浅谈煤矿开采智能化建设之路

浅谈煤矿开采智能化建设之路

王克济

甘肃华亭煤电股份有限公司 甘肃省平凉市

摘要：煤矿作为我国主要化石能源之一，是我国工业生产中不可缺少的部分，在我国国民经济中有着举足轻重的地位。但尽管如此，一直以来煤矿开采工作的艰难都是众所周知的，也因此为煤矿业的更好行径和发展造成了诸多困扰，但随着自动化、互联网、物联网、人工智能等高科技技术的诞生和日新月异，又为煤矿业的前进提供了新思路和一些可能。基于此，本文笔者结合自身工作经验，分析了当下煤矿开采智能化建设的必要性和必然性，并对煤矿开采智能化建设之路给出了一些思考，希望能对煤矿业的更好建设和发展提供帮助。

关键字：煤矿；开采；智能化

一、煤矿开采智能化建设的必然性和必要性

（一）必然性

从我国成立之初至今，煤矿业的年生产量都占我国一次能源生产的七成左右，但一直以来由于煤矿开采的特殊性，致使其在很长一段时间内都是以传统的方式进行，因而在一定程度上制约了煤矿开采工作的大力突破和快速推进。而上个世纪末期，由于美国和德国在开采技术上使用智能化进行尝试和创新，使得其自动化水平和开采效率得到了极大地提升，为世界煤矿开采工作展示了新的突破、提供了新的路径，而我国在吸收了国外的先进技术和思想理念以后，也积极地投身到自己的煤矿智能化建设之中，经过几十年的建设和摸索，目前我国在煤矿开采智能化建设方面也取得了极大的进展，这些进展不论是在经济效益还是在社会效益等方面都有所体现，且随着我国大数据、云计算、5G网络、工业机器人等技术的出现和深度融合，更是为我国煤矿开采工作的进一步智能化奠定了基础、提供了可能，而现下生产技术和生产方式变革是大势所趋，所以煤矿开采的智能化建设存在其必然性。

（二）必要性

据相关数据显示，截止2020年底我国煤矿约为4700处，其中开采深度超过600米的大约有300多座，开采深度超过800米的约近200处，而1000米以上的约有47，由此可以看出，我国深部矿井的数量还是比较多，且要知道煤矿的深度越深其受到地质灾害的风险就越大，因为当矿井的深度增加时，其岩石的应力、构造应力、温度、水压等都会不断加大，而这些的变化极大可能会诱发岩体物理性质的变化，一旦超过了岩体的最大可承受范围，则极易发生地质灾害，且不论是地质灾害还是温度过高，对于人工开采来说都是极大的威胁。此外，高瓦斯、低煤岩渗透性等问题也同样让人担忧，所以由此可见，煤矿开采工作隐忧的地方众多，而智能化技术在煤矿开采中的应用，在一定程度上可以减少甚至是解决这些问题，为煤矿开采的相应安全提供保障，所以煤矿开采的智能化建设存在其必要性。

二、煤矿智能化开采建设路径

（一）煤矿智能化开采存在的问题

煤矿的生产其最为核心的步骤就是开采，那么同理，对于煤矿智能化发展来说其最为核心的也必然是煤矿开采的智能化。但由于煤矿开采的环境复杂、工序繁多，因而目前大部分的智能化开采还是属于一种半智能化的阶段，想要完全实现无人开采的模式，还需要补齐短板。具体表现在：第一，信息的可靠传输和精准导航、定位等问题。由于煤矿开采，特别是深部煤矿开采，其本身处于地下，环境复杂，因而在智能化环境搭建方面较为受限，且信号受到岩体等物质的阻隔，使得其信号的传输上大大折扣，同样的，其精准定位和导航方面也会受到极大的影响；第二，帮助决策和实现智能控制的问题。由于煤矿开采过程中事故发生高频且责任重大，因而对于煤矿开采智能化的实现更多的是希望能被帮助决策或者实现控制，但又因为其煤层厚度、掩藏走向等不明，使得对其实现智能化预测和实时控制存在极大困难；第三，协同作业和设备的自动化检修存在问题。虽然现在工业上出产了许多机器人帮助协同生产，但有别于其他生产，煤矿开采属于井下作业，因而存在信号传输差、网络负载重等情况，使得协同作业以及自动化检修在地下的大部分条件下都成为枉然等等。

（二）煤矿开采进一步智能化建设路径

1、在信息可靠传输方面

由于地下信号受到空间、磁场等因素影响，使得其在可靠传输上大受影响，虽然目前也用了多种传感和探测技术，如地质雷达、高光谱煤岩识别、红外热成像等等，但这些技术还是受到技术壁垒的制约，致使其在使用中不能完全发挥效能，因而针对于此种现象，笔者认为可以借助于5G技术的传输速度快、低功耗、可靠性高等特征进行尝试，进而改变地下作业关于可靠性的影响，目前我国也在做这方面的尝试，据悉效果明显。

2、精准导航和定位方面

由于地下环境信号的原因，使得卫星等设备难以进行辅助和跟踪，但得益于互联网技术的日益发展和完善，目前在导航和定位上主要依赖GIS地理信息系统以及RFID的多种算法，使得其在地下也成为可能，但尽管如此，井下高精度定位以及导航避障等方面还有所欠缺，需要进一步加强，因而笔者认为后期可以在5G技术的加持下，向着局部精准定位以及智能掘进的方向发展。

3、智能化决策和控制方面

智能化决策和控制问题的不易解决，主要是由于数据不完整、平台缺失的原因造成的。因为当前所采用的探测技术大多为间歇性静态探测，因而使得数据缺乏连续性和动态性，而大数据平台的构建需要大量的数据作支撑，但当下数据的存储上存在形式和格式不统一的情况，致使其较难被平台所利用，且目前所开展的如振动识别、图像识别等技术在煤岩识别方面的效果并不理想，致使智能化手段不能很好的帮助决策和实现智能化控制，但现在是一个多技术融合的时代，因而笔者认为可以将多信息融合技术与协同作业同步进行，以帮助其向着智能化决策和控制的方向突破。

4、协同作业和设备自动化检修方面

所谓的煤矿开采协同化作业和设备自动化检修，其实质是通过工业机器人等设备完成，但要知道这些设备在很大程度上都是需要成套出装的，而成套出装的意思就是需要互联网、物联网、控制系统等多个技术模块协作进行，也就意味着高可靠、高开机率等需要为其保驾护航，如果任中一个不能很好实现，都会使之成为落空，而就目前的作业环境可知，井下机器人的许多诸如防爆、识别、通信等技术还有待进一步突破和完善，致使其在协同化作业和自动化检查方面还较为困难，但值得注意的是，除了这些以外，对于井下机器人的安全标准目前而言还没有一个统一定论，但要知道“无规矩不成方圆”，因而笔者认为要想机器人井下作业早日得以普及和实现，其安全标准的制定和落实是前提。

结语

煤矿开采的智能化建设不仅可以极大地提高煤矿开采的可视化、开采过程的透明化、开采设备的智能化、开采现场少人化等进程，还可以促使我国煤矿开采工作进一步向着本质安全的方向迈进，且当前是工业4.0时代，其的持续推进和深入发展必然会促使工业生产向着智能化方向行进，因而不论从哪方面看，煤矿开采的智能化建设都有其必然性和必要性。目前我国智能化煤矿开采场所大约有400多所，但相比于总的煤矿数量来说还是较少，还需要进一步推进和实施，而想要实现完全的智能化开采还任重道远。

参考文献：

[1]王国法,刘峰,孟祥军,范京道,吴群英,任怀伟,庞义辉,徐亚军,赵国瑞,张德生,曹现刚,杜毅博,张金虎,陈洪月,马英,张坤.煤矿智能化(初级阶段)研究与实践[J].煤炭科学技术,2019,47(08):1-36.

[2]范京道.煤矿智能化开采技术创新与发展[J].煤炭科学技术,2017,45(09):65-71.

作者简介；王克济（1992-03），男，汉族，籍贯：甘肃省兰州市，当前职务：职业卫生管理，当前职称：机制助理工程师，学历：本科，研究方向：煤矿自动化