煤矿智能化开采技术的创新与管理

高宇

摘 要：近年来，煤炭产业转型发展和技术创新速度加快，煤炭开采向集约化、高端化和智能化转变，“十二五”时期，年产千万吨级综采成套设备实现国产化，千万吨级煤矿数量和产量分别达到 53 处和 0. 73Gt，大型煤炭基地成为煤炭供应的主体。煤炭高效开采技术与装备创新取得系列重大进展，智能综采技术达到国际先进水平，世界首套最大采高 8. 2m 超大采高综采和 20m 特厚煤层综放关键技术与装备达到国际领先水平，薄煤层和大倾角等复杂难采煤层综采技术装备取得新突破，综采成套装备出口到欧美澳等世界主要产煤国家。

关键词：安全高效：智能化开采：远程控制：煤岩识别

引言：

为了实现煤矿的安全、高效生产，智能化已经成为煤矿未来的发展方向。本文提出了煤炭智能化开采的概念，简要阐述了目前国内外智能化开采技术现状以及国内利用智能化开采的应用成果，剖析了当前存在的问题以及发展方向。

1 国外智能开采技术

目前，国外智能开采技术以澳大利亚的 LASC技术和美国的 IMSC 技术为代表。

1.1LASC 技术

澳大利亚于 2008 年成功研制了一套工作面自动化控制系统，简称 LASC 技术。该技术的流程包括：①通过地质勘探和巷道掘进，收集到一系列相关数据建立三维工作面地质模型，通过该模型得出的煤层起伏和顶底板位置精度达到 5cm 左右：②对采煤机进行三维精确定位：③利用电液控制系统，确保工作面排列整齐和连续推进：④工作面进行水平控制。澳大利亚的布尔加煤矿属于高瓦斯矿井，安全风险大，通过采用 LASC 技术，实现了长臂工作面的自动控制，改善了生产条件，使得工人远离危险区域，大大提高了安全生产水平。

1.2IMSC 技术

IMSC 的中文全称为智能开采服务中心，该系统中的远程服务功能可以对井下设备实现实时监控，根据得到的报警、故障信息可以及时的通知到矿井工程师，以便对井下设备及时的维修调整。同时该系统还能够定期的提交运行分析报告，对矿井进行有效指导，提高了矿井生产率。

2智能化综采关键技术

根据国内外综采放顶煤工作面装备和技术发展水平现状，机械和电气设备以选择先进适用、成熟可靠的技术和装备为主，控制系统功能以满足实现工作面集成控制和主要生产过程的自动化运行与地面远程控制为基本要求，预留开展工作面智能化开采研究所需要的可扩展性，包括接口、空间和软件的开放性等。

综放工作面自动化控制系统由地面监控中心、井下综放工作面监控中心、控制网络、采煤机控制系统、“三机”控制系统、液压支架电液控制系统、泵站控制系统、负荷动力中心监控系统、顺槽胶带控制系统、工作面精确定位及找直系统、视频监控系统、环境监测系统、辅助降尘系统等组成。

2.1 液压支架全工作面跟机自动化与远程人工干预技术

在液压支架电液控制系统实现全工作面跟机自动化的基础上，依据电液控制系统的数据与液压支架视频相结合，通过监控中心远程操作台对液压支架进行人工干预，以满足复杂环境下液压支架的自动化控制。其中，自动跟机技术 是指综采工作面液压支架以采煤机位置及运行方向为根据，在电液控技术的基础上，跟随采煤机完成工作面自动移架、自动推刮板输送机、自动喷雾、三机联动等成组或单架控制功能。液压支架自动跟机示意及远程干预控制界面如图所示：

2.2采煤机全工作面记忆截割与远程人工干预技术

在采煤机实现全工作面记忆截割的基础上，依据采煤机实时数据与煤壁视频相结合，通过监控中心远程操作台对采煤机进行人工干预，以满足复杂环境下采煤机的自动化控制。其中，记忆截割技术是指在满足地质条件的自动化工艺基础上，以采煤机学习示范刀运行参数为依据，以具有在线学习、修改参数功能的采煤机自动化控制系统为核心，完成综采工作面全工序自动化割煤的采煤机控制技术，采煤机记忆截割示意图及远程干预控制界面如图所示：

2.3工作面视频监控技术

井下工作面监控中心作为整个系统的“大脑”，把采煤机、液压支架、工作面“三机”（刮板机、转载机、破碎机）、泵站、顺槽胶带等主要设备当成一个整体设备进行控制，根据采煤机、刮板机、液压支架的工作状况及具体位置，按照“记忆割煤、自动化放煤、采放同步、一键启动”的控制方式进行连续自动化生产，同时结合工作面环境参数的变化情况进行协调控制。

根据工作面实际情况，设计安装视频监控系统（图 3），实现在井下监控中心和地面指挥控制中心对整个综采工作面的视频监控。煤壁监控摄像仪采集的视频实时上传至监控中心，提高了煤岩界面可视化程度：并由红外线传感器获得采煤机位置，通过软件处理实现摄像仪跟随采煤机无缝切换。

3煤炭智能化开采技术发展前景展望

3.1全面推进综采智能化技术

煤层赋存条件的复杂性和安全制约因素的多样性是综采智能化面临的最大难题。技术进步为解决难题提供了手段，合理的政策措施、科学的生产管理也是全面推进智能化开采的重要因素。

（1）加快完善煤炭资源管理与产能布局，将煤炭的安全高效绿色开采作为我国煤炭资源开发的基本产业政策，淘汰落后开采方法与产能装备，把智能化开采科学产能作为鼓励发展产能，从国家产业政策各相关方面给予支持。

（2）加大智能化开采原始创新力度，加强对不同煤层赋存条件下智能化开采技术适应性的攻关和煤炭智能化开采技术及装备体系研发，大力促进创新成果的转化、完善和全面推广应用，鼓励出口，提高行业的国际竞争能力。

（3）提高煤矿智能化开采的管理水平，提倡专业化的生产作业、设备维修、技术指导，提升每一个生产环节的效率和質量，建立完善的智能化开采技术标准体系。从技术、管理及政策措施等方面全面推进厚煤层智能化开采技术进步，实现煤炭安全高效绿色开采新目标。

3.2有限无人化开采目标

有限无人化开采是智能化开采的中高级阶段，要求在工作面正常生产期间，工作面中无人操作，端头和工作面巷道也要实现智能控制和基本无人操作，仅在设备正常维护、检修和特殊工况处理时，人员才进入工作面进行维护，实现有限条件下的无人化开采。上述目标建立在对整个工作面的煤层地质情况全面详细了解的基础上，要求整个工作面的设备有相当高的智能化水平和系统协调机制，综采装备和生产系统能够自动根据煤层地质条件变化修正开采行为，并对开采可能遇到的问题进行预判，同时全工作面建有完善的智能感知功能，实时监测开采环境变化情况，实时修正开采行为；系统具有学习功能，对不同条件的煤层开采方法进行学习与训练，这样在随后的开采过程中遇到类似条件时，系统自动根据已掌握的开采方法进行开采，提高决策的科学性与适应性，实现真正的智能化开采。为此，需要事先对工作面煤层地质条件进行高精度探测，构造满足开采精度要求的工作面煤层地质数字模型，综采设备根据该数字模型进行程序化、智能化开采。

结论：

随着我国煤矿逐渐转向深部开采，地质条件越来越复杂，智能化开采可以将工人从危险环境中解放出来，是保证煤矿安全高效开采的最有效途径。尽管当前已成功应用于部分矿区，但是仍有一些核心技术需进一步研究完善以满足各种复杂的开采条件。

参考文献

[1] 卫庆华，常昱.我国首家煤矿智能化开采技术创新中心落户黄陵矿区[J].陕西煤炭，2016，35（05）：67.

[2] 宋振骐，夏洪春，卢国志.“中国制造2025”背景下中厚煤层智能开采技术发展方向[J].同煤科技，2016（01）：1-5+8-9.

[3] 谢和平，王金华，姜鹏飞，刘见中，吴刚，周宏伟，任怀伟.煤炭科学开采新理念与技术变革研究[J].中国工程科学，2015，17（09）：36-41.

[4] 赵梦远.煤矿“无人化”自动开采技术的引领者[J].当代矿工，2015（08）：7-9.

[5] 李东印. 科学采矿评价指标体系与量化评价方法[D].河南理工大学，2012.