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摘要：煤炭智能化開采是煤礦發展必然趨勢，通過分析煤炭智能化開采關鍵技術、設備研發以及發展過程中存在的難題和對策等，對未來智能化開采技術的發展前景和創新進展進行了探究。
關鍵字：煤炭;智能化開采;關鍵技術
一、引言
隨著社會的發展和進步，煤炭資源利用和開發不斷多大，如何采用安全、高效、低成本的采礦技術實現煤炭資源的開采，對煤礦行業的發展和我國經濟建設有著至關重要的作用。智能化開采的突出特點是智能化開采系統具有自主學習和自主決策功能，減少人工干預和控制，通過自身具備的感知能力、控制能力、自我調整和修復能力，實現環境和設別的管控、精度和準度的控制以及異常故障的自我診斷與修復，進而實現全智能開采。近年來，煤炭智能化開采技術不斷推廣和應用，在一定程度上取得了較好的成效，但是在關鍵技術的創新方面仍有所不足，如何立足煤炭行業發展現狀，結合實際技術與裝備情況進行妥善管理成為煤炭智能化開采關鍵技術創新的關鍵突破點。
二、煤炭智能化開采關鍵技術與裝備研發
(一)薄煤層和較薄煤層智能化開采
由于煤層薄的特點，導致了煤層開采空間小、環境狹窄，在一定程度上限制了各類設備的貯存以及規模，導致生產系統裝備功率、性能、數量方面的不足，在一定程度上導致了開采回采率低、成本高、生產連續性差等缺點，成為影響和制約煤炭企業發展，煤炭行業進步的技術瓶頸。以刨煤機組為代表的薄煤層智能化開采技術曾在我國多座大型煤礦推廣和運用，但由于該技術對于煤層賦存條件綜合適應性較差，個別單位推廣運用取得成績的前提是煤層賦存條件穩定，硬度低、地壓控制簡單、頂幫條件穩定等條件。除此之外的，由于賦存情況的復雜，均效果不佳，難以實現連續、穩定開采。近年來基于滾筒采煤機的薄煤層自動化綜采成套技術作為近年來新進推廣的技術，基于滾筒采煤機的薄煤層無人自動化開采技術不斷發展和更新，優化系統建設，開采和生產，同時對自動化控制系統進行創新，實現綜合控制;采用超大伸縮比薄煤層液壓支架，實現小斷面、小范圍內設備應用效果的大大提升;采用犁式裝煤、多輪推溜的分段調斜，實現裝運設備的小型化和高效化;安裝工作面智能視頻監控，建設了安全預警系統，綜合智能控制中心，實現了遠程模擬、在線監控、遠程控制、現場無人操作等功能，以先進設備小型化，實現生產能力和環境的極大改善。因此，克服復雜條件下的薄煤層和較薄煤層智能化開采，需要從確保克服復雜的賦存條件為基礎才能實現我國煤炭資源的綜合利用，不斷發展傳感技術，提升降噪技術，降低外部影響，確保智能系統運行過程中的穩定、可靠是智能化開采的前提。
(二)厚煤層大采高和超大采高智能化開采
厚煤層智能化開采，在配套設備上具備大型設備的入場的條件，在相當程度上，大大提高了系統設備的生產能力。但隨著斷面的擴大，采高的增高，對地壓管理的控制也顯得更加突出和重要。2015年前后，我國企業完成了8.2m綜采成套技術和智能化控制系統的技術研發和使用，在厚煤層大采高、超大采高智能化開采方面取得了重大突破和成績。技術創新方面，優化了控制管理體系，將單級控制網絡改善為兩級控制體系實現系統-設備的有效控制的同時，實現多層級控制;完善了系統協議和控制機制，實現了配套設施的精準控制和自動化運行。如各類精準傳感器，對角度、噪聲、震動、距離以及元素等進行精準的識別和對應動作的有效控制。但是，在使用過程中，在精細化控制方面，在邊幫管控方面要求和難度均有所提升。因此，厚煤層大采高和超大采高智能化開采，需要從確?？朔碗s的賦存條件為基礎才能實現我國煤炭資源的綜合利用，不斷發展傳感技術，提升降噪技術，降低外部影響，確保智能系統運行過程中的穩定、可靠是智能化開采的前提。
(三)特厚煤層綜放開采智能化技術
特厚煤層主要分布在我國特大型煤礦企業，資金和技術實力雄厚，開采技術和投入相對超前，開采前景相對廣泛。特厚煤層智能化開采技術采用各類綜合先進設備入場，操作范圍廣、生產規模大，在相當程度上提高了勞動生產率，降低了勞動成本。但由于特厚煤層綜放技術對頂板控制精度高，對放頂現場管控嚴格，當前部分傳感器難以實現長時間在先對復雜的環境中穩定運行，頻繁故障以及處理失效也是亟待解決的重點問題。以兩柱式放頂煤液壓支架及自動化放煤技術在推廣應用中，面臨著現場頂板管控復雜，難度加大，頂板風險加大，依托現有的傳感技術，對作業現場設備和環境信息進行綜合搜集，自動分析，在使用過程中，受到作業現場高溫、高濕度、高粉塵的影響，紅外及其他在線監測功能設施，在數據和環境數值收集過程中，頻繁故障，影響連續開采，同時也暴露出檢測對象影響因素復雜等情況。此外，超厚煤層綜放開采智能化技術通過采用優化參數，構建合理的動態約束方程和控制模型，通過自主分析和決策控制參數，實現支架與綜放工藝的有序耦合，自主決策支架和綜放控制，在一定程度上實現了連續高效生產。
三、煤炭智能化開采關鍵技術難題與對策
(一)感知技術方面
煤炭智能化開采關鍵技術的發展與創新，首先需要從感知技術方面進行突破。煤礦開采井下作業環境復雜，長期受到高溫、高濕度、高粉塵影響，對感知技術的影響是巨大的。因此，在推進和創新綜合智能開采技術過程中，在感知技術方面需要做到。**，構建綜合管理作業現場，通過完善各類通風、排風設施，完善現場綜采輔助功能設施，實現現場環境的極大改善。如設置超強排風設施和管路，參考以抽風為主的排風模式，實現現場噴淋以及淋水造成的高濕度的快速降低，以及粉塵的快速抽放，實現現場的極大改善，確保傳感器使用環境和質量。第二，完善檢測對象的監控，采用多元檢測，避免傳統單一元素的監控導致的異常誤差不能夠識別，進而造成錯誤動作。
(二)決策技術方面
決策技術是實現智能化開采的關鍵，決策算法、模型的建立和運行效果直接影響著智能化開采的準確和各項參數。當前，部分技術在使用過程中，長期面臨著感知技術和算法沒能夠結合現場實際進行調整，片面的參考以往數據和經驗，缺乏實用性，而造成的影響，確實巨大的，如頂板參數分析與現場液壓聯動的不準確造成地壓的管控風險和隱患等等。因此，完善算法和綜合分析，增加糾錯和排異功能，保證感知技術準確有效，是實現決策技術快速有效發展的根本。一方面，采用多元化分析決策，通過同一時刻多種不同的傳感設施對同一環境因素的檢測，對超差現象盡心分析。另一方面，通過連續時間的綜合動態分析與現場作業經驗模型盡心比對。*后，還需要連接在線設備，對控制設備狀態進行分析。通過綜合分析，保證決策機構對感知數據的有效分析，確保決策正常有效。
(三)控制技術方面
控制技術方面是智能開采的核心層面，是直接影響到開采效果的根本核心。當前，受到技術水平限制，在智能化開采控制和傳輸手段上，仍然以傳統網絡傳輸信號為主，傳輸速度低，實施控制效果差，網絡延遲、信號傳輸中段等頻繁導致控制措施在處理過程中的誤差，難以保證遠程控制和現場操作的同步性。同時，由于當前各平臺設備控制參數的設置、控制和管理方面，受到現場綜合因素較大，導致控制效果良莠不齊，在實現較快的生產效率的同時，也造成了現場工作范圍與設計和控制范圍發生誤差，導致部分煤炭資源的浪費和較大的貧化率。充分發展和利用5G技術和井下抗噪技術，確保數據傳輸的高效性，實現低延遲，準確的實現遠程控制效率和作業面控制指令的準確執行。
四、煤炭智能化開采技術發展前景展望
煤炭智能化開采系統隨著技術水平的發展，其安全性將得到巨大的提升。通過參數的設定、程序的編制等有序組織生產行為和現場監控動作，實現現場無人監管、遠程在線監管、離崗自動監管，大大的確保了煤礦開采的安全。同時，也大大提高了連續作業的效果，在規定的時間內，降低了人工作業勞動強度，提高了勞動生產率。同時，依托當代傳感技術的發展，未來對于紅外、紫外、射線等多方面的在線監測系統的發展將會大大提升智能開采的各類監測的準確性和高效性，保證感知水平、決策準確和動作有效。在開采對象上，也會從單一開采系統發展向多系統開采發展，進而轉向綜合系統開采實現煤礦智能開采一機通用。
五、結語
煤礦智能開采技術是當代煤礦開采技術發展的前沿技術，是未來煤礦發展的*終方向，不斷發展完善煤礦智能開采關鍵技術是發展綠色礦山、清潔煤礦、安全社會的根本要求和必經之路。
參考文獻：
[1]王國法，范京道，徐亞軍，等.煤炭智能化開采關鍵技術創新進展與展望[J].工礦自動化，2018，44(2)：5-12.
作者：劉疆
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