煤礦智能化開采關鍵核心技術探析

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摘要：隨著我國社會經濟的快速發展，煤炭行業的發展速度也得到了進一步提高，但目前煤炭開采過程中還存在許多突出問題，一定程度上影響和制約了煤炭行業的發展。為解決目前煤炭開采過程中存在的問題，應當對煤炭開采工作的核心技術進行分析研究和創新，這樣才能夠有效地解決開采過程中的問題。本文章通過對煤礦智能化開采關鍵核心技術進行分析研究，提出解決對策，旨在為煤炭行業的發展提供參考。

關鍵詞：智慧煤礦；智能化開采；關鍵核心技術

由于在煤炭生產和利用過程當中對環境造成了很大的危害，因此在未來的發展過程當中消除煤炭這一危害，保護環境，實現綠色發展是煤炭未來發展的主要目標。這一發展目標也要求了傳統的煤炭發展方式和傳統的生產模式需要進行生產的變革，實現安全高效綠色的煤炭開采。因此本篇文章通過對煤礦與智能化開采關鍵核心技術進行分析研究，對于煤炭行業的發展來說具有非常重要的意義。

1進行煤礦的智能化開采的重要性

（1）在世界上煤炭資源仍舊占據著非常重要的地位。隨著社會經濟的不斷發展和進步，目前世界能源結構正在朝著新能源的方向發展，但是化石能源在整體能源結構當中還站著非常大的比重，仍在能源框架當中占據著主體的地位，發揮著非常重要的作用。就比如說在16年的全國能源使用情況的調查中，能夠明顯的發現傳統的化石能源仍舊占據能源結構的85.5%。另外對我國的能源使用情況進行調查和顯示也能夠發現，從12年到16年，我國化石能源一直保持在能源結構的60%以上。有關專家也對我國能源消費情況進行了預測，明確了在未來20年左右化石能源的消耗地位是無法進行改變的。（2）在化石能源開采過程當中面臨著非常多的難題，存在著巨大的挑戰。在我國化石能源開采過程當中，大多煤礦還是按照礦井開采為主要的開采方式來進行煤礦的開采工作，但是許多煤礦內部的構造十分復雜，不僅包括煤礦，還存在著許多地下水，瓦斯，煤塵，頂板等自然災害問題，這些問題不僅影響著能源的開采工作，而且這些問題的存在對于人員在進行煤礦開采工作來說也產生了巨大的安全威脅。就在2019年上半年，全國煤礦企業共發生事故67起，死亡108人。其中：安全生產事故66起，死亡103人；意外事件1起，死亡5人。隨著社會經濟的不斷發展，煤礦安全問題以及煤礦事故受到越來越多人的關心和重視，這也對煤礦開采工作提出了更高的要求，許多煤礦也因此對生產技術和開采方式進行了提升和變革，以此來減少煤礦開采過程當中事故的發生，提高煤礦開采的安全性。

2智慧煤礦和智能化開采的關鍵核心技術

2.1地下開采裝備需要具備精確的定位和導航功能。在智能煤礦和智能化開采的過程當中，精確地定位和導航，是保證煤礦順利開采正常掘進的重要保障。只有通過地下開采定位導航模型才能夠保障在實際的煤礦開采過程當中相關設備能夠對開采路線進行明確的定位和測量，設備也能夠嚴格按照路線機型煤礦的開采。但是在實際的地下煤礦開采過程當中，由于地下環境較為復雜，而且封閉的地下環境也阻擋了信號的傳遞，因此實現準確的定位和精確的導航難度較大。在目前的地下煤礦開采過程當中，一般是通過GIS地理信息的系統導航等方式來實現的定位和導航，但是該技術的應用還存在許多問題。比如說該技術的成本投入較高，而且精度不夠高，對于一些復雜磁場環境下的煤礦無法進行精確的導航。核心芯片的技術不夠高，對于局部的定位不夠準確。在井下還只能使用4G的無線通信技術，5G的高速無線通信技術還未被突破。目前在礦井下的定位系統還不夠精準。并且在井下的導航還無法對障礙進行躲避。在進行煤礦挖掘過程當中，掘進機還無法進行精確的制導。在該技術當中輔助無人駕駛系統還未進行開發。這也需要研究人員針對這些問題進行深入的分析研究，早日找到技術突破點，促進該技術的發展。2.2在開采的過程當中應用智能探測技術。在煤礦開采過程當中的智能探測技術主要分為3種。（1）煤巖分界技術。該技術是利用單天線和多普勒雷達的脈沖來進行信號的發送和接收，工作信號在接觸到煤巖層的過程當中信號會減弱，而且會反射回發射區域。通過這一方式就能夠將煤層和巖層進行區分。在判斷的過程當中，通過反射波的波長和頻率來判斷煤層和巖層的分界面，但是反射波的波長和頻率會受到發射波的影響，也會受到煤層厚度的影響。（2）煤矸放落自動識別技術。煤矸放落自動識別技術能夠對煤層礦物質的成分進行分析，但是該技術在實際操作過程當中一直存在著技術方面的難題。該技術實際上是利用飛秒脈沖產生的電場來對礦層的物質結構進行分析和鑒定，在實際的應用過程當中，由于技術難度較大，因此很難進行操作。（3）超前探測技術。該技術在使用過程當中的精確度較高，能夠得到較為精確的結果，也不用事先對物質的成分進行分析，使用范圍也較廣，在多種條件下都能夠進行使用。2.3在進行開采工作時，設備故障自動化處理過程中存在的問題。在煤炭進行自動化智能開采的過程當中，保障設備能夠連續自動的進行開采，設備能夠可靠的進行運轉是自動化智能開采的核心內容。然而在實際的開采過程當中難免會出現設備的故障，在設備發生故障時，能夠發現設備故障的原因，及時的進行自動化處理，保持設備正常穩定運行是自動化開采過程當中技術上的難題。在以往的自動化智能開采過程當中，一般是針對某一設備的某一故障問題進行有針對性的研究，然后設計相關的技術來解決這一問題，但是對工作面可能出現的問題以及自動化處理沒有進行過深入的分析和研究。這種情況也嚴重影響了設備故障自動化處理的發展，也限制了智能化煤礦開采的進步。2.4張家峁煤礦智能化工作面開采實踐。陜北礦業張家峁公司是陜煤集團陜北礦區規劃的一個智慧礦井示范點，14210綜采工作面是該礦的第一個智能化工作面。在工作面開采過程中就遇到了上述所遇到的導航定位的準確性、煤巖探測局限性、智能化設備的故障處理的及時性以及智能設備對工作面環境的適應性等問題。導航準確性：14210工作面巷道的規劃和掘進方向時通過通過GIS地理信息的系統導航來實現的定位和導航，由于受精度不夠高和井下磁場的影響未能準確定位，使得工作面巷道有部分地段巷道不直、高低落差較大，為工作面的推采造成一定影響。煤巖探測的局限性：14210工作面煤機上采用了煤巖分離技術來保證煤機不割頂割底，從而保證煤質，在生產過程中由于煤層中有3層夾矸和煤層的賦存有小幅起伏導致信號傳遞的缺失和減弱，以至于在推采過程中不能夠有效的對煤巖探測。智能化設備故障處理及時性：由于14210綜采工作面智能化設備在出現故障時未能夠準確及時的反映出問題的原因和故障點位置，在推采60m時由于智能設備故障未能及時排查和處理，影響48小時。因此智能化設備故障排除的及時性是制約工作面的高效生產的一個因素。智能設備對采場環境的適應性：14210工作面在初采期間，80～174架底板較軟，液壓支架的智能系統未能很好適應環境，導致連續5天左右支架下扎，造成工作面大腳前煤泥多，自動拉架控制實現效果較差，整個智能化運轉受影響。因此，智慧煤礦和智能化開采的關鍵核心技術需要在實踐中不斷探索和優化。

3在智慧煤礦和智能化開采過程中提出以下幾點解決對策

為了促進智慧煤礦和智能化煤礦的開采，提出以下幾點解決對策。（1）提高數據的獲取和利用率，在煤礦開采的工作面，利用精度較高的儀器和設備，構造更加完善的數字化模型來獲取相關的數據。充分利用所獲取的數據在井下對設備進行精確的定位和導航。（2）使設備擁有智能決策的能力。提高設備的自主學習能力，這樣能夠有效地提高設備的智能化開采水平和效率。（3）對技術設備進行研發。對于一些關鍵性技術進行攻克，對于不適合進行煤礦開采的設備，或者是已經落后的設備進行淘汰，選用更加先進的設備進行煤礦的開采工作。對傳統的煤礦開采方式和生產模式進行改革。應用智能化一體化的開采方案來進行煤礦的開采，這樣也能夠解決市場發展不平衡的問題。

4結語

綜上所述，對于煤炭行業的發展來說，智慧煤礦的發展和建立是該行業發展史上的一次技術革命，也是該行業進行轉型的戰略目標。在進行智慧煤礦的建立過程當中，智能化開采是非常重要的核心技術。因此在新時代的發展下，應當總結過往發展的經驗，利用目前的新技術新科技不斷提高核心技術水平。并且建立數字化的礦山，在開采的過程當中，將高效開發的技術和清潔技術進行結合和創新對管理部門進行改革，運用信息化，數字化等先進的科學技術對傳統的煤炭行業進行改造和創新。這樣才能夠實現智慧煤礦的高效綠色發展，促進煤炭行業的進步，為我國社會經濟的發展提供有利的支持。

參考文獻：

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[2]王國法,張德生.煤炭智能化綜采技術創新實踐與發展展望[J].中國礦業大學學報,2018,4703:459-467.

作者:段志強 單位:陜煤集團神木張家峁礦業有限公司