智慧煤矿与智能化开采核心技术分析

智慧煤矿与智能化开采核心技术分析
摘要：煤炭依旧是未来很长一段时间内的能源结构中占据主要地位。

我国经济
的增长离不开能源的支撑，我国是煤炭能源生产大国，也是煤炭能源消费大国，
只有发展智能煤矿，不断提高煤矿能源的开采技术，我国才能转变为煤炭能源利
用大国。

近年来我国在智慧煤矿领域取得了不少的成就，建设完善了智能煤矿基
础设施，希望形成全新的煤矿产业链。

本文将简要介绍智慧煤矿的基础与建设平台，并分析煤矿智能化开采关键技术，寻找智能煤矿开采技术的发展路径。

关键词：智慧煤矿；智能化开采；关键开采技术
1智能煤矿与智能煤矿的平台建设
1.1智能煤矿内涵
智能煤矿的概念是基于目前社会热点名词：大数据、人工智能等发展而来的，发展智能煤矿其实就是将这些先进的智能理念融入到煤矿产业链中，使煤矿勘测
技术更精密、煤矿开采技术更高效、煤矿利用率更高，煤矿更安全、节能。

自动
控制和绿色安全是智能煤矿的主要特点，实现智能煤矿，需要记住三点：第一，
克服多元异构数据和煤矿信息的动态管理按问题；第二，克服开采系统与智能控
制的问题；第三，重视煤矿设备维护检修。

智能煤矿概念的提出将为能源发展拓
展更多的可能性。

1.2智能煤矿基础设施建设
智能煤矿想要发展，首先需要以智能煤矿概念为指导进行智能煤矿的相关基
础设施建设，创建智能煤矿工作平台。

智能煤矿有八大基础平台，这里笔者做些
简要介绍。

第一个基础平台是MOS(智能煤矿多系统综合管理操作平台)平台，MOS的主要作用是协同其他设备完成对煤矿的感知、数据采集等任务。

由于
MOS的"监控"作用，在建设MOS平台时需要特别注意数据的管理传输。

第二个
基础平台是通信管理平台，通信管理平台主要实现的功能是智能煤矿设备间的指
令传送，是智能煤矿实现精准控制的基础。

所以在建设通信管理平台是一定要注
意防干扰。

第三个基础平台时动态信息管理平台，该平台需要在MOS和信息管
理平台的基础上建设，是实现矿井挖掘数据实时更新和分析的重要手段。

第四个
基础平台是远程操作平台，远程操作平台是智能煤矿的安全壁垒，其视频增强技
术和压缩技术能够提供给人们良好的地下视野，反应矿内环境，及时预警。

第五
个基础平台预警系统，预警系统主要负责智能煤矿的安全工作，通过智能分析矿
内各种危险源来提前预知危险，能大大提高矿井内的安全程度。

第六个基础平台
是无人操作管理平台，煤矿开采过程中很多危险的工作在智能煤矿这里是要用机
器人代替的，无人操作管理平台的主要任务就是代替人工。

第七个基础平台机器
人群协同管理操作平台，该平台主要应用传感技术实现井下机器人群的控制。

第
八个基础平台是矿金设备管理平台，主要任务是实现矿内设备的维护和检修。

这
八个基础平台是智慧煤矿的重要基础设施，同时也为智能化开采技术提供基础便利。

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。

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在开采的过程当中应用智能探测技术
在煤矿开采过程当中的智能探测技术主要分为3种。

(1)煤岩分界技术。

该技
术是利用单天线和多普勒雷达的脉冲来进行信号的发送和接收，工作信号在接触
到煤岩层的过程当中信号会减弱，而且会反射回发射区域。

通过这一方式就能够
将煤层和岩层进行区分。

在判断的过程当中，通过反射波的波长和频率来判断煤
层和岩层的分界面，但是反射波的波长和频率会受到发射波的影响，也会受到煤
层厚度的影响。

(2)煤矸放落自动识别技术。

煤矸放落自动识别技术能够对煤层矿
物质的成分进行分析，但是该技术在实际操作过程当中一直存在着技术方面的难题。

该技术实际上是利用飞秒脉冲产生的电场来对矿层的物质结构进行分析和鉴定，在实际的应用过程当中，由于技术难度较大，因此很难进行操作。

(3)超前探
测技术。

该技术在使用过程当中的精确度较高，能够得到较为精确的结果，也不
用事先对物质的成分进行分析，使用范围也较广，在多种条件下都能够进行使用。

2.3在进行开采工作时，设备故障自动化处理过程中存在的问题
在煤炭进行自动化智能开采的过程当中，保障设备能够连续自动的进行开采，设备能够可靠的进行运转是自动化智能开采的核心内容。

然而在实际的开采过程
当中难免会出现设备的故障，在设备发生故障时，能够发现设备故障的原因，及
时的进行自动化处理，保持设备正常稳定运行是自动化开采过程当中技术上的难题。

在以往的自动化智能开采过程当中，一般是针对某一设备的某一故障问题进
行有针对性的研究，然后设计相关的技术来解决这一问题，但是对工作面可能出
现的问题以及自动化处理没有进行过深入的分析和研究。

这种情况也严重影响了
设备故障自动化处理的发展，也限制了智能化煤矿开采的进步。

2.4某煤矿智能化工作面开采实践
某煤矿规划的一个智慧矿井示范点，某综采工作面是该矿的第一个智能化工
作面。

在工作面开采过程中就遇到了上述所遇到的导航定位的准确性、煤岩探测
局限性、智能化设备的故障处理的及时性以及智能设备对工作面环境的适应性等
问题。

导航准确性：该工作面巷道的规划和掘进方向时通过通过GIS地理信息的
系统导航来实现的定位和导航，由于受精度不够高和井下磁场的影响未能准确定位，使得工作面巷道有部分地段巷道不直、高低落差较大，为工作面的推采造成
一定影响。

煤岩探测的局限性：工作面煤机上采用了煤岩分离技术来保证煤机不
割顶割底，从而保证煤质，在生产过程中由于煤层中有3层夹矸和煤层的赋存有
小幅起伏导致信号传递的缺失和减弱，以至于在推采过程中不能够有效的对煤岩
探测。

智能化设备故障处理及时性：由于综采工作面智能化设备在出现故障时未
能够准确及时的反映出问题的原因和故障点位置，在推采60m时由于智能设备故障未能及时排查和处理，影响48小时。

因此智能化设备故障排除的及时性是制
约工作面的高效生产的一个因素。

结束语
综上所述，对于煤炭行业的发展来说，智慧煤矿的发展和建设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设过程当中，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。

参考文献：
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