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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。（2）在静态煤层透明化模型的基础上，模型需要不断的根据三维激光扫描以及剖面地质测量的结果不断的修正、更新模型，最终通过人工智能不断优化，在后续工作面的工程实践中会有更好的表现。（3）采用该勘查技术体系，实现了对智能开采工作面煤层的透明化勘查，有效指导工作面采煤机对煤层顶板、底板岩层的切割，提高了综采工作面煤炭资源的回收率、减少了工作面煤中矸石的含量、提高了薄煤层综采工作面煤质、降低工作面产生的粉尘、机械设备的损耗、尤其是煤机截齿的损耗，减少了因矸石的运输、管理、洗选等成本投入，实现了煤矿节能、降本增加效益的目标。（4）工作面实现智能化开采，大幅降低了井下工作人员的劳动强度，使工人远离粉尘环境工作。实现工作面智能化减人，大幅度提高了工作的效率和设计的指导性和准确性。

2.2关于5G技术在煤矿智能化的应用

5G技术以能够全新的无线高度融合进技术的特殊优势而得到社会的关注。它可以让网络技术架构和5G技术高度融合，在无线技术领域，全频谱接入、多址技术和大规模天线陈列技术是5G的关键技术内容。5G技术的使用可以大大提升网络通信系统性能，具有频谱更宽、更可靠、安全性更高、传输更快、传输量更大、延时性更低等特点。具体到应用于煤矿智能化中，可以分为如下几个方面：①高精细度的实时定位与应用服务。通过网络切片技术，将煤矿智能化应用物理空间网格进行切割和划形分成多个虚拟空间，根据对于不同虚拟空间的不同需求，来增强其不同功能，灵活应对煤矿智能化开采应用过程中的网络应用场景。基于5G技术优势，实现高精度的实时定位和服务应用，改变了传统的定位系统和传统传输技术，更能够确保数据传输的及时性。②虚拟交互应用。主要体现在虚拟现实技术和增强现实技术的应用中，颠覆了传统的人机互动方式，让煤矿智能化开采经过三个阶段的技术变革过程：三维建模和虚拟展示、互动模式和可视化设计、混合现实与云端实时渲染。比如，在混合现实和云端实时渲染阶段，能够对井下的煤矿资源采取虚拟开采和协同运营的操作。③远程实时监控和控制。传统的方式需要用传感器、路由器、多类型互联网协议，将数据通过传感器汇集到集中控制中心再到远程控制中心，数据传输的及时性不高，对于井下空间有安全风险的情况不能采用远程控制系统。

2.3智能化建井

我国煤矿智能化发展尚处于初级阶段，