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　　摘要：煤炭智能化開采是煤礦發(fā)展必然趨勢，通過分析煤炭智能化開采關(guān)鍵技術(shù)、設(shè)備研發(fā)以及發(fā)展過程中存在的難題和對(duì)策等，對(duì)未來智能化開采技術(shù)的發(fā)展前景和創(chuàng)新進(jìn)展進(jìn)行了探究。

　　關(guān)鍵字：煤炭;智能化開采;關(guān)鍵技術(shù)

　　一、引言

　　隨著社會(huì)的發(fā)展和進(jìn)步，煤炭資源利用和開發(fā)不斷多大，如何采用安全、高效、低成本的采礦技術(shù)實(shí)現(xiàn)煤炭資源的開采，對(duì)煤礦行業(yè)的發(fā)展和我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)有著至關(guān)重要的作用。智能化開采的突出特點(diǎn)是智能化開采系統(tǒng)具有自主學(xué)習(xí)和自主決策功能，減少人工干預(yù)和控制，通過自身具備的感知能力、控制能力、自我調(diào)整和修復(fù)能力，實(shí)現(xiàn)環(huán)境和設(shè)別的管控、精度和準(zhǔn)度的控制以及異常故障的自我診斷與修復(fù)，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)全智能開采。近年來，煤炭智能化開采技術(shù)不斷推廣和應(yīng)用，在一定程度上取得了較好的成效，但是在關(guān)鍵技術(shù)的創(chuàng)新方面仍有所不足，如何立足煤炭行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀，結(jié)合實(shí)際技術(shù)與裝備情況進(jìn)行妥善管理成為煤炭智能化開采關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新的關(guān)鍵突破點(diǎn)。

　　二、煤炭智能化開采關(guān)鍵技術(shù)與裝備研發(fā)

　　(一)薄煤層和較薄煤層智能化開采

　　由于煤層薄的特點(diǎn)，導(dǎo)致了煤層開采空間小、環(huán)境狹窄，在一定程度上限制了各類設(shè)備的貯存以及規(guī)模，導(dǎo)致生產(chǎn)系統(tǒng)裝備功率、性能、數(shù)量方面的不足，在一定程度上導(dǎo)致了開采回采率低、成本高、生產(chǎn)連續(xù)性差等缺點(diǎn)，成為影響和制約煤炭企業(yè)發(fā)展，煤炭行業(yè)進(jìn)步的技術(shù)瓶頸。以刨煤機(jī)組為代表的薄煤層智能化開采技術(shù)曾在我國多座大型煤礦推廣和運(yùn)用，但由于該技術(shù)對(duì)于煤層賦存條件綜合適應(yīng)性較差，個(gè)別單位推廣運(yùn)用取得成績的前提是煤層賦存條件穩(wěn)定，硬度低、地壓控制簡單、頂幫條件穩(wěn)定等條件。除此之外的，由于賦存情況的復(fù)雜，均效果不佳，難以實(shí)現(xiàn)連續(xù)、穩(wěn)定開采。近年來基于滾筒采煤機(jī)的薄煤層自動(dòng)化綜采成套技術(shù)作為近年來新進(jìn)推廣的技術(shù)，基于滾筒采煤機(jī)的薄煤層無人自動(dòng)化開采技術(shù)不斷發(fā)展和更新，優(yōu)化系統(tǒng)建設(shè)，開采和生產(chǎn)，同時(shí)對(duì)自動(dòng)化控制系統(tǒng)進(jìn)行創(chuàng)新，實(shí)現(xiàn)綜合控制;采用超大伸縮比薄煤層液壓支架，實(shí)現(xiàn)小斷面、小范圍內(nèi)設(shè)備應(yīng)用效果的大大提升;采用犁式裝煤、多輪推溜的分段調(diào)斜，實(shí)現(xiàn)裝運(yùn)設(shè)備的小型化和高效化;安裝工作面智能視頻監(jiān)控，建設(shè)了安全預(yù)警系統(tǒng)，綜合智能控制中心，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程模擬、在線監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、現(xiàn)場無人操作等功能，以先進(jìn)設(shè)備小型化，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)能力和環(huán)境的極大改善。因此，克服復(fù)雜條件下的薄煤層和較薄煤層智能化開采，需要從確保克服復(fù)雜的賦存條件為基礎(chǔ)才能實(shí)現(xiàn)我國煤炭資源的綜合利用，不斷發(fā)展傳感技術(shù)，提升降噪技術(shù)，降低外部影響，確保智能系統(tǒng)運(yùn)行過程中的穩(wěn)定、可靠是智能化開采的前提。

　　(二)厚煤層大采高和超大采高智能化開采

　　厚煤層智能化開采，在配套設(shè)備上具備大型設(shè)備的入場的條件，在相當(dāng)程度上，大大提高了系統(tǒng)設(shè)備的生產(chǎn)能力。但隨著斷面的擴(kuò)大，采高的增高，對(duì)地壓管理的控制也顯得更加突出和重要。2015年前后，我國企業(yè)完成了8.2m綜采成套技術(shù)和智能化控制系統(tǒng)的技術(shù)研發(fā)和使用，在厚煤層大采高、超大采高智能化開采方面取得了重大突破和成績。技術(shù)創(chuàng)新方面，優(yōu)化了控制管理體系，將單級(jí)控制網(wǎng)絡(luò)改善為兩級(jí)控制體系實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)-設(shè)備的有效控制的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)多層級(jí)控制;完善了系統(tǒng)協(xié)議和控制機(jī)制，實(shí)現(xiàn)了配套設(shè)施的精準(zhǔn)控制和自動(dòng)化運(yùn)行。如各類精準(zhǔn)傳感器，對(duì)角度、噪聲、震動(dòng)、距離以及元素等進(jìn)行精準(zhǔn)的識(shí)別和對(duì)應(yīng)動(dòng)作的有效控制。但是，在使用過程中，在精細(xì)化控制方面，在邊幫管控方面要求和難度均有所提升。因此，厚煤層大采高和超大采高智能化開采，需要從確?？朔?fù)雜的賦存條件為基礎(chǔ)才能實(shí)現(xiàn)我國煤炭資源的綜合利用，不斷發(fā)展傳感技術(shù)，提升降噪技術(shù)，降低外部影響，確保智能系統(tǒng)運(yùn)行過程中的穩(wěn)定、可靠是智能化開采的前提。

　　(三)特厚煤層綜放開采智能化技術(shù)

　　特厚煤層主要分布在我國特大型煤礦企業(yè)，資金和技術(shù)實(shí)力雄厚，開采技術(shù)和投入相對(duì)超前，開采前景相對(duì)廣泛。特厚煤層智能化開采技術(shù)采用各類綜合先進(jìn)設(shè)備入場，操作范圍廣、生產(chǎn)規(guī)模大，在相當(dāng)程度上提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率，降低了勞動(dòng)成本。但由于特厚煤層綜放技術(shù)對(duì)頂板控制精度高，對(duì)放頂現(xiàn)場管控嚴(yán)格，當(dāng)前部分傳感器難以實(shí)現(xiàn)長時(shí)間在先對(duì)復(fù)雜的環(huán)境中穩(wěn)定運(yùn)行，頻繁故障以及處理失效也是亟待解決的重點(diǎn)問題。以兩柱式放頂煤液壓支架及自動(dòng)化放煤技術(shù)在推廣應(yīng)用中，面臨著現(xiàn)場頂板管控復(fù)雜，難度加大，頂板風(fēng)險(xiǎn)加大，依托現(xiàn)有的傳感技術(shù)，對(duì)作業(yè)現(xiàn)場設(shè)備和環(huán)境信息進(jìn)行綜合搜集，自動(dòng)分析，在使用過程中，受到作業(yè)現(xiàn)場高溫、高濕度、高粉塵的影響，紅外及其他在線監(jiān)測功能設(shè)施，在數(shù)據(jù)和環(huán)境數(shù)值收集過程中，頻繁故障，影響連續(xù)開采，同時(shí)也暴露出檢測對(duì)象影響因素復(fù)雜等情況。此外，超厚煤層綜放開采智能化技術(shù)通過采用優(yōu)化參數(shù)，構(gòu)建合理的動(dòng)態(tài)約束方程和控制模型，通過自主分析和決策控制參數(shù)，實(shí)現(xiàn)支架與綜放工藝的有序耦合，自主決策支架和綜放控制，在一定程度上實(shí)現(xiàn)了連續(xù)高效生產(chǎn)。

　　三、煤炭智能化開采關(guān)鍵技術(shù)難題與對(duì)策

　　(一)感知技術(shù)方面

　　煤炭智能化開采關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展與創(chuàng)新，首先需要從感知技術(shù)方面進(jìn)行突破。煤礦開采井下作業(yè)環(huán)境復(fù)雜，長期受到高溫、高濕度、高粉塵影響，對(duì)感知技術(shù)的影響是巨大的。因此，在推進(jìn)和創(chuàng)新綜合智能開采技術(shù)過程中，在感知技術(shù)方面需要做到。**，構(gòu)建綜合管理作業(yè)現(xiàn)場，通過完善各類通風(fēng)、排風(fēng)設(shè)施，完善現(xiàn)場綜采輔助功能設(shè)施，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場環(huán)境的極大改善。如設(shè)置超強(qiáng)排風(fēng)設(shè)施和管路，參考以抽風(fēng)為主的排風(fēng)模式，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場噴淋以及淋水造成的高濕度的快速降低，以及粉塵的快速抽放，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場的極大改善，確保傳感器使用環(huán)境和質(zhì)量。第二，完善檢測對(duì)象的監(jiān)控，采用多元檢測，避免傳統(tǒng)單一元素的監(jiān)控導(dǎo)致的異常誤差不能夠識(shí)別，進(jìn)而造成錯(cuò)誤動(dòng)作。

　　(二)決策技術(shù)方面

　　決策技術(shù)是實(shí)現(xiàn)智能化開采的關(guān)鍵，決策算法、模型的建立和運(yùn)行效果直接影響著智能化開采的準(zhǔn)確和各項(xiàng)參數(shù)。當(dāng)前，部分技術(shù)在使用過程中，長期面臨著感知技術(shù)和算法沒能夠結(jié)合現(xiàn)場實(shí)際進(jìn)行調(diào)整，片面的參考以往數(shù)據(jù)和經(jīng)驗(yàn)，缺乏實(shí)用性，而造成的影響，確實(shí)巨大的，如頂板參數(shù)分析與現(xiàn)場液壓聯(lián)動(dòng)的不準(zhǔn)確造成地壓的管控風(fēng)險(xiǎn)和隱患等等。因此，完善算法和綜合分析，增加糾錯(cuò)和排異功能，保證感知技術(shù)準(zhǔn)確有效，是實(shí)現(xiàn)決策技術(shù)快速有效發(fā)展的根本。一方面，采用多元化分析決策，通過同一時(shí)刻多種不同的傳感設(shè)施對(duì)同一環(huán)境因素的檢測，對(duì)超差現(xiàn)象盡心分析。另一方面，通過連續(xù)時(shí)間的綜合動(dòng)態(tài)分析與現(xiàn)場作業(yè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ捅M心比對(duì)。*后，還需要連接在線設(shè)備，對(duì)控制設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行分析。通過綜合分析，保證決策機(jī)構(gòu)對(duì)感知數(shù)據(jù)的有效分析，確保決策正常有效。

　　(三)控制技術(shù)方面

　　控制技術(shù)方面是智能開采的核心層面，是直接影響到開采效果的根本核心。當(dāng)前，受到技術(shù)水平限制，在智能化開采控制和傳輸手段上，仍然以傳統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)傳輸信號(hào)為主，傳輸速度低，實(shí)施控制效果差，網(wǎng)絡(luò)延遲、信號(hào)傳輸中段等頻繁導(dǎo)致控制措施在處理過程中的誤差，難以保證遠(yuǎn)程控制和現(xiàn)場操作的同步性。同時(shí)，由于當(dāng)前各平臺(tái)設(shè)備控制參數(shù)的設(shè)置、控制和管理方面，受到現(xiàn)場綜合因素較大，導(dǎo)致控制效果良莠不齊，在實(shí)現(xiàn)較快的生產(chǎn)效率的同時(shí)，也造成了現(xiàn)場工作范圍與設(shè)計(jì)和控制范圍發(fā)生誤差，導(dǎo)致部分煤炭資源的浪費(fèi)和較大的貧化率。充分發(fā)展和利用5G技術(shù)和井下抗噪技術(shù)，確保數(shù)據(jù)傳輸?shù)母咝裕瑢?shí)現(xiàn)低延遲，準(zhǔn)確的實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制效率和作業(yè)面控制指令的準(zhǔn)確執(zhí)行。

　　四、煤炭智能化開采技術(shù)發(fā)展前景展望

　　煤炭智能化開采系統(tǒng)隨著技術(shù)水平的發(fā)展，其安全性將得到巨大的提升。通過參數(shù)的設(shè)定、程序的編制等有序組織生產(chǎn)行為和現(xiàn)場監(jiān)控動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場無人監(jiān)管、遠(yuǎn)程在線監(jiān)管、離崗自動(dòng)監(jiān)管，大大的確保了煤礦開采的安全。同時(shí)，也大大提高了連續(xù)作業(yè)的效果，在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)，降低了人工作業(yè)勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了勞動(dòng)生產(chǎn)率。同時(shí)，依托當(dāng)代傳感技術(shù)的發(fā)展，未來對(duì)于紅外、紫外、射線等多方面的在線監(jiān)測系統(tǒng)的發(fā)展將會(huì)大大提升智能開采的各類監(jiān)測的準(zhǔn)確性和高效性，保證感知水平、決策準(zhǔn)確和動(dòng)作有效。在開采對(duì)象上，也會(huì)從單一開采系統(tǒng)發(fā)展向多系統(tǒng)開采發(fā)展，進(jìn)而轉(zhuǎn)向綜合系統(tǒng)開采實(shí)現(xiàn)煤礦智能開采一機(jī)通用。

　　五、結(jié)語

　　煤礦智能開采技術(shù)是當(dāng)代煤礦開采技術(shù)發(fā)展的前沿技術(shù)，是未來煤礦發(fā)展的*終方向，不斷發(fā)展完善煤礦智能開采關(guān)鍵技術(shù)是發(fā)展綠色礦山、清潔煤礦、安全社會(huì)的根本要求和必經(jīng)之路。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1]王國法，范京道，徐亞軍，等.煤炭智能化開采關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新進(jìn)展與展望[J].工礦自動(dòng)化，2018，44(2)：5-12.

　　作者：劉疆

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