展智能化開采技術(shù)，這也上升到了國家層面。采用煤礦智能化開采技術(shù)后，不僅能降低人在煤礦生產(chǎn)中的參與度，還能大幅提高生產(chǎn)效率?，F(xiàn)在智能化開采技術(shù)還處于起步階段，很多人還不了解。為此，本文簡要介紹了煤礦智能化開采的相關(guān)內(nèi)容，以幫助人們認(rèn)識智能化開采技術(shù)。

關(guān)鍵詞：煤礦;智能化開采;技術(shù)分析

引言

我國是能源大國，煤炭資源儲量十分豐富。近年來，在煤炭技術(shù)裝備領(lǐng)域的政策支持和資金支持下，煤炭智能化技術(shù)不斷取得突破，機(jī)械化和自動化程度大大提高，煤炭安全得到了保障。許多煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)了億噸無死亡。但是，我國煤炭開采智能化仍處于初級階段。我國的煤炭開采多為井工開采，地質(zhì)結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜，初級的智能技術(shù)對于復(fù)雜的開采過程來說仍無法滿足現(xiàn)實(shí)需求。煤炭安全沒有從根本上得到保障，仍會不可避免地發(fā)生一些事故，如瓦斯泄漏、頂板事故、冒水事故等。因此，智能技術(shù)還需要進(jìn)一步的研發(fā)和改進(jìn)，以保障我國煤炭開采安全。

1煤礦智能化開采的概念

近年來，隨著人工智能技術(shù)的發(fā)展，智能算法不斷更新，推進(jìn)了煤礦智能化開采的發(fā)展。煤礦智能化開采是煤礦機(jī)械化和自動化開采的重要延伸，其強(qiáng)調(diào)的是實(shí)現(xiàn)煤礦的無人化開采。智能化開采技術(shù)就是要使機(jī)電設(shè)備具有一些人的思維，對周圍的開采環(huán)境有識別并做出相應(yīng)處理的能力。通過這種方式，逐漸減弱人在煤礦開采中所發(fā)揮的作用，并保證設(shè)備能自動運(yùn)行。換句話說，智能化開采的本質(zhì)就是給機(jī)電設(shè)備裝上一個“大腦”，使機(jī)電設(shè)備具有思考的能力，將原來由人操作的過程改為由電腦控制。煤礦智能化開采的關(guān)鍵在于，設(shè)備上的控制程序?qū)τ诿旱V井下復(fù)雜環(huán)境的適應(yīng)性。因此，要實(shí)現(xiàn)煤礦的智能化開采并不是一件容易的事情，一方面，要進(jìn)行智能算法的開發(fā)，使其能適應(yīng)井下復(fù)雜的生產(chǎn)環(huán)境;另一方面，要開發(fā)相應(yīng)的設(shè)備，例如傳感器和微處理器等。煤礦智能化開采的主要目的是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)環(huán)節(jié)的智能化決策和自動化運(yùn)行，主要工作崗位實(shí)現(xiàn)無人化。

2煤礦智能化開采的現(xiàn)狀

近年來，伴隨著我國的煤礦智能綜合采礦技術(shù)發(fā)展迅速，煤炭行業(yè)綜合智能采礦技術(shù)不斷取得進(jìn)步和突破。在實(shí)際應(yīng)用中，其工作主要基于記憶切割設(shè)備和配套的自動跟機(jī)設(shè)備，并且結(jié)合遠(yuǎn)程視覺監(jiān)控設(shè)備和智能控制系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)對設(shè)備的遠(yuǎn)程智能控制。將這種智能化技術(shù)應(yīng)用于煤礦綜采工作時，其有效的確保了綜采工作面的連續(xù)性，高效性和安全性。除此之外，智能采礦是煤礦智能的核心。目前，中國有四種智能采煤模式：薄及中厚煤層智能化無人開采模式，大采高工作面智能耦和人機(jī)協(xié)同高效開采模式，綜放工作面智能化操控與人工干預(yù)輔助放煤模式，復(fù)雜條件機(jī)械化+智能化開采模式。以山東能源棗礦業(yè)集團(tuán)為例，其應(yīng)用的智能煤礦開采技術(shù)的主要指標(biāo)目前已處于世界領(lǐng)先水平，究其技術(shù)應(yīng)用，主要采用了計(jì)算機(jī)綜控的智能綜合遠(yuǎn)程開采生產(chǎn)模式。不僅如此，整體采礦機(jī)械的發(fā)展促進(jìn)了煤炭開采公司向智能采礦的發(fā)展，促進(jìn)了生態(tài)環(huán)境保護(hù)，高效和密集的能源利用，并促進(jìn)了整體煤礦開采模式的轉(zhuǎn)變。

3煤礦智能化開采的關(guān)鍵技術(shù)分析

3.1地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)

由于煤礦開采是在地層中進(jìn)行的，從巖層中準(zhǔn)確識別煤層是十分關(guān)鍵的。在識別時，不僅要識別煤層的具體位置，還要識別煤層的厚度，以便為調(diào)整液壓支架的高度提供參考。如果識別煤層出現(xiàn)較大的偏差，則會導(dǎo)致采煤機(jī)的截割高度不準(zhǔn)確，出現(xiàn)截割巖層的情況或大量煤炭資源被遺棄在采空區(qū)中。因此，地質(zhì)雷達(dá)技術(shù)是智能化開采成功實(shí)施的關(guān)鍵。工作面內(nèi)的照明條件差，粉塵濃度高，很難采用視頻監(jiān)控技術(shù)來識別煤層信息，只能采用紅外成像技術(shù)來識別煤層信息。這就要求采用的紅外技術(shù)具有極高的靈敏度，能區(qū)別煤層熱性質(zhì)比較相似的巖層。與此同時，還應(yīng)該采用一些其他輔助技術(shù)，對工作面周圍的地質(zhì)構(gòu)成進(jìn)行三維成像，從而方便準(zhǔn)確地開采煤層。

3.2智能探測技術(shù)

在煤礦開采過程中，智能探測技術(shù)主要有煤巖分界技術(shù)、煤矸放落自動識別技術(shù)、超前探測技術(shù)。1）煤巖分界技術(shù)。這項(xiàng)技術(shù)使用單個天線和多普勒雷達(dá)的脈沖發(fā)送和接收信號。當(dāng)工作信號接觸煤巖層時，該信號將減弱并反射回發(fā)射區(qū)域。這樣可以區(qū)分煤層和巖石層。在判斷過程中，人們通過反射波的波長和頻率來判斷煤與巖石之間的界面，但是反射波的波長和頻率將受到透射波和煤層厚度的影響。2）煤矸放落自動識別技術(shù)。煤矸放落自動識別技術(shù)可以分析煤層礦物的組成，該技術(shù)實(shí)際上利用飛秒脈沖產(chǎn)生的電場來分析和識別礦石層的材料結(jié)構(gòu)。在實(shí)際的應(yīng)用過程中，該技術(shù)一直存在操作問題。3）超前探測技術(shù)。該技術(shù)精確度較高，使用范圍也較廣。它不用事先對物質(zhì)的成分進(jìn)行分析，在多種條件下都能夠使用。

3.3設(shè)備故障診斷技術(shù)

在煤礦智能化開采過程中，需要用到的電子元器件非常多。由于井下惡劣的工作環(huán)境，很容易出現(xiàn)一些元件被損壞或失效的情況。而電子元器件的維修過程十分麻煩，很難通過肉眼識別故障。為此，需要智能化設(shè)備具有一定的故障診斷功能，發(fā)生故障時能及時報(bào)警，并提示發(fā)生故障的位置，以便及時維修。雖然現(xiàn)在也有一些故障診斷技術(shù)，但是診斷也是需要數(shù)據(jù)庫才能準(zhǔn)確識別故障的。而智能化開采剛剛處于起步階段，很難建立可供參考的故障數(shù)據(jù)庫，這就形成了一種矛盾。

4煤礦智能化開采發(fā)展趨勢

中國煤炭智能化階段的目標(biāo)是：到2020年，建成100個初級智能示范煤礦。到2025年，所有大型煤礦將基本實(shí)現(xiàn)智能化。機(jī)械智能是礦山綜合開采技術(shù)的重要突破，對提升煤礦工業(yè)和煤礦綠色開采具有重大的現(xiàn)實(shí)意義。同時，要引進(jìn)大批專業(yè)人才，與時俱進(jìn)，加快促進(jìn)產(chǎn)業(yè)升級。目前，我國煤炭開采設(shè)備單一，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，難以在狹窄的工作面進(jìn)行作業(yè)。為了滿足實(shí)際采煤需求，煤炭開采設(shè)備要朝多元化方向發(fā)展。例如，安裝可以進(jìn)行人工智能處理的傳感器，并通過數(shù)據(jù)處理模塊計(jì)算采煤機(jī)的工作位移，以將數(shù)據(jù)輸入模型中進(jìn)行自主開采;引進(jìn)智能化的采礦機(jī)器人，逐步取代人來全面進(jìn)行采礦工作，從而節(jié)省人力和物力。最后，還可以引進(jìn)先進(jìn)的超聲技術(shù)。與傳統(tǒng)的探測方法相比，該技術(shù)的應(yīng)用簡化了工作環(huán)節(jié)并減少了工作量。

結(jié)束語

煤礦智能化開采是煤礦機(jī)械化和自動化開采的重要延伸，其強(qiáng)調(diào)的是實(shí)現(xiàn)煤礦的無人化開采。智能化開采的本質(zhì)就是給機(jī)電設(shè)備裝上一個“大腦”，使機(jī)電設(shè)備具有思考的能力，將原來由人進(jìn)行操作的過程改為由電腦的程序控制。因此，要