煤矿自动化智能化开采体系研究

煤矿自动化智能化开采体系研究

刘扬，

华亭煤业集团有限公司东峡煤矿  744100 甘肃省平凉市

摘要：矿井施工期间应用到的劳动力相对较多,施工过程中形成了人员相对紧密的状态。在矿井施工期间,因为地质状况等众多变性因素,造成安全问题出现,会影响到施工人员的人身安全。针对此状况,矿井开采单位需要加大科学含量较高的施工工艺的研究。并且互联网技术的持续进步,促进了矿井开采单位的自动化与智能化,形成了开采工艺与劳动保证的新型制度。基于此,本文主要对煤矿自动化智能化开采体系进行了综合的分析。

关键词：煤矿自动化;智能化开采;体系研究;

近年来，由于网络技术的不断发展，推动了煤炭行业开采技术向着更加智能化、信息化的方向发展，开创了施工技术、劳动保障等新体系。

1 智能化采煤工作面各系统的建设

1.1 采煤机智能控制系统

煤矿机的智能采集系统由机器学习和记忆系统组成，机器通过工人早先的操作，形成一个操作记忆循环后，在采集状态稳定时，后续采集的动作会重复执行早先学习的操作步骤，实现无人化、智能化采集。在采集的材料发生变化时，可以远程人为干预操作步骤，调节参数和采集速度，实现智能采集。

1.2 支架智能控制系统

支架智能控制系统采用的技术基础为电液控制支架，可以对支架的压力、位移行程、远程实时监控，在生产时为了实现智能实时跟机移动、自动对刀、根据生产情况进行补压，并实现生产数据的传输和故障分析、判断、统计、维修等功能必须采用上述的智能支架控制系统。

1.3 远程视频监控系统

通过将球机摄像头安装在液压支架上，可以实现在生产期间对各项工作装置状态的实时监控，如采煤机前后滚筒截割、支架以及煤壁等装置。并可以在输送装置上如刮板运输机、破碎装置、皮带装置等位置安装摄像头，对生产运输线进行全面监控。

1.4 工作面远程集中操控系统

工作面远程集中操控功能通过采用各种传感器、控制装置等设备实现对设备远程的控制和监控，在井下作业面时通过开关实现刮板运输机、转载机、破碎机等的开启停止以及顺序开启停止，根据工作区域的实际情况，如出现突发情况，随时可以停止采集设备的运转，保障生产人员的安全，。

1.5 工作面大数据系统

在生产时可以采集支架压力参数、对采煤机移动路线等数据进行采集和上传，并采用云技术实现对生产状态的实时监控和生产数据在全国任意一台数据设备上的实时访问和查询，保障生产的稳定安全。

2 智能化技术在煤矿开采中的应用

2.1 无人驾驶在矿山车辆中的应用

无人驾驶和自主导航技术已广泛应用于矿山车辆，实现了矿山内部物资运输的自动化，大幅提升了运输效率和安全性。这主要依靠高精度的卫星定位系统与惯性导航系统的融合，实现车辆在矿山复杂环境中的精确自主定位。同时，通过摄像头、激光雷达等传感器采集车辆周边环境信息，并将多源传感器数据融合处理，提供避障、制动等决策所需的实时环境感知能力。

2.2 传感器网络与物联网技术在矿山安全监测中的应用

传感器网络与物联网技术已广泛应用于矿山安全监测，实现对井下环境的智能化监控，可有效防范煤矿安全事故。例如，通过移动传感器网络还可实现对矿工精确定位及生命体征监测。矿工佩戴的智能终端中集成了GPS、蓝牙、RFID等技术，实现精确到米级的室内外定位，同时搭载氧饱和度、心率等医用传感器，实时监测矿工生理数据。一旦出现异常，如心率过速、血氧下降，可快速展开抢救。通过集成应用各类物联网传感技术，煤矿安全监测实现了从环境参数监测到矿工自身状态的全面感知能力。这为煤矿安全生产提供了可靠的技术保障，防范了事故的发生，保护了矿工的生命安全。随着传感器网络规模和智能化水平的不断提高，煤矿的安全监控效果还将持续改善。

2.3 数据挖掘与人工智能技术在矿山生产管理中的应用

数据挖掘和人工智能技术在煤矿生产管理中得到广泛应用，实现了矿山生产全过程的数据化和智能化。各类生产设备和系统中的传感器生成了大量实时的数据。这些多源异构的数据通过采集系统集中存储，然后通过数据挖掘技术进行清洗、整合。例如，将设备运行数据与企业ERP系统中的管理数据相关联，形成综合的全生产链数据集。在此基础上，通过机器学习等AI算法，可以实现智能预警、质量优化、设备健康管理等。例如，利用随机森林算法预测设备故障；利用神经网络算法优化产品质量；利用关联分析指导生产调度。

2.4 5G与AR/VR技术在矿山生产服务中的应用

5G网络具备高带宽、低延迟的重要特性，可以支持AR/VR设备的无缝连接，实现井上与井下一体化的远程协作。管理人员和工程技术人员在地面指挥中心佩戴AR设备，通过井下高清摄像头和传感器实时获取现场环境信息。AR设备可以覆盖此信息在管理人员的视野上，实现“透视井下”的效果。管理人员如同身临现场一样，清晰了解井下环境与设备动态，指挥矿工开展维修、建设等工作。相比传统语音指挥，AR远程指挥提高作业效率超过30%。

2.5 自动化钻孔与爆破技术在煤矿开采中的应用

自动化钻孔和爆破技术已广泛应用于煤矿开采，显著提高了掘进作业的效率和安全性。电动螺杆钻机取代了传统的人工手钻，实现了掘进钻孔的高效自动化。例如，某煤矿采用的DWL200电动钻机，采用200k W特高压电动机，最大转矩可达7500Nm，转速范围为0～1200r/min。相比手钻，这种机械钻孔效率提高了5倍以上。智能管控系统可以根据设计自动控制钻机爬行和旋转，钻探精度可控制在误差小于50mm以内。另外，自动导向系统配合激光雷达等传感器，使钻机能够自动避开障碍物，避免了人工操作中的安全风险。爆破系统方面，某智能爆破装备通过3D激光扫描自动测量矿山断面，自动计算和设计爆破炮孔分布，并使用6轴工业机器人进行自动化布置，实现了对爆破作业的智能化设计和高精度自动化实施。钻孔与爆破是煤矿开采的关键环节，自动化技术的应用极大提升了这些作业的效率和安全性，是实现煤矿安全高效开采的重要手段。随着相关装备的智能化升级，钻爆作业自动化程度还将不断提高。

3 自动化智能化开采保障措施

3.1 实施支护工艺革新，创造安全高效环境

为推动支护技术的不断完善与创新，采用注浆锚索加固技术对采煤运输通道进行加固，从而有效替代传统的支架等设备，不仅有效提高了保护性能，而且能够减少员工的工作强度，提高工作效率。

3.2 实施仓储扩容工程，提高生产缓冲能力

通过对井下仓库进行分析建模、减少工作强度，缓冲周六日双休带来的影响，使井下仓库能存储全天全负荷生产能力，井上井下仓库储存的煤可以满足至少三天的需求，为生产区域全负荷生产、提高效率以及减少工作量不减少产量、停止生产不停止运送、集体休假不停止营销创造了条件，而且推动矿井生产向智能高效的方向发展。

3.3 实施乳化液集中供液，保证液压系统清洁度

因为井下自然环境差，导致水浑浊，乳化液不纯，影响液压设备的运转，因此必须建立地面的乳化液集中统一供应站。通过远程输送装置输送配备好的乳化液，并通过高精度多过滤等操作，将乳化液输送到液压设备上，保障液压设备的正常运转。

结语

通过研究分析可知，煤矿开采过程中应用智能化与自动化技术具有提高生产效率、减少人力成本、改善安全性等显著优势。目前，这些技术已在矿山车辆自主导航、安全监测、生产管理等领域得到应用。随着科学技术的不断发展，预计未来自动化钻孔爆破技术、智能机械装备会得到更广泛使用，智能调度和优化技术也会发挥更大作用，使煤矿开采朝着无人化和高度自动化的方向快速发展，从而大幅提升工作效率和安全性。

参考文献

[1]王鹏飞.煤矿开采中机械自动化技术的应用[J].能源与节能,2023(10):222-224.

[2]续庆盛.煤矿综掘智能化开采技术研究[J].当代化工研究,2023(12):85-87.