淺論煤礦智能化礦井建設(shè)高質(zhì)量發(fā)展現(xiàn)狀研究

　　摘要：煤礦智能化對(duì)于保障煤炭安全穩(wěn)定供應(yīng)、推動(dòng)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展具有重要意義;煤礦智能化是煤炭安全增產(chǎn)保供的關(guān)鍵舉措，是實(shí)現(xiàn)行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的必由之路，陜煤集團(tuán)神木檸條塔礦業(yè)有限公司將多措并舉加快推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)，推動(dòng)采掘工作面智能化建設(shè)積極扎實(shí)開展，助力煤炭行業(yè)高質(zhì)量發(fā)展，進(jìn)一步夯實(shí)陜煤集團(tuán)神木檸條塔礦業(yè)公司安全基礎(chǔ)。同時(shí)，提出要加快推進(jìn)煤礦智能化建設(shè)，提高本質(zhì)安全水平，為高質(zhì)量發(fā)展提供強(qiáng)有力的支撐。

　　關(guān)鍵詞：煤礦智能化;采掘技術(shù);現(xiàn)狀

　　引言：

　　智能礦山行業(yè)涉及工業(yè)控制、網(wǎng)絡(luò)通信等多領(lǐng)域技術(shù)的綜合應(yīng)用,并且因煤礦工作環(huán)境復(fù)雜多樣，相應(yīng)系統(tǒng)產(chǎn)品存在定制化特征，因此智能礦山信息系統(tǒng)我們不僅需要掌握大量相關(guān)專業(yè)技術(shù)，還需要對(duì)產(chǎn)品的復(fù)雜應(yīng)用環(huán)境及多樣應(yīng)用場(chǎng)景擁有深刻理解，對(duì)技術(shù)人員的專業(yè)素質(zhì)要求較高。然而由于智能礦山的核心技術(shù)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等在我國(guó)起步較晚，綜合型專業(yè)人才較為缺乏，從而難以在短期內(nèi)培養(yǎng)出一批具備技術(shù)開發(fā)實(shí)力并擁有深厚行業(yè)實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)儲(chǔ)備的專業(yè)技術(shù)隊(duì)伍;綜上，進(jìn)入本行業(yè)面臨較高的人才壁壘。 煤礦智能化主要技術(shù)分類 (一)5G技術(shù)應(yīng)用

　　加快人工智能、5G技術(shù)、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)與云計(jì)算等為智能化礦山建設(shè)提供內(nèi)核動(dòng)力。5G的應(yīng)用將會(huì)重新定義煤礦生產(chǎn)的協(xié)同交互，充分利用5G技術(shù)的低延時(shí)特征，可以實(shí)現(xiàn)云技術(shù)等廣泛應(yīng)用，通過(guò)梳理包含煤礦智能工作面、高精密傳感器、工業(yè)圖像處理等在內(nèi)的智能化開采應(yīng)用場(chǎng)景，從而建立全新的生態(tài)鏈與產(chǎn)業(yè)鏈，促進(jìn)行業(yè)更高效、更安全地發(fā)展。在礦井中創(chuàng)新落地及行業(yè)聯(lián)動(dòng)方面還有待提升。5G技術(shù)的應(yīng)用不單是網(wǎng)絡(luò)建設(shè)的問(wèn)題，更應(yīng)該將它看作是一次生態(tài)的提升，要研究制定適應(yīng)煤礦井下安全運(yùn)行要求的5G設(shè)備和工業(yè)模組的標(biāo)準(zhǔn)，加強(qiáng)上下游企業(yè)的互聯(lián)互通，在技術(shù)研發(fā)、供應(yīng)鏈改造、基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)、智能終端應(yīng)用乃至商業(yè)化運(yùn)營(yíng)模式等方面，還需要進(jìn)行更深一步的協(xié)同共建。

　　(二)新型數(shù)字人才培養(yǎng)

　　礦山企業(yè)專業(yè)化發(fā)展急需培養(yǎng)新型數(shù)字人才。礦山企業(yè)破解發(fā)展困局、化解過(guò)剩產(chǎn)能、控制生產(chǎn)成本、實(shí)現(xiàn)高效發(fā)展，必須培養(yǎng)數(shù)字化、專業(yè)化、知識(shí)化的新型數(shù)字人才。智慧礦山將會(huì)把企業(yè)生產(chǎn)、輔助運(yùn)輸、安全管控、綜合調(diào)度、分選、供應(yīng)整合為一體，實(shí)現(xiàn)礦井“管、控、營(yíng)”一體化、安全可靠化、效益最大化。提升礦山企業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力,需要引進(jìn)國(guó)內(nèi)外更加先進(jìn)的智能化綜采設(shè)備和高精尖端技術(shù)，靠新工藝和新裝備來(lái)提升工作效率;礦業(yè)生產(chǎn)主動(dòng)調(diào)節(jié)供求關(guān)系，去產(chǎn)能、調(diào)結(jié)構(gòu)、穩(wěn)增長(zhǎng)，綠色生產(chǎn)、清潔利用、高效轉(zhuǎn)化等都需要大批新型數(shù)字人才。

　　(三)機(jī)器人集群

　　目前，安標(biāo)國(guó)家中心發(fā)布實(shí)施了《煤礦井下機(jī)器人安全標(biāo)志管理方案》《煤礦井下機(jī)器人基本安全要求(試行)》，正在申辦安全標(biāo)志的產(chǎn)品包括輸送帶沿線的掛軌式巡檢機(jī)器人、機(jī)電硐室中的巡檢機(jī)器人、采煤工作面巡檢機(jī)器人等，主要用于替代人工在特殊場(chǎng)所實(shí)現(xiàn)對(duì)環(huán)境、設(shè)備狀態(tài)等進(jìn)行巡視檢查。其中，掛軌式巡檢機(jī)器人是在原有井下掛軌式巡檢裝置的基礎(chǔ)上，通過(guò)增加圖像識(shí)別、自主導(dǎo)航、自主避障等智能化功能，并經(jīng)過(guò)防爆安全設(shè)計(jì)研發(fā)而成，雖然外觀結(jié)構(gòu)相似，但在功能和技術(shù)指標(biāo)上均有大幅度提升。

　　(四)圖像識(shí)別技術(shù)

　　圖像識(shí)別技術(shù)在煤礦井下的主要應(yīng)用場(chǎng)景是對(duì)設(shè)備狀態(tài)的識(shí)別，包括帶式輸送機(jī)的物料狀態(tài)、儀表讀數(shù)的視頻識(shí)別，以及對(duì)人臉、人員行為識(shí)別等，可以在一些特定區(qū)域替代人員值守和監(jiān)督,實(shí)現(xiàn)帶式輸送機(jī)異物識(shí)別、煤量檢測(cè) 、違章作業(yè)監(jiān)督等，還可用于煤矸識(shí)別和分選。目前，圖像識(shí)別技術(shù)已在部分礦井試用，但受到煤礦井下環(huán)境的影響，以及識(shí)別技術(shù)水平的參差不齊，應(yīng)用效果也不盡相同。

　　(五)透明地質(zhì)應(yīng)用技術(shù)

　　針對(duì)煤礦采、掘、機(jī)、運(yùn)、通等全生產(chǎn)流程及地質(zhì)探測(cè)的智能化，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了廣泛而深人的研發(fā)與實(shí)踐。針對(duì)智能化開采地質(zhì)保障技術(shù)，提出了煤礦地質(zhì)透明化概念、基于GIS (地理信息系統(tǒng))與BIM (建筑信息模型)融合，構(gòu)建高精度地質(zhì)模型，建設(shè)地質(zhì)云等相關(guān)思路;針對(duì)制約煤巷快速掘進(jìn)的主要因素，從掘、支、錨、運(yùn)、破等全工藝流程分析人手，研發(fā)了適用于不同巷道條件的快速掘進(jìn)技術(shù)與裝備，提出了基于遠(yuǎn)程控制的巷道智能快速掘進(jìn)方法;針對(duì)我國(guó)煤層賦存及生產(chǎn)技術(shù)條件的多樣性，研發(fā)了工作面實(shí)現(xiàn)智能化開采的4種成套技術(shù)與裝備模式，開發(fā)了基于煤層厚度變化的采煤機(jī)自適應(yīng)截割、液壓支架自適應(yīng)支護(hù)、刮板輸送機(jī)智能調(diào)速、多設(shè)備智能協(xié)同控制等技術(shù)與裝備。

　　二、煤礦智能化主要技術(shù)問(wèn)題

　　(一)難以適應(yīng)復(fù)雜工作面。綜放工作面智能.化放頂煤技術(shù)尚無(wú)實(shí)質(zhì)性突破;煤機(jī)裝備的可靠性及自適應(yīng)控制技術(shù)有待突破;綜采設(shè)備群智能協(xié)同控制效果有待提升;工作面端頭支架、超前支架智能化水平較低;采煤機(jī)自主精準(zhǔn)智能調(diào)高、工作面慣性導(dǎo)航自動(dòng)調(diào)直等未取得良好的應(yīng)用效果，相關(guān)感知信息有效利用率較低，不同類型感知信息的融合分析效果較差，尚未形成完善的感知、分析、決策、控制閉環(huán)，特別在復(fù)雜開采條件下，智能化開采大多沒(méi)有發(fā)揮出理想效果。

　　(二)大系統(tǒng)、多系統(tǒng)兼容協(xié)同困難。煤礦智能化是一個(gè)復(fù)雜的巨系統(tǒng)，由于技術(shù)和商務(wù)利益等多重因素影響，各子系統(tǒng)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)水準(zhǔn)參差不齊，智能化煤礦不同系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)兼容、網(wǎng)絡(luò)兼容、業(yè)務(wù)兼容和控制兼容效果不佳，主要表現(xiàn)為數(shù)據(jù)格式不統(tǒng)一、網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議兼容性差、業(yè)務(wù)系統(tǒng)兼容性較差、系統(tǒng)間協(xié)同控制兼容性差。

　　(三)無(wú)線控制的可靠性有待進(jìn)一步研究。未來(lái)5G、WiFi6等無(wú)線通信技術(shù)將廣泛應(yīng)用于煤礦井下，將無(wú)線通信應(yīng)用于重要設(shè)備的控制，其可靠性相對(duì)于之前的有線或現(xiàn)場(chǎng)控制，究竟有多大差別，目前缺乏依據(jù)和深人的研究，是否可替代有線和就地控制，是否需要冗余設(shè)計(jì)也有待進(jìn)一步研究。如果無(wú)線控制的可靠性無(wú)法保證，還需另敷設(shè)有線設(shè)備，將在很大程度上限制井下無(wú)線通信的發(fā)展。

　　(四)網(wǎng)絡(luò)及信息化安全水平有待進(jìn)一步提高。與之前相比，現(xiàn)在煤礦的信息化水平已大幅提高，有些煤礦還將井上和井下的系統(tǒng)都接人了外部.公網(wǎng)，在一定程度上方便了煤礦的信息化工作，但是所帶來(lái)的信息安全隱患也大幅提高，煤礦信息網(wǎng)絡(luò)的安全性和可靠性直接影響到煤礦的安全生產(chǎn),一旦煤礦內(nèi)網(wǎng)包括井下網(wǎng)絡(luò)遭遇黑客攻擊,將極有可能影響煤礦的安全生產(chǎn)。

　　(五)機(jī)器人可靠性和適應(yīng)能力不足。煤礦機(jī)器人基礎(chǔ)共性關(guān)鍵技術(shù)存在諸多不足，動(dòng)力、行走機(jī)構(gòu)、定位、自主感知與決策、精準(zhǔn)導(dǎo)航、避障、續(xù)航管理以及輕型防爆材料等相關(guān)技術(shù)尚未突破;現(xiàn)有煤礦機(jī)器人智能化程度較低、體型較笨重、靈活性較差，對(duì)復(fù)雜煤層適應(yīng)性較差;特殊作業(yè)機(jī)器人待開發(fā)。

　　三、煤礦智能化存在的管理問(wèn)題

　　(一)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺乏對(duì)實(shí)際效果的評(píng)判。現(xiàn)有的大部分智能礦山相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)基本對(duì)各生產(chǎn)環(huán)節(jié)、分項(xiàng)子系統(tǒng)的技術(shù)裝備、軟件功能做了規(guī)定，量化了評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)和評(píng)定辦法，強(qiáng)化了達(dá)標(biāo)的概念。但仍然存在比拼技術(shù)裝備而忽視應(yīng)用效果的問(wèn)題。例如，大部分標(biāo)準(zhǔn)都提到礦山巡檢機(jī)器人的應(yīng)用，但對(duì)于

　　機(jī)器人必須完成的細(xì)化功能或者能夠達(dá)到的最終應(yīng)用效果，并未詳細(xì)說(shuō)明，對(duì)某項(xiàng)指標(biāo)的描述，往往不涉及覆蓋面，僅強(qiáng)調(diào)對(duì)標(biāo)不缺項(xiàng)。

　　(二)相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)需要與時(shí)俱進(jìn)。智能礦山的發(fā)展，存在部分標(biāo)準(zhǔn)法規(guī)發(fā)展相對(duì)滯后的問(wèn)題，一定程度上影響了智能礦山的應(yīng)用效果。例如，《煤礦安全規(guī)程》對(duì)于巡檢、值守、瓦檢等有明確的規(guī)定，而要求采用煤礦工人實(shí)現(xiàn)巡檢會(huì)對(duì)智能化巡檢機(jī)器人及裝置的大規(guī)模應(yīng)用推廣產(chǎn)生-定影響。

　　(三)缺少相關(guān)政策性指導(dǎo)。煤礦井下運(yùn)輸一直以來(lái)都是煤礦安全的重要環(huán)節(jié)，然而針對(duì)目前煤礦井下無(wú)人駕駛、無(wú)人運(yùn)輸，缺乏政策性的指導(dǎo)。

　　(四)制定適合各類煤礦實(shí)際情況的智能化標(biāo)準(zhǔn)。智能化標(biāo)準(zhǔn)是煤礦建設(shè)、設(shè)備廠商設(shè)計(jì)生產(chǎn)等過(guò)程中必須遵守的要求和規(guī)定;因此，制定標(biāo)準(zhǔn)時(shí)應(yīng)當(dāng)充分考慮各類不同特點(diǎn)的礦井，明確其應(yīng)該達(dá)到的智能化要求，并且應(yīng)當(dāng)考慮智能化給煤礦帶來(lái)的實(shí)際效果及解決的問(wèn)題，避免出現(xiàn)比拼技術(shù)裝備的情況，避免人力物力浪費(fèi)。

　　(五)推進(jìn)多系統(tǒng)融合。目前煤礦使用的系統(tǒng)均需經(jīng)過(guò)本安關(guān)聯(lián)檢驗(yàn)，多系統(tǒng)融合之間的本安關(guān)聯(lián)與配接問(wèn)題直接與煤礦井下防爆安全相關(guān)。其次，還需要推進(jìn)煤礦信息通信協(xié)議的統(tǒng)一。應(yīng)針對(duì)目前煤礦各種用途、各種應(yīng)用層級(jí)以及各種通信方式的協(xié)議統(tǒng)一，從前端數(shù)據(jù)采集、網(wǎng)絡(luò)傳輸、邏輯、控制等多方面統(tǒng)一煤礦通信協(xié)議。只有在保證防爆安全、協(xié)議統(tǒng)一的基礎(chǔ)上，才能真正實(shí)現(xiàn)煤礦各種系統(tǒng)、設(shè)備間的融合、聯(lián)動(dòng)與統(tǒng)一協(xié)調(diào)管控。

　　(六)建立無(wú)線、有線相結(jié)合的井下通信網(wǎng)絡(luò)。如前文中所提到的，無(wú)線通信用于對(duì)重要設(shè)備的遠(yuǎn)程控制，缺少對(duì)其可靠性及穩(wěn)定性的相關(guān)研究。因此，一方面要加強(qiáng)相關(guān)領(lǐng)域的研究,另一方面為了保證煤礦安全，采用無(wú)線與有線相結(jié)合的方式，對(duì)重要安全設(shè)備的控制以及安全信息數(shù)據(jù)的采集，應(yīng)采用有線或有線無(wú)線相結(jié)合的設(shè)計(jì)，而普通數(shù)據(jù)的傳輸可采用高質(zhì)量無(wú)線傳輸?shù)姆绞?，建立煤礦井下高效、高可靠性融合組網(wǎng)技術(shù)。

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