安全高效智能化煤炭開采技術(shù)現(xiàn)狀與展望

楊彥偉

摘 要：高效推進(jìn)煤礦智能化開采是落實(shí)習(xí)近平總書記國家能源安全發(fā)展戰(zhàn)略思想的重要舉措，是煤炭企業(yè)建設(shè)智慧礦山的重要組成部分，是煤炭工業(yè)發(fā)展的必然趨勢(shì)，也是提升安全生產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)化水平的必由之路，還是推動(dòng)企業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的內(nèi)在需要。文章以山東翟鎮(zhèn)煤礦開展智能化煤礦開采為例，對(duì)當(dāng)前煤礦企業(yè)安全高效智能化煤炭開采技術(shù)現(xiàn)狀進(jìn)行分析，并展望未來發(fā)展趨勢(shì)。

關(guān)鍵詞：智能礦山;能源轉(zhuǎn)型;開采技術(shù);應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)

中圖分類號(hào)：TD82文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A文章編號(hào)：1674-1064（2021）09-0-02

DOI：10.12310/j.issn.1674-1064.2021.09.009

當(dāng)前，煤礦企業(yè)實(shí)施安全高效智能化煤炭開采是建設(shè)智慧礦山的重點(diǎn)工作。為加快推進(jìn)智慧礦山建設(shè)，煤礦企業(yè)面臨三大挑戰(zhàn)。一是開采技術(shù)方面的挑戰(zhàn)。煤炭企業(yè)相關(guān)專家技術(shù)人員要對(duì)智能應(yīng)用的生產(chǎn)模式、開采技術(shù)、設(shè)備管理、管理程序進(jìn)行深入了解，徹底解決集中控制問題。二是應(yīng)對(duì)煤炭開采地質(zhì)條件的挑戰(zhàn)。當(dāng)前，翟鎮(zhèn)煤礦在采礦施工過程中，面臨著礦井下工作面地質(zhì)條件復(fù)雜、有多處斷層構(gòu)造、常常遭遇孤島工作面等問題。三是智能應(yīng)用對(duì)煤礦施工人員技術(shù)操作的挑戰(zhàn)。智能工作面從管理人員到崗位，都需要現(xiàn)場(chǎng)作業(yè)人員從頭學(xué)起，必須在短時(shí)期內(nèi)熟練掌握智能化生產(chǎn)的相關(guān)工藝、操作流程、操作技術(shù)等。

1 智能化煤炭開采技術(shù)現(xiàn)狀

煤礦智能化是煤炭生產(chǎn)力和生產(chǎn)方式革命的新方向，是煤炭工業(yè)高質(zhì)量發(fā)展的核心技術(shù)支撐。隨著翟鎮(zhèn)煤礦開采深度的不斷增加，井下生產(chǎn)條件的多變性和井下系統(tǒng)的復(fù)雜性都成為礦企必須要解決的棘手問題。特別是沖擊地壓威脅和安全管理壓力與日俱增，嚴(yán)重制約了礦井安全高效發(fā)展。為克服煤礦井下地質(zhì)條件差、開采技術(shù)要求高等困難，就需要強(qiáng)化智能化技術(shù)在煤炭開采領(lǐng)域的應(yīng)用，通過運(yùn)用智能化手段，為煤礦企業(yè)實(shí)現(xiàn)安全、高效、綠色、智能發(fā)展奠定基礎(chǔ)。

在對(duì)智能新設(shè)備使用和檢修以及對(duì)新工藝學(xué)習(xí)上，翟鎮(zhèn)煤礦的員工有一定的畏難情緒，認(rèn)為干放頂煤是老本行，對(duì)于這種運(yùn)用智能手段實(shí)現(xiàn)一次采全高心里沒底，甚至還會(huì)有抵觸情緒。在智能工作推進(jìn)過程中，視頻環(huán)網(wǎng)和工業(yè)控制環(huán)網(wǎng)同管鋪設(shè)時(shí)，出現(xiàn)了數(shù)據(jù)傳輸出現(xiàn)不流暢、卡頓現(xiàn)象，數(shù)據(jù)傳輸因出現(xiàn)卡頓，對(duì)井下開采影響非常大，導(dǎo)致推進(jìn)智能化開采技術(shù)，遭遇到人為因素干擾[1]。

推進(jìn)開采技術(shù)智能化，煤礦企業(yè)還面臨智能設(shè)備管理不到位等薄弱環(huán)節(jié)，個(gè)別員工安全紅線意識(shí)不強(qiáng)、安全基礎(chǔ)工作薄弱，特別是現(xiàn)場(chǎng)管理不到位、重大災(zāi)害治理不到位、安全風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)淡薄、違法違規(guī)轉(zhuǎn)包承包，以及煤價(jià)高位運(yùn)行、煤礦超能力、超強(qiáng)度開采愿望強(qiáng)烈、基層安全監(jiān)管弱化等問題，需要煤礦企業(yè)加大力度采取相關(guān)安全管理措施，全面開展煤礦安全大排查，深化煤礦安全生產(chǎn)專項(xiàng)整治“三年行動(dòng)”，大力實(shí)施煤礦智能化開采，淘汰退出不具備安全條件的各類煤礦;開展“三敬畏、反三違”和警示教育活動(dòng)，強(qiáng)化安全責(zé)任的落實(shí)，嚴(yán)厲打擊違法違規(guī)行為，通過事故教訓(xùn)推動(dòng)煤礦安全生產(chǎn)工作。

當(dāng)前，在實(shí)施安全高效智能化煤炭開采技術(shù)過程中，盡管煤炭生產(chǎn)采用了一些新裝備新工藝，但與其他行業(yè)相比，礦井對(duì)智能化新技術(shù)運(yùn)用相應(yīng)較少，仍存在礦工勞動(dòng)強(qiáng)度大、安全無保障等問題。經(jīng)濟(jì)、安全、環(huán)保等效益最大化是智能化礦山建設(shè)的初衷，要求煤礦企業(yè)進(jìn)行智能化指令植入，實(shí)現(xiàn)開采裝備智能化，并本著少投入、多收益的原則，與智能化煤礦裝備制造廠家溝通協(xié)調(diào)，通過改進(jìn)設(shè)備實(shí)現(xiàn)智能化作業(yè)。

2 實(shí)施安全高效智能化開采技術(shù)的方式方法

當(dāng)前，煤礦企業(yè)在煤炭開采過程中，采掘比例失調(diào)，其難點(diǎn)是掘進(jìn)巷道過程中要完成頂板支護(hù)，導(dǎo)致掘進(jìn)速度慢，造成采掘銜接緊張。這就需要煤炭企業(yè)著力攻克用機(jī)器人支護(hù)取代人工支護(hù)等智能掘進(jìn)難題，努力使回采、掘進(jìn)都實(shí)現(xiàn)智能化。近年來，采礦業(yè)環(huán)境制約趨緊，要素成本上升，亟待利用新一代信息通信技術(shù)加快數(shù)字化轉(zhuǎn)型進(jìn)程，實(shí)現(xiàn)少人、無人生產(chǎn)[2]。

與傳統(tǒng)開采模式相比，智能化開采將員工從危險(xiǎn)性較高的采煤工作面，轉(zhuǎn)移到安全環(huán)境較好的順槽監(jiān)控中心和地面遠(yuǎn)控中心，單班作業(yè)人數(shù)減少一半，采煤效率得到了極大提高，很好地促進(jìn)了安全高效生產(chǎn)。為把井下開采工作面管理好、運(yùn)維好，翟鎮(zhèn)煤礦以智能化技術(shù)為保障，提升礦井高效生產(chǎn)水平，降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度，實(shí)現(xiàn)職工體面勞動(dòng)。翟鎮(zhèn)智慧礦山總體建設(shè)目標(biāo)將人工智能、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)、云計(jì)算、大數(shù)據(jù)、機(jī)器人、智能裝備等與現(xiàn)代煤炭開發(fā)利用深度融合，實(shí)現(xiàn)礦山“人、機(jī)、環(huán)”數(shù)據(jù)智能化精準(zhǔn)采集、網(wǎng)絡(luò)化傳輸、規(guī)范化集成;建立統(tǒng)一的集成管控平臺(tái)，實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)全過程一體化智能控制、經(jīng)營全流程一體化協(xié)同管理。

在智能化應(yīng)用過程中，翟鎮(zhèn)煤礦建設(shè)了基于大數(shù)據(jù)中心的安全生產(chǎn)信息云服務(wù)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)煤炭無人（少人）開采與災(zāi)害防控一體化的智能化采礦，實(shí)現(xiàn)了原煤運(yùn)輸、供電、排水、通風(fēng)、壓風(fēng)等環(huán)節(jié)遠(yuǎn)程智能控制、無人值守，最終形成全面感知、實(shí)時(shí)互聯(lián)、分析決策、自主學(xué)習(xí)、動(dòng)態(tài)預(yù)測(cè)、協(xié)同控制的智能系統(tǒng)。

近年來，翟鎮(zhèn)煤礦全力推進(jìn)智慧礦山建設(shè)，以井下智能工作面為試點(diǎn)，打造“智能感知、記憶割煤、少人巡視、減人提效”智能工作面的開采模式，開創(chuàng)了煤炭企業(yè)復(fù)雜條件下智能工作面開采的先河。翟鎮(zhèn)煤礦在智能礦山應(yīng)用領(lǐng)域，煤礦結(jié)合礦井生產(chǎn)地質(zhì)條件和發(fā)展需要，按照“系統(tǒng)最優(yōu)化、巷道最簡化、采煤自動(dòng)化、掘錨一體化、運(yùn)輸連續(xù)化、值守?zé)o人化、礦井智能化”的“七化”標(biāo)準(zhǔn)和建成“規(guī)模最佳、系統(tǒng)最優(yōu)、裝備精良、管理最好、效益最高”的安全、環(huán)保、高效型礦區(qū)的目標(biāo)，以“一優(yōu)二補(bǔ)三減四化”為抓手，著力推進(jìn)礦井智能化建設(shè)，制定了《公司智能化礦井建設(shè)規(guī)劃方案》，使整個(gè)煤礦實(shí)現(xiàn)或達(dá)到智能化開采水平。

3 安全高效智能化煤炭開采技術(shù)展望

當(dāng)前，煤炭企業(yè)智能化開采已經(jīng)成為國家決策導(dǎo)向、行業(yè)發(fā)展方向，翟鎮(zhèn)煤礦第一時(shí)間成立了智慧礦山領(lǐng)導(dǎo)小組，組建了智能工作面開采工作隊(duì)伍。組織人員到國內(nèi)智能化開采先進(jìn)單位調(diào)研觀摩、學(xué)習(xí)培訓(xùn)，制定了翟鎮(zhèn)煤礦智慧礦山建設(shè)中長期規(guī)劃和智能工作面開采工作方案，并加強(qiáng)與設(shè)備制造廠家的溝通聯(lián)系，積極參與設(shè)備選型等前期工作。通過研究和測(cè)試，翟鎮(zhèn)煤礦將實(shí)現(xiàn)電液控制數(shù)據(jù)傳輸和視頻信息傳輸可以分開鋪設(shè)。確保井下兩道的支護(hù)設(shè)備穩(wěn)定性很高，開采作業(yè)人員通過用遙控器就能操作，始終重視和追求煤炭開采技術(shù)的變革及發(fā)展，從人工打眼放炮到半機(jī)械化，從綜合機(jī)械化再到智能化開采，采煤工藝的每一次變遷都成為煤礦發(fā)展的“新動(dòng)能”。

實(shí)施智能礦山過程中，翟鎮(zhèn)煤礦針對(duì)井下工作面條件復(fù)雜的實(shí)際，開展智能礦山應(yīng)堅(jiān)持以問題導(dǎo)向，認(rèn)真落實(shí)公司“方案可行、能夠應(yīng)對(duì)復(fù)雜條件、保證安全和減輕勞動(dòng)強(qiáng)度減少人員投入”四項(xiàng)要求，并借鑒國內(nèi)外先進(jìn)成熟的經(jīng)驗(yàn)，采用“采煤機(jī)記憶截割+支架自動(dòng)作業(yè)+人工遠(yuǎn)程視頻監(jiān)控干預(yù)”智能化開采工藝，通過地面綜合監(jiān)控中心對(duì)進(jìn)行綜采設(shè)備智能監(jiān)測(cè)與集中控制，使開采工藝努力適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件下的開采要求[3]。

人才是實(shí)現(xiàn)智能化開采的“金鑰匙”，智能化開采隊(duì)伍組建離不開人才培養(yǎng)，為深入推進(jìn)智能礦山建設(shè)，翟鎮(zhèn)煤礦應(yīng)選派有機(jī)電專業(yè)的大學(xué)生和采煤隊(duì)的技術(shù)骨干，深入大專院校進(jìn)行理論知識(shí)培訓(xùn)，深入智能煤礦進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)實(shí)操培訓(xùn)，為智能工作面建設(shè)儲(chǔ)備專業(yè)技術(shù)人才。

井下智能工作面試采成功，能夠?qū)崿F(xiàn)工作面設(shè)備一鍵啟停、液壓支架自動(dòng)跟機(jī)、采煤機(jī)記憶截割、智能終端和手機(jī)App視頻監(jiān)控等功能。智能開采煤炭時(shí)，相關(guān)技術(shù)人員只需要通過手機(jī)軟件輕輕一點(diǎn)，就可以隨時(shí)隨地查看采煤機(jī)位置、支架壓力、工作面實(shí)時(shí)視頻等數(shù)據(jù)。井下智能工作面實(shí)現(xiàn)了采煤機(jī)記憶割煤為主，就地干預(yù)為輔;液壓支架跟隨采煤機(jī)自動(dòng)跟機(jī)為主，人工干預(yù)為輔;綜采運(yùn)輸設(shè)備一鍵啟?？刂茷橹?，順槽監(jiān)控中心干預(yù)為輔，最終達(dá)到設(shè)備協(xié)調(diào)、連續(xù)、安全、高效運(yùn)行的目的。

4 結(jié)語

翟鎮(zhèn)煤礦將以井下智能工作面的建成投產(chǎn)為新的起點(diǎn)，引領(lǐng)煤炭行業(yè)技術(shù)發(fā)展，不斷提升安全保障水平，按照智能化礦井建設(shè)規(guī)劃方案，加快智能工作面和智慧礦山建設(shè)，促進(jìn)企業(yè)安全、綠色、高效、智能發(fā)展，為推進(jìn)地方經(jīng)濟(jì)建設(shè)貢獻(xiàn)力量。

參考文獻(xiàn)

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[3] 蔡嗣經(jīng).安全高考智能化煤炭開采技術(shù)與應(yīng)用[J].江西有色金屬.1987（2）：1-6.