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摘要：為了進一步提升開采的效率和安全性，煤礦開始發展智能化開采技術。智能化開采現在還處于起步階段，很多關鍵問題還未得到解決，因此，認識智能化開采的發展現狀十分重要。分析了煤礦智能化開采的發展現狀及面臨的問題，并探究了智能化綜采工作面設計的關鍵技術。

關鍵詞：煤礦開采；智能化；綜采工作面；關鍵技術

煤炭是中國的主要能源，保證其安全高效開采具有十分重要的意義。經過多年的發展，煤礦開采技術實現了由炮采向綜采的轉化，開采效率和安全性大幅度提高，例如工人的效率大幅度提高、百萬噸死亡人數大幅下降。為了響應國家節能減排的號召和進一步提升煤礦生產的效率及安全性，煤礦企業開始研究智能化開采技術[1-2]。所謂的“智能開采技術”，就是在綜采技術的基礎上，實現無人化及自動化開采。然而中國現在還處于智能化開采的初級階段，很多技術還有待突破。因此，認識智能化開采的發展現狀及智能化綜采工作面設計的關鍵技術是十分必要的。本文將圍繞智能化開采的發展現狀和智能化綜采工作面的初步設計展開論述。

1智能化開采發展現狀及面臨的問題分析

1.1智能化開采發展現狀分析

隨著人工智能技術的快速發展，現在已經進入了人工智能時代。為了緊跟時代的潮流，煤礦行業也要實現智能化開采。所謂的“智能化開采”，就是自動化開采的高級階段，通過機械的自我學習而實現開采的自動化和智能化。智能化開采減少了煤礦開采過程中人的參與，煤炭資源開采的效率更高且更安全，體現了科學技術對于生產力提升的作用。經過多年的發展，中國的煤礦開采由最初的手工作業（炮采）、半機械化（普采）以及現在的完全機械化（綜采），正在向自動化開采轉化。目前，只有薄煤層實現了自動化開采，而對于厚煤層，還未實現開采的自動化。現在越來越多的煤礦應用了傳感器，中國煤礦已經具備了實現自動化開采的能力。需要區分的是自動化開采和智能化開采這兩個概念，自動化開采強調機電設備按照預定的軌跡運行，而智能化開采要求設備按照實際情況選擇最優的軌跡運行，顯然智能化開采更高級[3]。從自動化開采過渡到智能化開采至少需要10～20a，因此可以說，中國的智能化開采還處于初級階段，很多技術還處于摸索中。

1.2智能化開采面臨的問題分析

雖然很多煤礦已經基本實現了信息化，但是這對于智能化開采來說還遠遠不夠。智能化開采不僅僅注重一些智能算法的開發，更注重的是硬件設備。與此同時，煤礦智能化開采還需要大量的信息化專業方面的人才，但是這個條件很多煤礦不具備。不僅煤礦企業缺少智能化方面的人才，其他企業也缺少相關方面的人才。這些因素導致煤礦智能化開采進展比較緩慢。用于煤礦井下智能控制的硬件設備還不成熟，主要是因為煤礦井下環境惡劣，例如溫度高、粉塵多以及電磁干擾強。沒有穩定可靠的硬件設備，就難以實現智能化開采這種精確的控制。現在設備的生產廠家很多，但是在采集數據時使用了不同的信號傳輸協議，導致在使用時需要進行數據轉換，給設備的集中控制帶來了巨大的障礙。考慮到井下設備使用的安全性，不得不進行防爆設計，這也會在一定程度上對設備的運行造成干擾。在進行智能化開采時，需要解決的問題主要有以下幾方面：a)采煤機的定位和工作面的自動調斜。準確的采煤機定位是實現智能化開采的前提條件，如何使采煤機以限定的準確的厚度進行切割，這是一個需要解決的問題。同時，為了保證支架和刮板機的受力處于平衡狀態，需要使工作面與液壓支架保持平行。b)穩定、高速、抗干擾的網絡信息傳輸平臺。在智能化開采過程中，需要不斷地采集周圍的環境信息來進行控制，如何穩定、可靠地傳輸這些信息是一個非常重要的問題。c)對數據庫技術的開發和建設。智能化綜采工作面井上和井下的傳輸數據量龐大，包括監測數據、圖像、語音和視頻數據等，其需要更復雜、更精準的處理手段，以實現對工作面信息的查詢分析和應用。

2智能化綜采工作面初步設計

2.1智能化綜采工作面系統

與傳統的綜采工作面不同的是，智能化綜采工作面更加復雜，需要控制的信息和設備也更多。智能化綜采工作面由多個智能控制子系統組成，如圖1所示[4]。由圖1可知，智能化綜采工作面主要由工作面定位系統、圍巖控制系統及運輸控制系統組成，包含井下定位、井下視頻、裝備操作和機器人控制4個基礎平臺，其實現的關鍵在于智能化開采的成套設備。由此可見，要實現智能化開采，就要突破各種關鍵的控制技術。信息傳輸和處理是智能控制所要用到的核心技術，而各種硬件設備是實現控制的基礎。智能化開采可以實現遠程在線控制和自動化控制，具有較高的效率。

2.2智能化工作面設計的關鍵技術

井下設備位置、運動狀態以及姿態的測量是實現智能化開采的基礎。為此，需要對工作面三維成像、井下高清視頻圖像的獲取以及綜采設備實時位置和運動狀況的監測等方面進行研究。工作面三維成像是為了實時了解工作面的實際開采情況，這個過程通常需要采用先進的三維激光掃描來完成。由于工作面附近的粉塵濃度過高且光線比較暗，必須采用具有很強防塵能力的鏡頭和低亮度感光元件，通常可以采用CCD元件的感光元件。井下衛星定位信號比較弱，很難對設備進行定位，為此采用慣性導航的方式來進行綜采工作面的定位。穩定的圍巖控制是實現安全開采的根本，這就要求液壓支架具有足夠的工作阻力。為此，需要對液壓支架與圍巖的自適應控制、采煤機的自適應控制進行研究。為了使液壓支架與圍巖具有一定的自適應能力，需要液壓支架能對工作面的頂板應力進行實時的測量，并對工作阻力做出調整。目前，液壓支架與圍巖相互作用的機理比較復雜，這使得對圍巖的自適應控制具有一定的難度。智能化開采的關鍵在于使綜采工作面設備具有一定的自主學習能力，能根據實際情況做出最有利的判斷。而要使機械設備具備自主學習的能力，就要使機械設備具有一個“大腦”。對于機械設備而言，“大腦”指的是微處理器和智能學習算法，而智能學習算法則是實現自主學習的關鍵。雖然現在開發了一些智能算法，例如人工神經網絡算法、模糊算法以及混沌算法等，但是這些算法都有著其特有的使用環境。

3結語

隨著智能化時代的到來，智能化開采成為煤礦行業重要的發展方向。所謂的“智能開采技術”，就是在綜采技術的基礎上實現無人化及自動化開采。然而中國現在還處于智能化開采的初級階段，很多技術有待突破。智能化開采不僅僅注重一些智能算法的開發，更注重的是硬件設備。與此同時，煤礦智能化開采還需要大量的信息化專業方面的人才，但是現在很多煤礦不具備這個條件。與傳統的綜采工作面不同的是，智能化綜采工作面更加復雜，需要控制的信息和設備也更多。智能化綜采工作面主要由工作面定位系統、圍巖控制系統及運輸控制系統組成，包含井下定位、井下視頻、裝備操作和機器人控制4個基礎平臺。

參考文獻：

［1］邢呈呈.煤礦智能化綜采工作面管理平臺設計［J］.煤礦機電，2019，40(6)：44-46.

［2］張華.煤礦綜采工作面智能化開采技術研究［J］.裝備維修技術，2019(4)：42.

［3］李首濱.煤炭智能化無人開采的現狀與展望［J］.中國煤炭，2019，45(4)：5-12.

［4］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，2018，47(3)：459-467.

作者：和蘭根 單位：山西呂梁西山德威礦業管理有限公司