关于智能化煤矿掘进技术应用的研究

关于智能化煤矿掘进技术应用的研究

郑雷

陕西建新煤化有限责任公司  陕西省延安市  727300

摘要：进入新时代，在我国快速发展下，煤炭资源日益削减，这将为我国经济的进展带来很多不稳定的因素。智能化掘进系统是智能化开采的关键系统之一。为此，需要构建安全可靠的智能化掘进系统。重点分析了智能化掘进系统的功能和实现。在系统功能方面，重点介绍了惯性导航系统、中央控制单元、数据采集与传输系统、远程控制系统；在系统的实现方面，重点分析了可视化系统、传感系统和软件系统的实现。此次研究可以为煤矿智能化掘进技术的应用提供一定的参考。

关键词：智能化开采；掘进技术；远程控制系统

引言

煤炭在中国的能源结构中占比最大，是中国经济快速发展的重要保障。巷道掘进工作是工作面布置的重要基础工程，很容易受到陷落柱、断层、采空区等地质环境的影响，如果操作不当，就可能需要大量的后期维护费用，给煤矿生产带来无法估计的损失。随着智能化技术的诞生，煤矿掘进技术有了进一步提升，使煤矿掘进效率大幅度提高，同时降低了安全事故的发生率，保障煤矿绿色、稳定发展。

1掘进技术概述

对煤矿掘进技术的历史回顾可以揭示这一领域的深厚传统和创新历程。在过去的几个世纪，煤矿开采一直依赖手工掘进方法。这种方法要求矿工亲自挖掘煤炭，然后人工运送到地面。尽管这些矿工辛勤工作，但生产效率依旧低下，而且劳动强度大，存在重大安全风险。随着时间的推移，人们开始寻求更高效、更安全的掘进方法。

现代掘进技术的兴起实现了煤炭行业的巨大飞跃。采煤机、长壁放顶煤技术（见图1）等机械化和自动化技术的引进，使煤矿掘进变得更加高效和可控。采煤机能够以更快的速度、更高的效率和更低的风险从煤层中开采煤炭。长壁采煤技术则通过连续的煤层开采，实现了高产量产煤，并减少了资源浪费。这些现代技术的应用不仅提高了生产效率，还改善了工作环境，降低了事故风险，为煤矿掘进领域带来了新的希望。

然而，尽管现代掘进技术带来了巨大的好处，但仍然面临一些挑战和限制。随着浅层煤炭资源逐渐枯竭，煤矿开采的深度与难度增加，地质条件更加复杂，这需要采用更先进的技术来适应这些挑战。此外，现代煤矿掘进带来的环境问题也需要得到更多的关注。因此，对当前煤矿掘进技术进行全面了解，包括传统技术的局限性和挑战性，对于引导未来的技术创新和发展至关重要。

图1长壁放顶煤技术

2智能化煤矿掘进技术应用的研究

2.1传感系统

传感系统由惯性导航系统、里程组合及视觉成像系统组成。惯性导航系统使用高精度陀螺仪和加速度计，自主获取掘进机车身姿态方位信息，能够在煤矿巷道内实时准确测量掘进机动态位置数据。a)惯性导航系统提供航向、横滚、俯仰数据并上传至远程监控系统，通过组合激光测距传感器等传感设备，获取三维姿态定位。b)惯性导航系统能够提供掘进机在前进方向和左右方向的状态变化，横向和俯仰精度均为0.1°。c)惯性导航系统与传感网络技术相结合，完成掘进机截割头轨迹模拟监控，并上传至操作台和地面监控中心，实时掌握掘进过程中设备与工作面的各种参数信息。通过惯性导航系统、激光测距传感器及行走转速传感器的传感网络技术结合，对掘进机姿态、行进距离及位置偏移进行监测，实现机身位置纠偏、行走自主调直功能，累积进尺。通过在巷道内布置激光标靶，捕获巷道掘进方向激光靶点。摄像仪实时拍摄机身后方激光标靶的图像，结合机身姿态、方位等参数获取掘进机相对于巷道的偏移量。

2.2煤矿巷道掘进远程智能监控技术

掘进工作面智能化程度与掘进机远程监控技术有着十分密切的联系，许多学者针对煤矿综掘工作面悬臂式掘进机远程监控存在实时数据采集传输难、控制系统适用性差的问题进行了研究。基于可编程计算机、工业计算机、Linux操作系统与矿井环网，提出了一种适用于悬臂式掘进机的远程监控系统，该系统在实际应用中具有良好的可靠性、适应性。基于机载可编程控制器、机载传感系统、视频监控系统及工控机，设计了一种用于对掘进工作面悬臂式掘进机的实际状态与参数进行实时监控的系统，并构建了一种用于对各种掘进机位姿检测精度进行验证的高精度掘进机位姿检测验证系统。提出了一种基于虚拟现实技术的煤矿掘进机器人虚拟仿真与远程控制系统，设计了一种基于DSP（Digital Signal Processing，数字信号处理）的悬臂式掘进机控制系统，对掘进机实际状态进行数据收集并进行计算，与外部设备进行实时信息传输，并将数字孪生驱动与虚拟仿真技术融合，结合悬臂式掘进机模型，设计了数字孪生驱动的悬臂式掘进机智能操控系统，为煤矿巷道掘进工作面掘进机智能远程监测与控制技术的研究提供了极具创新意义的思路。基于5G无线网络或WiFi 连接技术，研究了综掘机可视化远控智能控制技术，对实现巷道智能化掘进可视化操作有着重要意义。

2.3智能截割控制技术要点

通常情况下，矿区地质条件比较复杂，掘进机在施工过程中经常遇到煤矸石、半煤岩等情况，需要根据煤层的实际分布情况调整切割路径和切割参数，确保切割作业中掘进机的稳定性。目前，记忆截割控制技术、恒功率截割控制技术可以极大程度地满足地质条件相对简单矿区的生产需求。随着科技的发展，人们将智能化技术应用在采煤工作中，研究出智能截割控制技术。该技术主要利用遗传算法优化神经网络控制模式，可快速调节掘进机截割作业状态，既可以提高采煤效率，也可以保证安全。在掘进控制过程中，系统为了判断掘进机的掘进状态，会连续检测掘进机的电压和电流变化及振动情况，然后通过掘进机控制器调整掘进机姿态，实现不同情况下掘进机的自动控制。

2.4人工智能与大数据应用

煤矿高效掘进技术发展离不开大数据和人工智能的支持。通过采集、存储和分析矿井生产过程中产生的大量数据，可以发现潜在问题和机遇，提高煤矿生产决策的精准度和效率。人工智能技术在矿山生产过程中具有广泛应用前景，例如可以通过智能算法对矿井设备进行实时监测和预测维护，提高设备利用率和生产效率。同时，人工智能技术还可以应用于资源调度、煤矿安全管理、矿井废弃物处理等方面，有效提高煤矿生产的智能化和自动化水平，也为实现绿色煤矿发展提供了强有力的支撑。随着大数据和人工智能技术的不断推进，煤矿高效掘进技术的智能化和自动化发展将得到更大的推动，为煤矿产业可持续发展带来更多机遇和可能性。

结语

煤矿掘进技术的发展水平逐渐提高，并且越来越智能化、一体化及高效化。智能掘进技术的发展和应用有助于提高煤矿生产质量及效率。目前，在科技的推动下，智能掘进机的类型会越来越多，技术手段也会越来越丰富，智能掘进技术会被广泛应用在采煤工程中。煤矿企业需要结合矿区条件选择合适的技术及设备，不断提升技术水平，为企业长期、稳定、绿色发展奠定良好基础。

参考文献

［1］耿志明.煤矿井下综合机械化掘进系统智能化建设探讨［J］.矿

业装备，2022(5)：234-235.

［2］李东东.兰花宝欣煤业掘进工作面智能化建设应用探索［J］.机械管理开发，2022，37(9)：189-190.

［3］安鹏飞.矿井智能化高速掘进技术研究［J］.机械管理开发，2022，37(8)：315-316.

［4］张永.煤矿井下巷道新型掘进技术的应用［J］.江西煤炭科技，2022(4)：48-51.

［5］王晓旭.煤矿高效掘进技术现状与发展趋势研究［J］.石化技术，2019，26（11）：383-384.

［6］张修成，焦清志.煤矿高效掘进技术现状与发展趋势分析［J］.工程技术研究，2019，4（17）：214.