劉青紅

（中鋁寧夏能源集團(tuán)有限公司，寧夏 銀川 750002）

煤炭作為我國重要的能源之一，其重要性不言而喻。充分地了解世界能源格局與我國非再生能源開采的實際情況后，必須要將我國自身的煤炭開采技術(shù)提高，不斷探索更加高效的開采技術(shù)，逐步完成智能化開采目標(biāo)。我國大力倡導(dǎo)的信息化技術(shù)與智能化技術(shù)以及人工技術(shù)所結(jié)合的工業(yè)技術(shù)，能夠有效地在根本上解決煤礦高效率開采所遇到的各種阻礙，同時這也是發(fā)展智能化煤礦的主體方向。我國的煤礦開采技術(shù)、設(shè)備經(jīng)過長時間的發(fā)展，已經(jīng)從依賴進(jìn)口，變成自主創(chuàng)新。通過使用智能化開采技術(shù)，已經(jīng)將以往的開采技術(shù)與設(shè)備的操作水平提升了幾個檔次，同時還基本實現(xiàn)了全部國產(chǎn)，利用國產(chǎn)技術(shù)與設(shè)備也更好地實現(xiàn)了在薄與極薄層開采、大采高與超大采高及超厚煤層的綜合開采，促進(jìn)我國的智能化開采技術(shù)水平得到進(jìn)一步的提高，并且為進(jìn)一步完成智慧煤礦建設(shè)與智能化開采奠定了良好基礎(chǔ)。根據(jù)智能化及智能化開采為中心，提升煤礦開采效率的同時，將智能、安全、高效帶入煤礦開采中，來實現(xiàn)現(xiàn)代化煤礦生產(chǎn)體系的完善構(gòu)建。

1 智能化煤礦技術(shù)架構(gòu)

智能化煤礦的主體建設(shè)方向是否正確取決于智能化煤礦的頂層設(shè)計是否合理。智能化煤礦的建設(shè)過程具有一定的綜合性質(zhì)，其建設(shè)需要在一套標(biāo)準(zhǔn)的體系上搭建感知網(wǎng)絡(luò)，并且利用感知網(wǎng)絡(luò)來建立一個高數(shù)據(jù)的輸送通道，將收集的各路信息匯聚一身，形成一個云數(shù)據(jù)中控平臺，此平臺可以根據(jù)不同部門的業(yè)務(wù)需求，針對性做出相對性的服務(wù)。智能化煤礦的建設(shè)主要包括八大系統(tǒng)：能夠?qū)M(jìn)行精準(zhǔn)定位的導(dǎo)航系統(tǒng)；集合采掘探為一體的地質(zhì)數(shù)據(jù)分析系統(tǒng)；能夠智能檢測工作面的檢測系統(tǒng)；能夠智能精準(zhǔn)開采的采掘系統(tǒng)；能夠及時對災(zāi)難進(jìn)行預(yù)警的危險防控系統(tǒng)；能夠?qū)γ禾窟M(jìn)行處理的洗選系統(tǒng)；能夠管理施工設(shè)備的智能管理系統(tǒng)；物聯(lián)網(wǎng)的綜合管理系統(tǒng)等八大系統(tǒng)。

智能化煤礦在頂層設(shè)計時必須將信息打通，避免出現(xiàn)信息不全與信息重復(fù)的現(xiàn)象，在遵循采礦規(guī)則的基礎(chǔ)上，將智能技術(shù)與人工采礦相融合。智慧煤礦的核心組成就是智能開發(fā)，智能開采主要包括感知智能、決策智能、控制職能三個核心要素。自動化開采與傳統(tǒng)人工開采兩者之間的不同之處就在于智能化開采可以在一定程度上減少人力成本，提高工作人員安全系數(shù)，并且其自身還具備一定程度的自主決策能力，具有這樣功能的設(shè)備，在不同的開采環(huán)境中才能保證開采進(jìn)度，做到智能化開采，將人員安全隱患將到最低，進(jìn)而實現(xiàn)無人井下作業(yè)，使煤礦的開采安全得到有效的保證，進(jìn)一步推動智能煤礦的發(fā)展，促進(jìn)智慧煤礦的建設(shè)。

2 智能化煤礦關(guān)鍵核心技術(shù)研究方向

我國近幾年對于自動智能化煤炭開采與煤礦物聯(lián)技術(shù)進(jìn)行的研究已經(jīng)獲得了極大的進(jìn)展與成果，并且利用這兩項技術(shù)建設(shè)了一批信息化智能管理的先進(jìn)礦井。由于煤礦開采具有很強的綜合性質(zhì)，多數(shù)的工作面還達(dá)不到真正的智能化水準(zhǔn)，就導(dǎo)致智慧礦井的建設(shè)還停留在起步階段。

2．1 精準(zhǔn)地質(zhì)信息系統(tǒng)及采掘探測技術(shù)裝備

煤礦的地質(zhì)信息會隨著采掘工作的進(jìn)展而發(fā)生不同變化的動態(tài)信息。將地址信息精準(zhǔn)化是煤礦采掘的基本也是核心，也是智能模塊形成的基礎(chǔ)條件。所以，開發(fā)工作面使用智能采掘系統(tǒng)及裝備，將采掘數(shù)據(jù)與地址信息自動采集、處理、分析從而構(gòu)建一個精確的四維動態(tài)巷道圖，將礦井內(nèi)部全方位信息透明化，從而實現(xiàn)將地質(zhì)信息、測量數(shù)據(jù)及巷道掘進(jìn)動態(tài)，形成三維電子圖進(jìn)行管理，這些就是實現(xiàn)智能化煤礦的基礎(chǔ)條件。

目前，2D與3D地測技術(shù)，基本可以實現(xiàn)多個部門進(jìn)行數(shù)據(jù)互通共享及重要圖件繪制、文件報表報備等工作，在日常的管理工作中合理使用該項技術(shù)能夠有效地將工作的效率提高，同時，也能使工作的質(zhì)量得到保證。若想真正意義上實現(xiàn)人工智能開采只憑這些是完全不夠的，必須要求技術(shù)系統(tǒng)可以隨著開采的進(jìn)度推進(jìn)自身設(shè)備可以實現(xiàn)自動學(xué)習(xí)、自動更新、自動反饋、自動操作。當(dāng)前，首要任務(wù)是在現(xiàn)有三維GIS技術(shù)管理平臺上，將采掘過程中收集的各種數(shù)據(jù)信息及研發(fā)工作面3D地質(zhì)動態(tài)圖繪制技術(shù)結(jié)合，構(gòu)建出一個透明化采礦的智能化掘進(jìn)技術(shù)與地質(zhì)分析匯聚一身的管理平臺，此平臺可以為以后煤礦開展工作提高安全保障。

建設(shè)煤礦的4D云GIS平臺，需要具備能夠?qū)Χ嘣V井構(gòu)造進(jìn)行檢測與數(shù)據(jù)分析以及能夠?qū)γ旱V進(jìn)行GIS圖件的繪制等等集為一身的管理平臺。其主要可以實現(xiàn)對GIS三維平臺的搭建，礦井內(nèi)部預(yù)測數(shù)據(jù)信息的共享及礦井GIS圖形管控和移動客戶終端的技術(shù)研發(fā)等。

2．2 智能化煤礦物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)與裝備

通過煤礦物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的研發(fā)與應(yīng)用，一方面，它有效地構(gòu)建了一個能夠準(zhǔn)確定位井下工作人員的具體位置的感知區(qū)域，為發(fā)生危險時進(jìn)行搜救提供了更加有力的幫助；另一方面，煤礦物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)通過與云計算和邊緣計算的充分結(jié)合，促進(jìn)了設(shè)備數(shù)據(jù)的完美互通。

（1）物聯(lián)網(wǎng)位置服務(wù)。物聯(lián)網(wǎng)位置服務(wù)是建立在超寬帶定位技術(shù)的基礎(chǔ)上，并且能夠在復(fù)雜的工作面上進(jìn)行操作，可以針對現(xiàn)場的實質(zhì)情況作出進(jìn)一步的分析，來精確定位數(shù)據(jù)的一種算法，并以慣導(dǎo)及激光雷達(dá)輔助其進(jìn)行精準(zhǔn)定位，建立一個完善的協(xié)同定位平臺。該平臺能夠?qū)崿F(xiàn)網(wǎng)絡(luò)自主功能，而且還能夠智能化補償走時與晶振出現(xiàn)的誤差現(xiàn)象，實現(xiàn)對設(shè)備及操作設(shè)備的人員及設(shè)備運轉(zhuǎn)速度進(jìn)行精確的定位計算，以此避免設(shè)備在運轉(zhuǎn)中出現(xiàn)碰撞故障，保證設(shè)備及人員的安全。

（2）物聯(lián)網(wǎng)云計算服務(wù)?；ヂ?lián)網(wǎng)云計算是將分布式計算作為基礎(chǔ)，并且構(gòu)建出綜合采礦工作面大數(shù)據(jù)的計算構(gòu)架，從而得到最標(biāo)準(zhǔn)的算法庫，實現(xiàn)綜合數(shù)據(jù)體系的實時分析、聚類，實現(xiàn)主流數(shù)據(jù)可視化工具的研發(fā)并與外部數(shù)據(jù)實現(xiàn)互交互補。

2．3 巷道智能化快速掘進(jìn)技術(shù)與裝備

進(jìn)行煤礦開采的前提工作就是巷道掘進(jìn)，采掘失調(diào)是最容易發(fā)生的問題，目前，很多煤礦都主要以單體錨桿鉆機(jī)來進(jìn)行煤礦挖掘的支護(hù)工作，但是，這種支護(hù)方式存在許多弊端，如鉆孔效率低、工作復(fù)雜等，這些問題最終導(dǎo)致了鉆機(jī)出現(xiàn)定位困難現(xiàn)象。導(dǎo)致錨桿支護(hù)時間長，大大延誤了巷道掘進(jìn)的進(jìn)度，同時，還存在裝備落后、工藝水平不達(dá)標(biāo)等問題，掘、錨兩項工作在有限的巷道空間中出現(xiàn)不協(xié)調(diào)作業(yè)的情況，嚴(yán)重限制了掘進(jìn)工作的效率性。若要從根本處解決這一問題，就要將掘、錨兩項工作維持平衡。

3 智能化煤礦與智能化開采發(fā)展目標(biāo)

智能化煤礦的最終目標(biāo)就是使煤礦的開采工作具備更加完善的智慧學(xué)堂，其包括智能運行、科學(xué)安全、環(huán)保開采的一個新型開采模式。將煤炭機(jī)械化開采與自動化開采進(jìn)行有機(jī)結(jié)合后，所形成的新技術(shù)就是智能化開采，其主要完成的目標(biāo)就是將智能化煤礦開采徹底的代替?zhèn)鹘y(tǒng)的人力煤礦開采，最終實現(xiàn)井下無人操作。目前，智慧化智能開采技術(shù)還處于一個萌發(fā)階段，若想將其完整完善化，就必須規(guī)劃出合理的發(fā)展目標(biāo)。

（1）近期目標(biāo)。根據(jù)目前我國的煤炭信息化與智能化開采技術(shù)，不斷地探索與研發(fā)更加有效的信息化與智能化開采技術(shù)，并將新技術(shù)加以推廣，從而在2020年建立百所示范煤礦，這百所示范煤礦必須具備智慧智能開采的初步框架，煤礦內(nèi)部采掘也需要將三個大重點部位，實現(xiàn)崗位無人、巡邏有人、遠(yuǎn)程操控的自動化生產(chǎn)模式。

（2）中期目標(biāo)。最遲到2025年，我國將徹底地解決智能化煤礦智能化開采中所遇到的難題，并且在全國范圍內(nèi)的各大煤礦樹立以智慧煤礦智能開采的目標(biāo)，進(jìn)一步完善智慧煤礦的多信息融合系統(tǒng)，并將井下高危作業(yè)崗位用機(jī)器代替人工，徹底地實現(xiàn)智能化無人操作的目標(biāo)。

（3）遠(yuǎn)期目標(biāo)。預(yù)計到2035年，我國會使智能化煤礦智能開采技術(shù)得到全面的革新，在全國范圍內(nèi)實施煤礦的智能化開采，并且使煤礦內(nèi)運行的每個機(jī)器和環(huán)節(jié)都具備智能決策，進(jìn)行自動運行，達(dá)到全礦設(shè)備一鍵式操作，逐步實現(xiàn)機(jī)械化生產(chǎn)，徹底地完成機(jī)器操作取代人工操作，不斷推進(jìn)我國煤炭行業(yè)的健康穩(wěn)定發(fā)展。

4 結(jié)語

我國煤炭企業(yè)的未來發(fā)展趨勢就是智能化煤礦與智能化開采，將頂層的設(shè)計工作做好是進(jìn)行智能化煤礦與智能化開采的基礎(chǔ)，也是重要前提，應(yīng)堅持正確的原則，合理科學(xué)地規(guī)劃智慧煤礦的總體框架，并建立完善的工作管理體系，同時，結(jié)合技術(shù)進(jìn)步，進(jìn)一步提升各系統(tǒng)智能化水平，構(gòu)建多產(chǎn)業(yè)鏈、多系統(tǒng)集成的煤礦智能化系統(tǒng)，建成智能感知、智能決策、自動執(zhí)行的智能化煤礦，使煤炭開采工作的安全系數(shù)得到進(jìn)一步的提高，促進(jìn)我國煤炭企業(yè)更好更快地發(fā)展。