煤矿智能化开采关键核心技术探析

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摘要：随着我国社会经济的快速发展，煤炭行业的发展速度也得到了进一步提高，但目前煤炭开采过程中还存在许多突出问题，一定程度上影响和制约了煤炭行业的发展。为解决目前煤炭开采过程中存在的问题，应当对煤炭开采工作的核心技术进行分析研究和创新，这样才能够有效地解决开采过程中的问题。本文章通过对煤矿智能化开采关键核心技术进行分析研究，提出解决对策，旨在为煤炭行业的发展提供参考。

关键词：智慧煤矿；智能化开采；关键核心技术

由于在煤炭生产和利用过程当中对环境造成了很大的危害，因此在未来的发展过程当中消除煤炭这一危害，保护环境，实现绿色发展是煤炭未来发展的主要目标。这一发展目标也要求了传统的煤炭发展方式和传统的生产模式需要进行生产的变革，实现安全高效绿色的煤炭开采。因此本篇文章通过对煤矿与智能化开采关键核心技术进行分析研究，对于煤炭行业的发展来说具有非常重要的意义。

1进行煤矿的智能化开采的重要性

（1）在世界上煤炭资源仍旧占据着非常重要的地位。随着社会经济的不断发展和进步，目前世界能源结构正在朝着新能源的方向发展，但是化石能源在整体能源结构当中还站着非常大的比重，仍在能源框架当中占据着主体的地位，发挥着非常重要的作用。就比如说在16年的全国能源使用情况的调查中，能够明显的发现传统的化石能源仍旧占据能源结构的85.5%。另外对我国的能源使用情况进行调查和显示也能够发现，从12年到16年，我国化石能源一直保持在能源结构的60%以上。有关专家也对我国能源消费情况进行了预测，明确了在未来20年左右化石能源的消耗地位是无法进行改变的。（2）在化石能源开采过程当中面临着非常多的难题，存在着巨大的挑战。在我国化石能源开采过程当中，大多煤矿还是按照矿井开采为主要的开采方式来进行煤矿的开采工作，但是许多煤矿内部的构造十分复杂，不仅包括煤矿，还存在着许多地下水，瓦斯，煤尘，顶板等自然灾害问题，这些问题不仅影响着能源的开采工作，而且这些问题的存在对于人员在进行煤矿开采工作来说也产生了巨大的安全威胁。就在2019年上半年，全国煤矿企业共发生事故67起，死亡108人。其中：安全生产事故66起，死亡103人；意外事件1起，死亡5人。随着社会经济的不断发展，煤矿安全问题以及煤矿事故受到越来越多人的关心和重视，这也对煤矿开采工作提出了更高的要求，许多煤矿也因此对生产技术和开采方式进行了提升和变革，以此来减少煤矿开采过程当中事故的发生，提高煤矿开采的安全性。

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张家峁煤矿智能化工作面开采实践。陕北矿业张家峁公司是陕煤集团陕北矿区规划的一个智慧矿井示范点，14210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：14210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：14210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14210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。智能设备对采场环境的适应性：14210工作面在初采期间，80～174架底板较软，液压支架的智能系统未能很好适应环境，导致连续5天左右支架下扎，造成工作面大脚前煤泥多，自动拉架控制实现效果较差，整个智能化运转受影响。因此，智慧煤矿和智能化开采的关键核心技术需要在实践中不断探索和优化。

3在智慧煤矿和智能化开采过程中提出以下几点解决对策

为了促进智慧煤矿和智能化煤矿的开采，提出以下几点解决对策。（1）提高数据的获取和利用率，在煤矿开采的工作面，利用精度较高的仪器和设备，构造更加完善的数字化模型来获取相关的数据。充分利用所获取的数据在井下对设备进行精确的定位和导航。（2）使设备拥有智能决策的能力。提高设备的自主学习能力，这样能够有效地提高设备的智能化开采水平和效率。（3）对技术设备进行研发。对于一些关键性技术进行攻克，对于不适合进行煤矿开采的设备，或者是已经落后的设备进行淘汰，选用更加先进的设备进行煤矿的开采工作。对传统的煤矿开采方式和生产模式进行改革。应用智能化一体化的开采方案来进行煤矿的开采，这样也能够解决市场发展不平衡的问题。

4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。

参考文献：

[1]王国法,王虹,任怀伟,赵国瑞,庞义辉,杜毅博,张金虎,侯刚.智慧煤矿2025情景目标和发展路径[J].煤炭学报,2018,4302:295-305.

[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].中国矿业大学学报,2018,4703:459-467.

作者:段志强 单位:陕煤集团神木张家峁矿业有限公司