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煤矿智能化开采技术及其发展摘要：信息时代的到来，使得社会各行各业相继步入了技术化、智能化、集成化的发展时代。
因煤矿开采成本的增加和国家对于节能减排的政策要求，在煤矿开采上，如何更好地提升效率，实现产业的转型升级是煤矿开采接下来的重要研究方向。
20世纪90年代，部分学者提出采矿智能化的概念，为实现无人化综合开采做出积极贡献，相应的关键技术也被陆续研究出炉。
本文主要对煤矿智能化开采技术及其发展进行论述，详情如下。
关键词：煤矿；智能化；开采技术；发展引言智能化采煤技术通过结合人工智能，以智能采煤机器、智能液压支架等煤矿挖掘设备为核心，结合远程监控，利用自动控制系统，进行煤矿的开采。
这种方式不仅可以减人增效、节能减排，也能保证采煤安全性，是信息化和工程化相结合而带来的煤矿开采技术改革和创新，也是推动采矿产业持续发展的又一创举。
1我国煤矿智能化开采状况目前，我国的煤矿开采步入初级智能化阶段，开采工作的开展与国家政策和国家对于科研力量的投入程度息息相关。
近些年，在国家对于技术设备政策和资金的支持下，我国煤矿智能化开采有了重大进展。
2013年关于加快煤矿开采智能化、机器人研发、采煤工作面分类技术条件和评价体系等一系列的标准和政策的发布，极大推进我国示范煤矿和采煤智能化工作的进程，从2019年到2022年，一些省份陆续推出验收煤矿智能化的方法，在《国家能源集团煤矿智能化建设指南》中对煤矿智能化进行初、中、高级的智能化煤矿分类，2021年3月颁布了《智能化煤矿建设指南》，提出指导思想、原则和目标、要求和内容。
我国863计划，将准能露天煤矿和锦界煤矿建设成为数字矿山重点研究和示范项目，2018年研发的《千万吨级特厚煤层智能化综放开采关键技术及示范》，通过对装备系统和多项技术研究，大大提升生产安全性和行业智能化科技水平。
2煤矿智能化开采技术2.1薄煤层智能开采工作面煤层透明化地质勘查技术基于工作面透明地质模型结合支架超前雷达、工作面三维激光扫描、巡检机器人等智能化开采装备，实现了榆家梁煤矿43101工作面智能化开采，通过回采后的每日剖面测量煤层厚度、煤层底板起伏形态与激光扫描识别的煤岩界面、基础地质数据构建的煤岩界面以及采煤机实际截割曲线的参数对比分析，进而进行综合评价：（1）基于地质数据构建的透明工作面模型与实际测量的对比虽然存在一定的差异性，但是精度已经大幅度的提高，能够达到0.20米的精度要求，虽然局部存在较的大误差，都是地质的突变等引起的。
浅议煤矿智能化建设与实践摘要：目前我国科技水平和煤矿行业的快速发展，智能化开采、智能化矿井建设是煤炭企业实现高质量发展的必然选择。
分析了我国智能化矿井建设历程和智能化采掘技术迭代发展的趋势，结合当前行业智能化矿井建设现状，研究认为现阶段矿井智能化仍处于初级水平，为更好地推进智能化煤矿建设，提出以下应把握的几个问题和具体建议：灾害治理永远是矿井智能化建设的前提；矿井智能化的核心是采煤、掘进智能化；准确把握行业智能化矿井建设，当前绝大多数煤矿应以矿井升级改造为主；具有嵌入式技术的智能化装备是煤矿智能化实施的必然要求等。
关键词：煤矿智能化建设；核心技术装备；智能化示范煤矿；关键技术攻关引言分析了煤矿智能化建设的重要意义和必要性，从示范工程建设大力推进、产学研用融合发展不断深入、完善顶层设计及其企业支持政策、建立健全相关标准机制等方面阐述了目前煤矿智能化建设的初步成效，剖析了在基础理论、技术标准、核心装备、煤矿智能化匹配高端人才等方面存在的问题，从保障能力、科技攻关、工程建设等方面介绍了煤矿智能化建设的实践和进展，并提出全面推进生产智能化、加快建设“数字煤矿”、持续强化关键技术攻关、着力提升自主创新能力等煤矿智能化建设的下一步重点任务。
1煤矿智能化建设的必要性1.1煤矿智能化建设是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑在新发展阶段，煤炭工业高质量发展之路是一条技术与装备创新之路、产业变革之路和全面突破之路。
煤矿智能化建设是将人工智能、工业物联网、云计算、大数据、机器人、智能装备等与现代煤炭开发利用深度融合，形成全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的智能系统，实现煤矿开拓、采掘（剥）、运输、通风、洗选、安全保障、经营管理等过程的智能化运行，对于提升煤矿安全生产水平、保障煤炭稳定供应具有重要意义。
1.2煤矿智能化建设是实现数字化转型的新动能数字化转型的本质是一场新的工业革命和产业变革，由新一代信息技术驱动，实现生产、运营、管理、销售和服务等全面数字化，从而推动业务模式重构、管理模式变革、商业模式创新与核心能力提升。
科技创新驱动智能开采引领大力推进煤炭工业高质量发展刘峰; 曹文君; 张建明; 曹光明【期刊名称】《《中国煤炭工业》》【年(卷),期】2019(000)006【总页数】5页(P8-12)【作者】刘峰; 曹文君; 张建明; 曹光明【作者单位】中国煤炭工业协会【正文语种】中文煤炭智能开采是推进煤炭生产方式和发展模式深层次变革的重要方式，是实现煤炭工业高质量发展的必由之路当前，我国煤炭工业正处在全面深化改革、加速转型升级、实现高质量发展的关键时期。
煤炭智能开采是推进煤炭生产方式和发展模式深层次变革的重要方式，是实现煤炭工业高质量发展的必由之路，是行业应对资源约束和安全挑战的战略选择。
煤炭企业要大力弘扬创新精神，依靠科技创新驱动煤矿智能化发展，助推煤炭工业高质量发展。
一、坚持创新引领，变革生产方式，煤炭智能开采成为高质量发展的核心技术支撑我国煤炭资源丰富、品种齐全、分布广泛，但与先进产煤国家相比，煤田地质构造复杂，自然灾害多，资源开发基础理论研究滞后，安全高效绿色化开采和清洁高效低碳化利用关键技术亟待突破，煤炭高质量发展面临着诸多挑战，煤矿智能化成为破解行业发展难题的战略选择。
1. 煤炭智能开采是煤炭工业高质量发展的本质要求煤炭智能开采是新一代采矿业技术竞争的核心，代表着行业先进生产力的发展方向。
煤炭智能开采是指煤矿地测、采掘、运通、安全保障、生产管理等主要系统具有自感知、自学习、自决策与自执行的基本能力。
煤炭智能开采可以充分发挥煤矿全要素生产作用，实现效率变革，促进煤炭行业由要素驱动型向创新驱动型转变；可以带动建立新技术、新产品、新模式等突出优势，实现路径变革，增强煤炭企业的核心竞争力；可以推动煤炭开采向清洁生产方向转变，解决煤炭开发利用与生态文明建设之间的突出矛盾，实现产业升级和可持续发展。
2. 煤炭智能开采是煤炭生产方式变革的必由之路我国煤炭资源开采条件差异较大，既有赋存稳定的特厚煤层，也有地质条件差的薄煤层。
对煤矿综采工作面智能化开采技术的应用分析摘要：近年来，煤炭行业信息化、智能化建设步伐加快，智能化开采已成为大势所趋。
煤矿工作面、施工技术、劳动组织和安全措施等各种系统构成了煤矿智能化开采。
为了能够全面推进煤矿智能化开采技术水平，必须了解煤矿智能化开采中存在的问题和优势，积极探索未来智能化煤矿开采的发展方向，满足现代煤矿事业的可持续发展需求。
基于此，文章主要分析综采工作面智能化技术运用的现状、问题与解决对策。
关键词：煤矿综采工作面；智能化开采；应用引言煤矿智能化开采的推进不仅可以促进煤矿减员提效，还可以最大程度上促进煤炭行业的可持续发展。
其将传统的劳动密集型产业升级为技术集约型产业，具有较强的市场竞争力。
然而，实现煤矿智能化开采并不是一件容易的事。
一方面，现在智能化还处于起步阶段，缺乏相应的技术积累；另一方面，现在传统采矿专业的技术人才知识有限，很难满足智能化开采的技术要求。
本文从中国煤矿智能化开采的现状出发，对煤矿智能化开采的未来进行了展望。
1综采工作面智能化开采现状智能化开采过程中需要用到大量的信息。
如何保证信息在井下的高效传输，仍然是一个亟需解决的问题。
由于煤矿井下电磁干扰较大，很多电子设备干扰严重，实现信息的无线传输较为困难。
若采用有线传输，则需要在井下铺设大量线路，不但工程量比较大，而且后期不便于维护。
5G技术的发展可以为煤矿井下信息的传输提供一种新思路。
5G信息传输具有高带宽、低延时和抗干扰能力强的特点除了信息传输存在问题以外，采煤机的控制尤为关键。
要想实现采煤机的真正无人化控制，采煤机必须要具备高速的信息处理能力，能较为快速地处理需要控制的信息，并发出正确的指令。
然而，虽然有些功能在程序上是可以实现的，但是在实际上难以获取准确参数。
在智能化开采过程中，液压支架的工作阻力设定尤为关键。
但由于岩层运动规律的复杂性，很难找到一个合适的参数。
同时，如何在井下相对闭塞的环境下实现对采煤机运动状态的实时调整，也是个技术难题。
煤矿智能化生产技术的应用与发展随着经济的发展和人民生活水平的提高，对能源的需求也越来越大。
在所有的能源中，煤炭被广泛地用于发电、钢铁制造等行业。
所以煤炭在我国的能源结构中占有非常重要的地位。
但是，煤矿生产过程中往往会出现一些严重的事故，这直接影响了煤炭产业的发展。
因此，在煤矿生产过程中，智能化技术的应用被越来越重视。
一、煤矿智能化技术的应用1.智能化采煤技术智能化采煤技术是指利用现代科技手段对采煤工作流程进行全面自动化管理。
通过智能化技术，可以减少劳动力的使用，提高生产效率，并且有效地降低煤矿事故风险。
2.智能化通风技术煤矿生产过程中，通风系统起着至关重要的作用。
智能化的通风技术是指将传统的通风技术纳入智能化系统中，通过传感器、数传技术、人工智能等手段对通风系统进行智能化调控和管理。
这不仅可以防止因通风系统故障引起的安全隐患，也可以提高通风系统的效率和稳定性，同时减轻工人的劳动强度。
3.智能化监测与预警技术智能化监测与预警技术可以通过对煤矿环境、设备、人员等多种要素进行全面、细致、实时的监测，及时掌握煤矿生产安全的情况，并可以进行预警和报警。
这种技术的应用可以预防煤矿事故的发生，最大限度地保障煤矿生产的安全性。
4.智能化巷道运输技术智能化巷道运输技术是将传统的巷道运输方式纳入智能化系统中，并通过传感器、人工智能等手段对巷道运输进行智能化调控和管理。
这种技术可以提高运输效率、节约能源、缩短运输时间，同时可有效地降低煤矿人员伤亡事故的风险。
二、煤矿智能化技术的发展煤矿智能化技术目前正处于快速发展的阶段。
我们可以通过以下四个方面来看煤矿智能化技术的发展趋势：1.技术的创新随着科技的不断创新和发展，各种新型技术在煤矿智能化方面得到了广泛应用。
比如，物联网技术、大数据技术、云计算技术和人工智能技术等。
2.产业的发展煤炭在我国的能源结构中非常重要，因此，煤炭产业在我国的经济中也占有重要地位。
煤矿智能化技术的发展也直接影响着煤炭产业的规模和效益。
煤矿智能化发展建设的历程、现状、优点以及难点矿井采矿行业作为传统的民生行业，由于其具有的高危性、复杂性等技术特点，一直都是学者们研究的重点。
近几年涌现了一部分智能化新型矿井，采用当前先进的技术和装备，其主要作业设备均实现了智能化、无人化操作。
中国煤矿机械装备制造业通过不断创新，实现了从量变到质变的突破，推动了煤炭开采向智能化方向发展。
矿井装备系统已达到了“人员少、效率高、故障低”这一高效管理水平，我们不难预见，高度自动信息化的智能矿井将成为煤矿发展的必然趋势。
因此，智能化矿井建设将作为现阶段和今后煤矿装备的主要发展和研究方向。
一、智能化矿井建设发展阶段讨论随着新装备、新技术的不断推陈出新，煤矿智能化矿井会实现从手动/半自动控制—自动化、智能化控制—信息化、网络化这三个阶段转变。
第一阶段：淘汰落后设备和技术。
目前大部分煤矿都存在的设备使用时间长，技术落后的问题，因此，这一阶段各煤矿企业首先要逐步淘汰更新传统的高能耗、高风险的设备，改造创新自动化、智能化的新技术，为智能化改造打好装备基础。
第二阶段：智能化改造阶段。
在这一阶段，大部分煤矿均已经实现了装备更新，装备的智能化程度高，具备改造系统智能化改造基础，可以逐步对各个环节进行智能化改造，实现各系统的集中远程控制。
第三阶段：智慧矿山阶段。
在煤矿企业实现智能化矿井建设后，可以引入“云服务”的互联网技术，实现智能化向信息化的转变，通过云网络，将矿井各项生产设备和各种业务相联系，最终实现管理信息化、生产自动化、人员最优化，达到监、管、控一体化，打造信息化、智能化、智慧化矿山。
二、实现智能化矿井建设的先决条件（1）装备本身智能化，实现硬件达标。
要实现矿井装备系统无人化，首先要确保装备自身智能化，这是实现“无人化”的先决条件及硬性指标，为此，煤矿企业要积极调研，引进符合矿井实际的智能化设备，为实现“无人化”打好装备基础。
（2）矿井系统网络化全覆盖，实现软件达标。
第1篇随着科技的发展，煤矿行业也在不断追求智能化、数字化的发展道路。
近年来，我矿积极响应国家政策，大力推动智慧矿区的建设，实现了从传统生产模式向现代化、智能化生产模式的转变。
以下是本年度我矿智慧矿区工作的总结。
一、工作目标与成果1. 明确工作目标：本年度，我矿以“安全、高效、环保”为工作目标，以科技创新为驱动，全面推进智慧矿区的建设。
2. 安全风险防控：通过引入5G、大数据、人工智能等先进技术，实现了对矿井安全生产的实时监控和预警，有效降低了安全事故的发生率。
3. 生产效率提升：借助智能化设备，实现了生产过程的自动化、智能化，提高了生产效率，降低了劳动强度。
4. 环保效益显著：通过实施绿色矿山建设，减少了煤炭开采过程中的环境污染，实现了资源的高效利用。
二、主要工作措施1. 智能化设备引进：本年度，我矿引进了大量的智能化设备，如无人驾驶卡车、智能采煤机、智能运输系统等，实现了生产过程的自动化、智能化。
2. 5G网络建设：我矿在井下建设了5G网络，为智能设备的运行提供了稳定的数据传输保障。
3. 大数据分析：通过大数据分析，实现了对矿井生产数据的实时监测、预测和预警，为安全生产提供了有力支持。
4. 人才培养：加强智能化人才培养，提高职工的技能水平，为智慧矿区的建设提供人才保障。
5. 安全生产培训：定期开展安全生产培训，提高职工的安全意识，确保安全生产。
三、存在问题与改进措施1. 问题：在智慧矿区的建设过程中，存在一些问题，如设备运行不稳定、数据传输不畅等。
2. 改进措施：针对存在的问题，我矿将继续加大投入，优化设备性能，提高数据传输速度，确保智慧矿区的稳定运行。
四、未来展望1. 持续投入：我矿将继续加大智能化设备的投入，提升矿井智能化水平。
2. 人才培养：加强智能化人才培养，为智慧矿区的建设提供人才保障。
3. 技术创新：加大科技创新力度，推动智慧矿区的持续发展。
总之，本年度我矿智慧矿区的建设工作取得了显著成效。
浅议煤矿高效掘进技术现状与发展趋势煤矿是中国的主要能源资源之一，煤炭的开采对于中国的经济发展具有重要意义。
而高效掘进技术则是提高煤矿生产效率、保障矿工安全的重要手段。
本文将对煤矿高效掘进技术的现状与发展趋势进行浅议。
一、高效掘进技术的现状目前，我国的煤矿高效掘进技术已经取得了一定的进展。
在掘进设备方面，随着科技的发展，越来越多的高效掘进设备被应用于煤矿生产中。
如大型掘进机、矿用装载机、掘进工作面刮板输送机等，这些设备的应用大大提高了煤矿的掘进效率。
这些设备的使用也使得矿工的劳动强度减少，降低了事故的发生率，提高了矿工的生产安全。
在技术方面，煤矿高效掘进技术已经逐渐向智能化、自动化方向发展。
通过利用各种先进的传感器、控制系统以及自动化设备，煤矿的掘进作业已经不再是矿工们的体力劳动，而是由智能设备完成。
这种智能化、自动化的掘进技术不仅提高了煤矿的生产效率，还能够大大提高矿工的劳动安全，并且减少资源的浪费。
煤矿高效掘进技术还借鉴了其他行业的先进技术和生产管理理念。
通过运用信息技术，煤矿的生产作业可以实现远程控制、远程监控，实现全程的智能化管理。
还有，利用大数据分析技术和人工智能技术，可以对煤矿的生产过程进行全方位的监测和优化，以及预测潜在的生产风险，从而提高煤矿生产的安全性和效率。
从目前的发展态势来看，煤矿高效掘进技术的发展趋势主要表现在以下几个方面：1. 智能化技术将逐渐成为主流。
随着人工智能、大数据、云计算等技术的快速发展，煤矿的掘进作业也会向智能化方向发展。
智能化设备在煤矿的掘进作业中发挥着越来越重要的作用，这将是未来煤矿高效掘进技术发展的主要方向。
2. 自动化技术将不断完善。
目前，煤矿掘进作业的自动化程度还有待提高，未来将会有更多的自动化设备被引入到煤矿的生产中，以提高煤矿的生产效率和安全性。
3. 绿色环保技术将受到重视。
随着环保理念的普及和煤炭资源的日益枯竭，未来煤矿的高效掘进技术还将注重环保。
人工智能 | ARTIFICIAL INTELLIGENCE摘要：目前，在地质环境不复杂地的煤层中原則上能够做到采矿智能化，但是在复杂的地质条件下智能化采矿系统应用依然面 临许多问题，为了促进我国智能化煤矿开采技术的发展，加快智能煤矿的建设，文章概述了综合智能化开采的概念和重要性 以及新型智能化煤矿开采方法和技术，并提出了一套煤矿智能化开采技木应用糢式。
关键词：煤矿：智能化开采：关鍵技术I煤矿智能化开采关键技术分析■文/郑灿广能源是人类社会经济发展的基石。
煤炭是我国的主要能源，是中国经济健康发展的重要支撑。
但是，煤被深深地埋 在地球储层中，其特点是开采条件艰苦、工作环境恶劣、劳 动强度高和危险因素高。
因此，煤炭开采一直被视为高风险 行业。
煤炭行业一直需要通过技术改进来提高煤矿开采的效 率和安全性，以促进煤矿开采行业的发展。
从20世纪开始， 随着技术的飞速发展，工业自动化技术在中国得到了迅速发 展和广泛应用。
当前，在信息技术与传统产业深度融合的相 应新形势下，人类生产生活的各个领域都发生了巨大的变化， 其中智能化技术与传统设备的融合以确保产业转型升级成为 主流趋势。
由于安全、环境和其他因素的影响，煤炭行业对 智能技术和设备的需求尤为重要。
因此，旨在实施无人采矿 的智能化技术和设备的开发对于煤炭工业的发展意义重大。
目前，国内外煤矿智能化开采技术和设备研宄也取得了长足 的进步，出现了 LASC 、IMSC 、采煤机记忆截割、液压支 架跟机自动化等先进的煤矿智能化开采技术，为煤矿安全和 清洁生产做出了贡献，建成了许多机械化程度高、自动化程 度高的现代煤矿，生产效率、安全指标得到了明显改善。
1•国外无人煤矿智能化开采智能技术发展现状目前，美国、德国、澳大利亚是智能化煤矿开采技术领 域的国际领导者，他们的主要技术思想是基于采矿数据、钻 探资料构成基础地质数据，并参考基础地质数据，合理确定 开采计划和掘进计划。
㊀第４２卷第９期煤炭科学技术Ｖｏｌ ４２㊀Ｎｏ ９㊀㊀２０１４年９月ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＳｅｐｔ.㊀２０１４㊀中国煤矿智能开采科技创新与发展王金华１ꎬ黄曾华２(１.中国煤炭科工集团有限公司ꎬ北京㊀１０００１３ꎻ２.北京天地玛珂电液控制系统有限公司ꎬ北京㊀１０００１３)摘㊀要:分析了近十年来国内外煤矿智能开采的技术发展过程ꎬ总结出国外智能化开采的技术思路是:通过地质勘探结合掘进技术方式描绘开采煤层的赋存分布ꎬ通过惯性导航采煤机实现智能开采ꎻ在国内智能开采方面则是提出了 无人跟机作业ꎬ有人安全值守 的开采理念ꎬ构建了 以工作面自动控制为主ꎬ监控中心远程干预为辅 的中国煤炭智能开采模式ꎬ并对国内厚煤层和薄煤层的智能开采工业试验和生产进行了技术总结ꎮ对未来智能开采的技术框架进行了设计ꎬ将智能开采的关键技术分为:智能探测㊁智能导航和智能控制３个主要部分ꎬ并对煤岩分界㊁煤矸识别㊁工作面超前探测技术创新进行了展望ꎬ指出煤矿智能开采科技创新依赖于开采装备㊁开采技术和开采理念的不断进步ꎮ关键词:煤炭开采ꎻ智能开采ꎻ科技创新ꎻ智能探测ꎻ智能导航中图分类号:ＴＤ６７㊀㊀㊀文献标志码:Ａ㊀㊀㊀文章编号:０２５３－２３３６(２０１４)０９－０００１－０６ＩｎｎｏｖａｔｉｏｎａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＣｏａｌＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＣｈｉｎａＷＡＮＧＪｉｎ￣ｈｕａ１ꎬＨＵＡＮＧＺｅｎｇ￣ｈｕａ２(１.ＣｈｉｎａＣｏａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ＆ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｒｏｕｐＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＢｅｉｊｉｎｇ㊀１０００１３ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＢｅｉｊｉｎｇＴｉａｎｄｉ－ＭａｒｃｏＥｌｅｃｔｒｏ－ＨｙｄｒａｕｌｉｃＣｏｎｔｒｏｌＳｙｓｔｅｍＣｏ.ꎬＬｔｄ.ꎬＢｅｉｊｉｎｇ㊀１０００１３ꎬＣｈｉｎａ)Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ｔｈｅｐａｐｅｒａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｓｔａｔｕｓａｔｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｉｎｉｎｇｃｏａｌｍｉｎｅｉｎｒｅｃｅｎｔｔｅｎｙｅａｒｓꎬｓｕｍｍａｒｉｚｅｄｔｈｅｔｅｃｈｎｉｃａｌｉｄｅａｓｏｆｆｏｒｅｉｇｎｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅｅｘｐｌｏｉｔａｔｉｏｎ:ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎｃｏｍｂｉｎｅｄｗｉｔｈｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｅｘｃａｖａｔｉｏｎｄｅｐｉｃｔｅｄｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎａｎｄｔｈｅｉｎｅｒｔｉａｌｎａｖｉｇａｔｉｏｎｓｈｅａｒｅｒｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｉｎｉｎｇ.Ｍｉｎｉｎｇｆｏｒｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｈｏｍｅｍａｄｅ"ｎｏｗｉｔｈｍａｃｈｉｎｅｏｐｅｒａｔｉｏｎꎬａｓｅｃｕｒｉｔｙｇｕａｒｄ"ｍｉｎ￣ｉｎｇｉｄｅａꎬｃｏｎｓｔｒｕｃｔｉｎｇ"ｆａｃｅａｕｔｏｍａｔｉｃｃｏｎｔｒｏｌꎬＣｈｉｎｅｓｅｃｏａｌｍｉｎｉｎｇｍｏｄｅｌｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｒｅｍｏｔｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｃｅｎｔｅｒｉｎｔｅｒｖｅｎｔｉｏｎ"ꎬａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｔｈｉｃｋａｎｄｔｈｉｎｃｏａｌｓｅａｍｍｉｎｉｎｇｉｎｄｕｓｔｒｙｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅｔｅｓｔａｎｄｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｗｅｒｅｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ.Ｔｈｅｆｒａｍｅｗｏｒｋｏｆｆｕｔｕｒｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｉｎｉｎｇｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄꎬｔｈｅｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｉｎｉｎｇｗａｓｄｉｖｉｄｅｄｉｎｔｏ:ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎꎬｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｎａｖｉｇａｔｉｏｎａｎｄｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｃｏｎｔｒｏｌｏｆｔｈｒｅｅｍａｉｎｐａｒｔｓꎬａｎｄｔｈｅａｄｖａｎｃｅｄｔｅｃｈｎｉｃａｌｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｉｎｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｏｆｃｏａｌｒｏｃｋｉｎｔｅｒｆａｃｅｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎꎬｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅꎬｃｏａｌｇａｎｇｕｅｗｅｒｅｄｉｓｃｕｓｓｅｄꎬｐｏｉｎｔｅｄｏｕｔｔｈａｔｃｏａｌｍｉｎｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｎｏｖａｔｉｏｎｄｅｐｅｎｄｅｄｏｎｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｐｒｏｇｒｅｓｓｏｆｍｉｎｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔꎬｍｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄｍｉｎｉｎｇｉｄｅａ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｃｏａｌｍｉｎｉｎｇꎻｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｉｎｉｎｇꎻｓｃｉｅｎｃｅａｎｄｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎｎｏｖａｔｉｏｎꎻｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎꎻｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｎａｖｉｇａｔｉｏｎ收稿日期:２０１４－０７－２２ꎻ责任编辑:赵㊀瑞㊀㊀ＤＯＩ:１０.１３１９９/ｊ.ｃｎｋｉ.ｃｓｔ.２０１４.０９.００１基金项目:国家高技术研究发展计划(８６３计划)资助项目(２０１３ＡＡ０６Ａ４１０)ꎻ北京市科技计划重大科技成果转化落地培育资助项目(Ｚ１４１１００００３５１４０２５)ꎻ中国煤炭科工集团重点资助项目(２０１２ＺＤ００１)作者简介:王金华(１９５７ )ꎬ男ꎬ河北故城人ꎬ研究员ꎬ博士生导师ꎬ博士ꎬ现任中国煤炭科工集团有限公司董事长ꎮ引用格式:王金华ꎬ黄曾华.中国煤矿智能开采科技创新与发展[Ｊ].煤炭科学技术ꎬ２０１４ꎬ４２(９):１－６ꎬ２１.ＷＡＮＧＪｉｎ￣ｈｕａꎬＨＵＡＮＧＺｅｎｇ￣ｈｕａ.ＩｎｎｏｖａｔｉｏｎａｎｄＤｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆＩｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔＣｏａｌＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＣｈｉｎａ[Ｊ].ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙꎬ２０１４ꎬ４２(９):１－６ꎬ２１.０㊀引㊀㊀言㊀㊀近十年来ꎬ为了实现煤矿安全高效生产ꎬ国内开展的有关煤矿开采科技创新研究工作取得了很大的成绩ꎬ已使得我国煤炭开采水平接近或部分达到了世界先进水平ꎬ但真正实现完全智能开采还局限在薄煤层工作面[１]ꎮ对综采技术方面ꎬ利用陀螺仪对采煤机位置进行三维检测跟踪定位[２]ꎬ在原有记忆１２０１４年第９期煤炭科学技术第４２卷割煤㊁过载保护㊁自动调高等功能基础上新增加了红外摄像㊁雷达探测防机械碰撞和煤岩分析检测功能ꎬ这些技术大部分处在研究阶段ꎬ与国际最高水平相比仍有一定差距ꎬ而有一些开采技术也是国内外煤炭行业所共同面临的难题ꎮ解决这些问题需要通过不断的技术创新ꎬ研究新技术尤其是光电技术在煤矿开采中的快速应用ꎮ笔者通过分析国外煤矿先进的开采技术ꎬ对我国未来几年影响煤矿开采的新技术进行重点研究ꎬ提出智能开采的关键技术体现在智能探测㊁智能导航和智能控制方面ꎬ对其中较成熟的技术进行了初步试验ꎬ对具有应用前景的技术进行了分析展望ꎬ目的是争取在国家 十三五 期间赶上和超过世界先进煤矿开采水平ꎬ以使我国由世界第一煤炭开采大国变为第一煤炭开采强国ꎮ１㊀国外智能开采技术现状㊀㊀进入２１世纪以来ꎬ国外煤矿开采追求 安全㊁高效㊁简单㊁实用㊁可靠㊁经济 的原则ꎬ其智能开采的技术思路是:通过钻孔地质勘探和掘进相结合的方式ꎬ描绘工作面煤层的赋存分布ꎬ通过陀螺仪获知采煤机的三维坐标ꎬ两者结合实现工作面的全自动化割煤ꎮ该思路可避开煤岩识别难题ꎬ以地质条件为载体ꎬ顶层规划自动化采煤过程[３]ꎮ１ １㊀工作面自动化ＬＡＳＣ系统㊀㊀２００１年７月ꎬ澳大利亚联邦科学与工业研究组织ＣＳＩＲＯ承担了ＡＣＡＲＰ(ＡｕｓｔｒａｌｉａｎＣｏａｌＡｓｓｏｃｉａｔｉｏｎＲｅｓｅａｒｃｈＰｒｏｇｒａｍꎬ澳大利亚煤炭协会研究计划)设立的综采自动化项目ꎬ开展综采工作面自动化和智能化技术的研究ꎮ到２００５年该项目通过采用军用高精度光纤陀螺仪和定制的定位导航算法取得了３项主要成果ꎬ即采煤机位置三维精确定位(误差ʃ１０ｃｍ)㊁工作面矫直系统(误差ʃ５０ｃｍ)和工作面水平控制ꎬ设计了工作面自动化ＬＡＳＣ系统ꎬ并首次在澳大利亚的Ｂｅｌｔａｎａ矿试验成功ꎮ２００８年ꎬ对ＬＡＳＣ系统进行了优化ꎬ增加了采煤机自动控制㊁煤流负荷平衡㊁巷道集中监控等ꎬ在商业应用方面ＣＳＩＲＯ研究组同久益㊁艾可夫等采煤机供应商签署了协议ꎬ将这项技术集成到对应的采煤机上ꎬ实现快速商用[４]ꎮＬＡＳＣ系统包含惯性导航系统和工作面自动控制算法２项核心技术ꎮ㊀㊀１)ＬＡＳＣ系统将基于光纤陀螺的惯性导航设备安装在采煤机机身电控箱内ꎬ通过运行嵌入式导航定位软件实现采煤机三维位置的精确定位ꎮ该惯性导航定位软件在无ＧＰＳ信号辅助的情况下行进２ ７ｋｍꎬ定位误差在３０ｃｍ以内ꎮ惯性导航定位软件可用于综采工作面的水平控制和连续采煤机自动制导ꎮ①对于综采工作面水平控制ꎬ基本原理是首先根据巷道掘进数据和钻孔数据生成工作面三维地质模型ꎬ该模型精度能达到５０ｍｍꎬ能准确反映出煤层起伏㊁倾角㊁断层等构造ꎬ可直接用于指导采煤机俯仰采控制ꎮ然后利用在采煤过程中记录的顶底板位置信息对该模型进行不断优化ꎬ就可以准确预知工作面的煤层变化情况[５]ꎮ其次结合采煤机精确定位软件的数据ꎬＬＡＳＣ系统就能够提前控制采煤机的割顶割底量ꎬ从而顺利通过断层等地质变化区段ꎮ澳大利亚煤矿使用的水平控制开采技术控制原理如图１所示ꎮ②连续采煤机自动制导ꎬ已被澳大利亚确定为煤炭产业重要的技术[６]ꎮ基于连续采煤机自动制导技术开发了具有应用程序控制和通信功能ꎬ且包含先进图形用户界面的自动制导系统ꎬ如图２所示ꎬ表示连续采煤机偏航角有了一定的误差ꎬ需要在后面的开采中实时校正ꎮ图１㊀澳大利亚煤矿使用的水平控制开采技术控制原理图２㊀连续采煤机出现偏差的导航㊀㊀２)工作面自动控制模型和算法ꎮ基于该算法ꎬ设计了工作面矫直系统ꎬ其包含高精度舵性导航仪和矫直数据分析系统２项核心技术ꎬ通过对舵性导航仪记录的采煤机空间位置进行分析ꎬ确定当前工作面的直线度ꎬ计算出每台液压支架的推移量ꎬ给液压支架电控系统发出执行信息ꎬ对工作面直线度进行动态调整ꎮ惯性导航仪输出２路信号:一路给支２王金华等:中国煤矿智能开采科技创新与发展２０１４年第９期架ꎬ控制支架的推移量ꎻ另一路给采煤机ꎬ用于控制采煤机的割顶割底量[７]ꎮ自２００９年惯性导航仪开始商业化应用以来ꎬ澳大利亚６０％以上的综采工作面使用了工作面矫直系统ꎮ１ ２㊀智能开采服务中心㊀㊀智能开采服务中心作为一种增值产品/服务ꎬ在澳大利亚布里斯班的Ａｎｇｌｏ矿业公司总部设置总调度室ꎬ对所管辖矿井进行实时监控ꎬ目前只有莫兰巴北矿上线ꎮ㊀㊀根据出现的报警㊁故障信息ꎬ及时发邮件或电话通知矿井进行调整ꎮ同时ꎬ每日㊁周㊁月和季度向矿井提交运行分析报告ꎬ指导矿井提高运行管理水平ꎬ合理安排设备检修ꎮ分析报告包括每日的触发响应动作计划通知ꎬ每周的智能服务回顾ꎬ每月的井下精益运行回顾ꎬ每季度的生产表现回顾ꎮ智能开采服务中心的应用可以实现停机时间少㊁早期监测和设备损坏最小化ꎬ可提高生产力ꎬ降低生产成本ꎮ１ ３㊀布尔加(Ｂｕｌｇａ)井工矿智能开采技术㊀㊀布尔加(Ｂｕｌｇａ)井工矿属于澳大利亚嘉能可(Ｇｌｅｎｃｏｒｅ)矿业开采公司ꎬ属高瓦斯矿井ꎮ２０１３年产量７４０万ｔꎬ２０１４年计划产量８１０万ｔꎬ单井单面ꎮ属于ＬＷ２层面第５个工作面ꎬ工作面长度４０５ｍꎬ走向长度３４７１ｍꎬ工作面采高３ ０~３ ２ｍꎬ设计产量３５００ｔ/ｈꎮ全套开采装备包括:７ＬＳ６Ｄ采煤机ꎬＲＳ２０Ｓ液压支架控制系统ꎬ２台１１ｋＶ和１ ６ＭＷ刮板输送机电动机ꎬ６台ＩＮＯＸＩＨＰ泵站(泵站压力３２ ５~３４ ５ＭＰａ的４台ꎬ４０ ０~４１ ５ＭＰａ的２台)ꎮ采煤机智能控制系统为Ｆａｃｅｂｏｓｓꎬ工作面自动化系统为ＬＡＳＣꎮ㊀㊀每星期进行２次检修ꎬ分别是星期二的７:００ １４:３０和星期五的７:００ １７:３０ꎬ其他时间安排生产ꎮ实行三八制ꎬ早班７:００ １５:００ꎬ中班１５:００ ２３:００ꎬ夜班２３:００ 次日７:００ꎮ每生产班人员１０人ꎬ分为正副班长(２人)㊁电工(２人)㊁机械工(２人)㊁操作工(３人)和维护主管(工程师１人)ꎮ㊀㊀采煤机从刮板输送机机尾到机头时ꎬ采煤机司机控制顶滚筒㊁底滚筒随动割煤ꎮ而从机头到机尾时ꎬ采煤机根据上一刀信息自动记忆割煤ꎬ重载速度８~１４ｍ/ｍｉｎꎮ支架采用自动拉架＋人工干预方式(顶板破碎ꎬ人工超前拉架)ꎬ立柱安装２个压力传感器ꎬ一用一备ꎮ工作面矫直系统在割煤过程中实时记录采煤机三维位置㊁横向和纵向倾角ꎬ采煤机每截割４刀时ꎬ矫直系统根据记录的信息ꎬ控制每台支架的推移量ꎬ调节工作面的直线度ꎮ㊀㊀ＬＡＳＣ系统的应用使矿井煤炭产量提高了５％~２５％ꎬ减少工人暴露在高危工作环境的时间ꎬ提高矿井安全水平ꎻ同时减小了煤炭产量波动ꎬ达到了均衡生产ꎬ提高了矿井生产质量管理水平ꎮ２㊀国内智能开采技术现状２ １㊀智能开采控制系统㊀㊀根据国内已经实现的智能化开采煤矿控制模式ꎬ可以总结出智能开采控制系统结构如图３所示ꎮ２ ２㊀远程干预无人化采煤工艺㊀㊀国内智能化开采实现工作面内无人ꎬ即 以工作面自动控制为主ꎬ监控中心远程干预为辅 的工作面智能化生产模式ꎬ实现 无人跟机作业ꎬ有人安全值守 的开采理念ꎬ设计了人工干预下模糊控制多工序的采煤工艺ꎮ所实现的开采系统智能化功能如下:系统具有多方位㊁多层次的感知能力ꎬ可实现综采工作面信息交互的高速网络平台和通道ꎻ工作面生产系统协同集中控制ꎻ采煤机智能化快速记忆截割自动运行ꎻ智能化煤流平衡控制ꎻ采煤机与运输系统状态及运能的自适应配合ꎻ液压支架智能跟机移架ꎬ支架远程序列化自动控制ꎻ刮板输送机链条张力监测与智能化刮板输送机尾伸缩自动控制㊁智能化软启动ꎻ各种设备自动协调运行ꎬ针对复杂多变的煤层条件及设备工况变化调整自身及设备之间的配合运行参数ꎮ２ ３㊀矿井虚拟现实技术㊀㊀综采工作面利用虚拟现实技术创造出一个三维的采矿现实环境ꎬ模拟采矿作业过程及工艺设备的运行ꎬ操作人员可与虚拟现实系统进行人机交互ꎬ在任意时刻穿越任何空间进入系统模拟的任何区域[８]ꎮ系统能识别物体㊁输入和处理各种信息ꎬ控制物体运动ꎬ模拟自然规律ꎬ确定空间状态ꎬ其主要特点是创造了与现实开采情况极为接近的三维环境ꎬ通过计算机显示采矿作业情况ꎬ获得生产系统运行状况平面图㊁不同的设备动态显示图和设备运行具体参数ꎬ包括运行的时间㊁产量㊁设备间的距离等动态信息ꎬ通过对不同型号设备㊁不同开采参数下的生产系统进行动态模拟ꎬ从而达到优化和评价生产系统目的[９]ꎮ虚拟现实系统提供自主模式和飞行模式２种自主漫游控制模式ꎮ自主模式即操作人员可通过鼠标和键盘移动镜头ꎬ自主浏览场景中的任意位置ꎻ飞行模式则有更大活动空间ꎬ镜头可移动至３２０１４年第９期煤炭科学技术第４２卷图３㊀中国煤矿智能开采控制系统结构很高的地方ꎬ达到俯视整个工作面场景的效果ꎮ２ ４㊀远程遥控技术㊀㊀智能化采煤生产采用远程遥控技术ꎬ遵循下列原则:以采煤机记忆截割为主ꎬ人工远程干预为辅ꎻ以液压支架跟随采煤机自动动作为主ꎬ人工远程干预为辅ꎻ以综采运输设备集中自动化控制为主ꎬ就地控制为辅ꎻ以综采设备智能感知为主ꎬ视频监控为辅ꎮ所设计的在地面和巷道对综采工作面设备远程遥控的网络通信层次结构如图４所示ꎮ图４㊀工作面设备远程遥控的网络通信层次结构㊀㊀智能开采控制打破了传统的以单机装备为主㊁总体协调的研制思路ꎬ建立了以成套装备总控制网络信息综合决策为主㊁单机装备为执行机构的体系结构ꎮ将采煤机㊁液压支架㊁刮板输送机㊁转载机㊁破碎机㊁带式输送机㊁供液系统㊁供电系统等装备有机结合起来ꎬ构成一个相互联系㊁相互依存㊁相互制约的采煤系统ꎬ依据系统控制决策模型分析结果ꎬ实现对综采成套装备的协调管理与集中控制[１０]ꎮ２ ５㊀智能开采技术难点㊀㊀１)开采设备自动化技术水平有待提高ꎮ由于开采地质条件的不断变化ꎬ煤层赋存的不可预知性ꎬ因此开采智能化还不能完全离开人的智慧ꎬ需要发挥机器和人各自的特长ꎬ规避人机各自的短处ꎮ㊀㊀２)开采设备可靠性需增强ꎬ同时应增加设备感知㊁决策㊁控制和智能化功能ꎬ由单机向成套装备智能转变ꎮ㊀㊀３)开采恶劣环境下可视化技术难题ꎮ需要研究清晰㊁实时的开采工作面再现技术ꎮ㊀㊀４)开采智能决策技术难题ꎮ需要研究统一的通信平台ꎬ实现开采装备通信接口㊁协议的互通互联ꎬ研究平台协议标准化㊁实时性和智能化ꎮ３㊀国内智能开采试验结果３ １㊀厚煤层智能开采试验情况㊀㊀陕西煤业化工集团红柳林煤矿位于陕西省神木县西部ꎬ红柳林井田位于陕北侏罗纪煤田东部ꎬ煤层为倾角不足１ʎ的单斜构造ꎬ井田构造属简单类ꎮ煤层厚度５ ０~７ ９ｍꎬ平均厚度６ ２ｍꎬ属中厚－特厚４王金华等:中国煤矿智能开采科技创新与发展２０１４年第９期煤层ꎬ层位稳定ꎬ厚度变化规律明显ꎬ全区可采ꎬ属稳定煤层ꎮ智能开采控制系统自２０１３年３月始在井下应用ꎬ系统平稳运行ꎬ并能实现以下功能ꎮ㊀㊀１)液压支架围岩耦合智能化控制和大采高支架姿态控制ꎻ全工作面液压支架跟随采煤机自动移架ꎬ采煤机根据煤流平衡负荷ꎬ与输送机运能状态的自适应割煤配合ꎻ刮板输送机链条张力监测ꎬ机尾伸缩自动控制ꎬ智能化软启动控制ꎮ㊀㊀２)组建了综采工作面信息交互网络平台ꎬ具有有线㊁无线网络接入功能ꎮ能够控制单机设备自动协调运行ꎬ并且根据复杂多变的煤层条件及设备工况进行调整配合ꎮ建立的三维虚拟现实平台可以及时反映工作面运行状态ꎮ㊀㊀３)可以通过地面远程操作台一键启停功能实现工作面泵站㊁破碎机㊁转载机㊁刮板输送机和采煤机的顺序启停控制ꎬ完成工作面生产系统的协调集中控制ꎮ㊀㊀红柳林煤矿智能开采项目实现了基于总控制网络的集各单机设备感知㊁逻辑控制㊁动态决策㊁协调执行为一体的智能开采控制系统ꎬ自动化和智能化程度处于国际先进水平ꎻ在控制系统架构㊁控制方式㊁响应时间㊁智能功能㊁工作面人数㊁产能等主要技术指标方面处于国际领先水平ꎮ项目的实施将采煤工作面的操作工人数量降低至５人ꎬ实现了工作面无人跟机操作㊁少人值守的自动化安全高效生产ꎮ智能开采控制系统在红柳林煤矿示范应用ꎬ井下正式投入运行６个月ꎬ共生产原煤７９２ １７万ｔꎬ创造利润９ ０８亿元ꎻ主要创新成果已在宁夏煤业㊁陕西煤业㊁阳泉煤业㊁平朔集团等多个矿区推广应用ꎬ累计取得经济效益２０亿元以上ꎮ３ ２㊀薄煤层智能开采试验情况㊀㊀陕西陕煤黄陵矿业有限公司一号煤矿１００１综采工作面倾斜长度２３５ｍꎬ走向长度进风巷为２２７１ｍꎬ回风巷为２２９１ｍꎬ采高１ １~２ ３ｍꎬ可采储量１０７万ｔꎮ于２０１４年２㊁３㊁４月进行了为期３个月的工业试验性ꎬ具体试验情况如下ꎮ㊀㊀１)２０１４年２月ꎬ１００１综采工作面开始使用全自动化割煤作业ꎮ通过利用井下监控中心远程操作台和监控视频进行远程采煤ꎬ并在工作面设置３名工作人员(采煤机司机㊁支架工㊁输送机司机各１人)进行跟机安全监护ꎮ２月生产作业２１ｄꎬ安排采煤３９个小班(８ｈ)ꎬ日平均割煤８刀半ꎬ全月共生产原煤９ ０５万ｔꎮ㊀㊀２)２０１４年３月ꎬ１００１综采工作面继续使用井下监控中心远程操作台和监控视频进行远程采煤ꎬ并将工作面监护人员减少至２人(采煤机司机和支架工各１人ꎬ支架工同时负责刮板输送机的监护工作)ꎮ３月生产作业２５ｄꎬ安排采煤４２个小班(８ｈ)ꎬ日平均割煤１１刀半ꎬ全月共生产原煤１４ ５８万ｔꎮ㊀㊀３)２０１４年４月ꎬ１００１综采工作面在利用井下监控中心进行远程采煤的同时ꎬ还尝试在地面调度室进行远程采煤ꎬ４月５日起将工作面监护人员减少至１人(工作面监护工)ꎬ并于４月８日实现了地面采煤作业常态化ꎮ４月生产作业２８ｄꎬ安排采煤５６个小班(８ｈ)ꎬ日平均割煤１２刀ꎬ全月共生产原煤１７ ０３万ｔꎮ其中４月２日零点班实现了单班生产８刀３０架的最高纪录ꎮ㊀㊀薄煤层智能开采系统经过３个月的工业性试验ꎬ地面调度室和井下监控中心远程作业㊁采煤机自动记忆截割等自动化功能稳定ꎬ系统应用效果良好ꎬ能够大幅减少采场作业人员ꎬ降低职工劳动强度ꎮ工作面的生产能力不断提高ꎬ月产量达到１７ ０３万ｔꎬ年生产能力可达２００万ｔ以上ꎮ工作面由原来的９人ꎬ减至目前的１人进行随机监护ꎬ将工人从操作工变成巡检工ꎮ每个生产小班减少８人ꎬ每个原班减少１６人ꎬ每年可减少人工总费用５２５万元ꎮ４㊀智能开采技术发展方向４ １㊀智能开采关键技术㊀㊀根据国内外对煤矿开采技术的发展要求ꎬ提出了智能开采的关键技术由智能探测㊁智能导航和智能控制３个部分组成ꎬ它们之间的关系如图５所示ꎮ图５㊀煤矿智能开采关键技术框架５２０１４年第９期煤炭科学技术第４２卷４ ２㊀开采智能探测㊀㊀开采智能探测是指对采场未知区域的自动探查和检测ꎬ用于指导采煤机俯仰采控制和摇臂调高㊁综放工作面放煤时的煤矸自动识别等[１１]ꎬ可分为煤岩分界㊁煤矸识别和超前探测等专业领域ꎮ㊀㊀１)煤岩分界ꎮ采用太赫兹技术利用单天线进行多普勒雷达脉冲的发送和接收ꎬ信号通过煤岩层时会减弱ꎬ并且遇到煤岩界面会发生反射ꎮ反射波的速度相位滞后或从发射波到反射波被接收的时间间隙ꎬ除与发射波频率㊁煤和顶板岩性等可测知的因素有关外ꎬ还与电磁波在顶底煤中穿越路程即顶底煤厚度有关ꎮ通过对接收到的反射波进行信号处理可确定顶底煤厚度ꎮ㊀㊀２)煤矸放落自动识别ꎮ煤矸放落自动识别一直是综采工作面的技术难题ꎬ通过时域光谱技术探测是一种可行的技术方法ꎮ时域光谱技术的基本原理是利用飞秒脉冲产生并探测时间分辨的电场ꎬ通过傅里叶变换获得被测物质的光谱信息ꎬ通过特征频率对物质结构㊁物性进行分析和鉴定ꎬ适用于煤炭矿物质的实时成分分析[１２]ꎮ㊀㊀３)超前探测ꎮ超前探测系统无需预先求取煤岩物理特性ꎬ适用范围更广ꎬ具有可靠的精度ꎬ在多数顶板条件下能够运行良好ꎮ但是也存在其固有的问题:在具有波散射性质的煤层表现不好ꎬ探测范围小ꎬ发射器功率偏低ꎬ深入煤层的深度范围有限ꎬ需要未来功率更大的信号源支持来克服信号在煤层内的衰减[１３]ꎮ图６是采用可见光拍摄的综采工作面煤层成像ꎬ图７是采用超前探测成像技术形成的煤层内部地质信息ꎬ可以看到煤层受到一定的侵蚀ꎮ图６㊀用可见光拍摄的煤层表面图７㊀用超前探测技术处理的煤层内部地质构造４ ３㊀开采智能导航㊀㊀开采智能导航是指利用先进的计算机㊁光电和导航技术对开采设备和人员进行自动定位ꎬ以实现安全监控和精确开采ꎮ围绕综采设备姿态定位㊁综采设备安全感知㊁工作面直线度控制㊁视频图像处理等多种关键技术ꎬ关键是对采煤机的精准导航定位技术进行研究ꎮ㊀㊀１)光纤惯性导航ꎮ作为一种自主式的导航方法ꎬ惯性导航是完全依靠载体上的设备自主地确定出载体的航向㊁位置㊁姿态和速度等导航参数ꎬ并不需要外界任何的光㊁电㊁磁参数[１４]ꎮ采掘装备的精确导航是实现智能开采的必要技术ꎬ根据我国煤矿井下装备自动导航的落后局面ꎬ在分析当前国外煤矿的导航技术水平后ꎬ借鉴在国内航天㊁航空和航海中普遍应用的惯性导航技术ꎬ将其引入到煤矿井下的精确定位系统中ꎬ逐步实现煤矿采掘装备的自主导航功能[１５－１６]ꎮ㊀㊀２)三维雷达ꎮ雷达探测防碰撞系统是一种安装在采煤机上的主动安全系统ꎬ是一种可以向采煤机操作人员预先发出视听报警信号的探测装置[１７]ꎮ传统的雷达是二维的ꎬ测得的距离定位是一个平面ꎬ但如果用于煤矿智能开采过程中的防碰撞ꎬ还需要增加垂直方向的距离检测ꎮ４ ４㊀开采智能控制㊀㊀根据开采条件变化自动调控采掘过程ꎬ使智能化采掘设备与自动调度决策集为一体ꎬ融合采煤机智能记忆截割㊁液压支架智能跟机自动化㊁工作面运输系统煤流平衡㊁智能集成供液㊁工作面可视化视频监控㊁远程遥控㊁三维虚拟现实㊁一键启停等多项技术[１７]ꎬ建立以成套装备总控制网络为核心ꎬ单机装备为执行机构的智能控制模式ꎬ解决关键元部件以及控制系统等方面的技术难题ꎬ实现综采成套装备智能化开采技术新突破ꎬ形成具有集成套装备安全感知㊁信息可靠传输㊁动态决策㊁协调执行于一体的智能开采系统ꎮ５㊀结㊀㊀语㊀㊀通过国外煤矿实地考察和文献分析ꎬ研究了国外先进的煤矿智能开采方法ꎬ对国内的智能开采工作面所采用的主要技术也进行了研究ꎬ分析了在厚煤层和薄煤层进行智能开采的实践过程ꎬ总结出以下的智能开采技术创新成果ꎮ国外智能开采ꎬ主要是澳大利亚ꎬ采用纯惯性导航对采煤机和连续采煤机进行三维定位实现工作面连续推进ꎬ并取得了较好的经济效益ꎮ中国智能开采ꎬ在薄煤层和厚煤层实现了远程遥控开采ꎬ工作面实现了无人化智能开采ꎮ提出了智能开采由智能探测㊁智能导航和智能(下转第２１页)６。
