煤矿智能化开采技术分析

1.1 煤矿智能化开采的概念

近年来，随着人工智能技术的发展，智能算法不断更新，推进了煤矿智能化开采的发展。煤矿智能化开采是煤矿机械化和自动化开采的重要延伸，其强调的是实现煤矿的无人化开采。智能化开采技术就是使机电设备具有一些人的思维，对周围的开采环境有识别并做出相应处理的能力。通过这种方式，逐渐减弱人在煤矿开采中所发挥的作用，并保证设备能自动运行[4]。换句话说，智能化开采的本质就是给机电设备装上一个“大脑”，使机电设备具有思考的能力，将来由人操作的过程改为由电脑控制，具体如图 1 所示[5]。煤矿智能化开采的关键在于，设备上的控制程序对于煤矿井下复杂环境的适应性。因此，要实现煤矿的智能化开采并不是一件容易的事情，一方面，要进行智能算法的开发，使其能适应井下复杂的生产环境;另一方面，要开发相应的设备，例如传感器和微处理器等。煤矿智能化开采的主要目的是实现生产环节的智能化决策和自动化运行，主要工作岗位实现无人化。

1.2 煤矿智能化开采的重要性

传统的煤矿开采依赖于人力资源，安全事故发生时经常有人员伤亡。统计有关数据发现，2019 年上半年，全国煤矿事故死亡人数达到了 108 人，带来了恶劣的社会影响。虽然很多煤矿的安全措施已经足够完善，但由于煤矿水、瓦斯以及地质情况仍存在很大的不确定性，很难从源头上避免安全事故的发生。随着社会的发展对煤矿开采的要求也越来越高，其中最重要的是保证工人的生命安全。与此同时，中国煤矿开采的人力资源成本也逐渐上升，煤矿企业迫切需要减员提效。在这种背景下，煤矿的智能化开采应运而生。在煤矿生产过程中，夜班是令工人十分头痛的事情—

——工人的生物钟颠倒，很难有效适应，导致夜班时发生事故的可能性要于白班。而采用了煤矿智能化开采技术后，很多煤矿取消了夜班，极大地保证了工人的权益。此外，在传统开采过程中，很多机电设备需要人来操控，操控时需要通过肉眼识别开采状况来采取相应的操作。由于人的精力有限，在煤矿井下长时间工作，人的思想意识和操作动作很难不受影响，难以准确判断具体工作情况。这不仅导致开采效率降低，还容易因为设备误操作而引发安全事故。而采用煤矿智能化开采技术后，可以保证设备持续高效运行，极大地降低了误操作的概率，大大提高了煤矿的开采效率。综上所述，煤矿智能化开采技术在保证工人生命安全的基础上，大幅提高了煤矿生产效率，是未来煤矿开采技术发展的方向。

2 煤矿智能化开采的关键技术分析

2.1 地质雷达技术

由于煤矿开采是在地层中进行的，从岩层中准确识别煤层是十分关键的。在识别时，不仅要识别煤层的具体位置，还要识别煤层的厚度，以便为调整液压支架的高度提供参考。如果识别煤层出现较大的偏差，则会导致采煤机的截割高度不准确，出现截割岩层的情况或大量煤炭资源被遗弃在采空区中。因此，地质雷达技术是智能化开采成功实施的关键。工作面内的照明条件差，粉尘浓度高，很难采用视频监控技术来识别煤层信息，只能采用红外成像技术来识别煤层信息。这就要求采用的红外技术具有极高的灵敏度，能区别煤层热性质比较相似的岩层。此同时，还应该采用一些其他辅助技术，对工作面周的地质构成进行三维成像。

2.2 装备定位技术

在智能化开采过程中，装备的空间位置信息是正常采掘的重要保障。通过关键位置提供的准确路线，设备才能沿着预定的轨迹来工作。与此同时，设备的倾斜也是需要重点关注的问题。与地面定位相比，井下开采的定位十分困难。这是因为地面定位时有明确的参照物或 GPS，而在井下很难找到准确的参照物或接收到 GPS 信号虽然一些煤矿采用了中继通讯技术，井下有了 GPS信号来定位，但是这在工作面还是很难使用的。因为用于通讯的都是弱电信号，而在工作面开采时会有强的电磁场对弱电信号产生干扰，接收的信号存在较大的噪声，给设备定位带来极大的困难。对于设备位技术，不仅要克服强干扰的问题，还要克服定位精度不够的问题，这需要长时间研究。

2.3 视频成像技术

为了能准确地对井下开采情况进行实物监控，还需要对工作面开采过程实现视频成像。通过视频监控技术可以发现智能化开采中存在的问题，还可以在开采过程中遇到突发状况时及时做出决策。传统的视频成像技术很难在井下得到很好的应用，主要是因为井下的光线比较暗而且粉尘较多，摄像头的视线模糊。为此，需要采用一些特制的摄像机。针对井下光线较暗的情况，可以采用先进的 CCD 感光元件，工业级的感光度在 0.1x 左右。

2.4 设备故障诊断技术

在煤矿智能化开采过程中，需要用到的电子元器件非常多。由于井下恶劣的工作环境，很容易出现一些元件被损坏或失效的情况。而电子元器件的维修过程十分麻烦，很难通过肉眼识别故障。为此，需要智能化设备具有一定的故障诊断功能，发生故障时能及时报警，并提示发生故障的位置，以便及时维修。虽然现在也有一些故障诊断技术，但是诊断也是需要数据库才能准确识别故障的。而智能化开采刚刚处于起步阶段，很难建立可供参考的故障数据库，这就形成了一种矛盾。

3 结语

煤矿智能化开采是煤矿机械化和自动化开采的重要延伸，其强调的是实现煤矿的无人化开采。智能化开采的本质就是给机电设备装上一个“大脑”，使机电设备具有思考的能力，将原来由人进行操作的过程改为由电脑的程序控制。因此，要实现煤矿的智能化开采并不是一件容易的事情，不仅要进行智能算法的开发，使其适应井下复杂的生产环境，还要开发相应的设备，例如传感器和微处理器等。智能化开采的关键技术主要有地质雷达技术、装备定位技术、视频成像技术和故障诊断技术，希望通过相关论述，可以为认识煤矿的智能化开采提供参考。