智慧化矿山核心技术分析

智慧化矿山 核心技术分析

赵玉栋、孙国强

新汶矿业集团翟镇煤矿

摘要：经济在快速发展，社会在不断进步，我国对于能源的需求在不断增加，近年来，智慧矿山建设和智能化开采引起了广泛关注；在大数据和新型互联网技术的支撑下，煤矿开采工作正朝着智能化方向不断推进，智能化手段在煤矿开采中得到了广泛应用，该文主要是针对现在煤矿开采中所使用智能化开采关键核心技术进行分析和研究。

关键词：智慧煤矿；智能化开采；关键；核心技术

引言

煤炭是我国的主体能源，也是最经济和可清洁高效利用的能源。基于

当前世界能源格局和我国资源禀赋以及现实经济社会需求，未来相当长时

间内，煤炭仍将在世界能源结构中占较大比例，仍将是我国主体能源。在

当前第 3 次工业革命与第 4 次工业革命的历史交汇期，应用信息技术、智

能制造技术和人工智能技术发展的成果，实现煤炭安全高效绿色开采和清

洁高效利用，发展智慧煤矿成为煤炭工业发展的必由之路。我国煤炭以井

工开采为主，经过多年发展，我国煤炭综采技术装备已从依赖进口到全部

减少用人，提高生产效率，增强对煤矿生产规律的认知和保障安全生产的能力。所以，相关采煤装备和智能化水平需要不断提高。但是，由于煤矿自然条件的特殊性，不可控因素很多，象在开采过程中，水文地质条件、地质构造情况、顶底板围岩等都会出现很大变化，这些对于煤炭安全高效开采工作都会产生很大影响，因此，煤炭建设平台还是要不断进行完善，相关理论需要不断进行拓展，象灰度理论，图像识别等方法需要进行研究，同时，在实践当中进行改进，这样，才能够在未来实现智能控制决策的目的。

国产化。近 10 年来，通过智能化开采技术与装备的创新研发，突破多项关

2.3 精准地质信息系统及随掘随采探测技术装备

键技术，在薄和较薄煤层智能化综采，大采高和超大采高智能化综采以及

特厚煤层综放开采智能化技术与装备方面实现领跑。已建成一批现代化特

大型安全高效煤矿，为全面推进智慧煤矿建设和智能化开采发展奠定了基

础。围绕智慧煤矿及智能化无人开采的重大技术需求，突破行业共性核心

问题，加快智能、安全、高效现代煤炭生产体系建设成为主要目标。

1 智慧煤矿分析

智慧煤矿属于我国煤矿发展的一种新形势，也是我国煤矿行业朝向健

康、稳定发展的基础。智慧煤矿主要将各项技术融合在其中，形成一个标

准、完善的全面感知体系，形成一个数据传输通道、数据应用中心等方面

较强的服务平台。下面就对具体的内容展开了分析和阐述。（1）智慧煤矿

主要是将先进的技术融合在一起，如物联网、计算机、大数据、人工智能

技术等方面，这样可以将煤矿开采变化更加智能化和自动化，使煤矿开采

效率得到很大程度上的提升，实现安全生产的模式，为煤矿生产经济效益

的提升，给予基础性的保证。（2）智慧煤矿的发展，还符合我国现阶段对

煤矿地质信息是一种随着采掘活动在时间与空间不断发生变化的四维动态信息。精准地质信息作为掘进与开采的基础，是智能化决策的前提条件。因此开发工作面随掘随采探测关键技术及装备，实现地球物理数据和随掘随采数据的自动采集、处理和解释，建立精准四维动态地质－巷道模型，搭建多源、全方位信息透明的矿井 4DGIS 云平台，实现地质、测量及生产动态信息的一张三维电子图管理，是实现智慧煤矿的先决条件。现有的 2D 或 3D 地测“一张图”应用系统基本实了现多部门多层次的地质数据共享，专业图件动态绘制，图纸、文档和报表网络上报等，大幅提高了矿山生产管理的效率，为安全生产决策提供技术保障。但这些系统无法实现随生产推进的自动更新，无法实时、准确地反应矿井信息。目前，实现精准地质信息探测的关键是在现有三维 GIS 图形化管理平台的基础上，基于采掘过程获取的多源实时数据信息，开发工作面快速 3D 地质动态建模技术，建立具备多兼容性开放端口的透明矿井智能开采地质分析与协同管理平台，为煤矿井下智能开采提供地质保障。

环境保护的要求，有效实现绿色、环保的工作模式。另外，智慧煤矿根据

2.4 数据分析技术

开采生产的实际情况，构建了各个平台系统，例如：综合管理平台、煤矿

井下定位导航平台、矿井采掘运输信息管理平台、视频监控及三维景象平

台、危险感知报警平台、智能化无人工作系统管理平台等方面，并且各个

系统都是处于相互连接、相互影响的工作模式。这样可以为各项工作的展

开，提供相对便利的条件。

2 智慧煤矿和智能化开采的关键核心技术

2.1 地下开采装备需要具备精确的定位和导航功能

在智能煤矿和智能化开采的过程当中，精确地定位和导航，是保证煤

矿顺利开采正常掘进的重要保障。只有通过地下开采定位导航模型才能够

数据分析技术是智能化开采技术中的一项重点内容，主要是因智慧煤矿是由各项平台运行系统组成，这样看来不管是实际操作平台和技术平台等数据和信息的分析都是非常重要的。其实，在数据分析技术应用的时候，主要是利用是传感器进行数据和信息的搜集，并且根据对这些数据分析是否有用。同时，利用这些数据可以有效分析挖掘出煤矿开采的相关规律，并且将其规律应用到煤矿开采阶段，这样才能保证煤矿开开采的效率，实现煤矿智能化开采的生产模式。另外，通过利用数据分析技术可以为相关的工作人员展开各项工作，提供了相对便利的工作，准确了解开采工作中存在的问题，并且及时地进行解决，这样才能确保顺利开展各项工作。

保障在实际的煤矿开采过程当中相关设备能够对开采路线进行明确的定位和测量，设备也能够严格按照路线机型煤矿的开采。但是在实际的地下煤矿开采过程当中，由于地下环境较为复杂，而且封闭的地下环境也阻挡了信号的传递，因此实现准确的定位和精确的导航难度较大。在目前的地下煤矿开采过程当中，一般是通过 GIS 地理信息的系统导航等方式来实现的定位和导航，但是该技术的应用还存在许多问题。比如说该技术的成本投入较高，而且精度不够高，对于一些复杂磁场环境下的煤矿无法进行精确的导航。核心芯片的技术不够高，对于局部的定位不够准确。在井下还只能使用 4G 的无线通信技术，5G 的高速无线通信技术还未被突破。目前在矿井下的定位系统还不够精准。并且在井下的导航还无法对障碍进行躲避。

结语

综上所述，对于煤炭行业的发展来说，智慧煤矿的发展和建立是该行

业发展史上的一次技术革命，也是该行业进行转型的战略目标。在进行智

慧煤矿的建立过程当中，智能化开采是非常重要的核心技术。因此在新时

代的发展下，应当总结过往发展的经验，利用目前的新技术新科技不断提

高核心技术水平。并且建立数字化的矿山，在开采的过程当中，将高效开

发的技术和清洁技术进行结合和创新对管理部门进行改革，运用信息化，

数字化等先进的科学技术对传统的煤炭行业进行改造和创新。这样才能够

实现智慧煤矿的高效绿色发展，促进煤炭行业的进步，为我国社会经济的

发展提供有利的支持。

在进行煤矿挖掘过程当中，掘进机还无法进行精确的制导。在该技术当中

参考文献：

辅助无人驾驶系统还未进行开发。这也需要研究人员针对这些问题进行深

[1]谢和平，王金华，王国法，等.煤炭革命新理念与煤炭科技发展构想

入的分析研究，早日找到技术突破点，促进该技术的发展。

2.2 智能决策控制

[J].煤炭学报，2018，43（5）：5-15.

[2]王国法，张德生.煤炭智能化综采技术创新实践与发展展望[J].中国矿

工欲善其事，必先利其器，智能化煤矿建设，就是为了在最大程度上

业大学学报，2018（3）：4-12.