煤矿智能化技术进展及问题探讨
煤矿智能化技术进展及问题探讨
煤炭信息网
2022/2/19 10:10:44
◎ 王国法
煤炭是我国一次能源中最经济、最可靠的资源，煤矿智能化是实现煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。 国家发改委、国家能源局等八部委联合印发《关于加快煤矿智能化发展的指导意见》后，煤炭工业供给侧结构性改革和高质量发展逐渐加速。 人工智能、大数据、云计算、工业物联网等新一代信息技术与传统矿业行业深度融合，推动整个煤炭行业科技发展和工程应用迈上新阶段。 2019年以来，我国智慧煤矿建设取得一系列新进展，包括井下车辆和机器人电气化、井下无线传输电力、5G煤矿应用场景和生态、透明地质模型、智能巨型系统兼容性和智慧煤矿技术研发仍面临诸多技术“瓶颈”问题。
塔山煤矿智能矿山
我国智慧煤矿建设最新进展
一是建立了煤矿智能化基础理论体系。 在2019年国家自然科学基金重点项目“数字煤矿与智慧矿山基础理论研究”的支持下，相关学者开展了智慧煤矿基础理论研究。 通过构建煤矿数字逻辑模型、多源异构数据处理理论方法、复杂系统智能控制基础理论、智能煤矿系统维护和智能开采基础理论体系，为智能决策、精准控制奠定基础煤矿的可靠性保障。 理论基础。
二是初步建立煤矿智能化标准体系。 2020年初，煤矿智能化创新联盟发布了《煤矿智能化顶层架构和标准体系框架白皮书》，建立了系统性、继承性、前瞻性的煤矿智能化标准体系。 煤矿智能化标准体系总体框架由总体基础、支撑技术与平台、煤矿信息互联网、智能控制系统与装备、安全监测与防范装备、生产保障六大类标准组成。
三是提出并实施分类分级的智慧煤矿建设路径。 煤矿智能化建设应根据煤矿具体建设基础和开采条件，制定切实可行的智能化建设方案。 通过分类建设和科学顶层规划建设，制定迭代开发的系统架构，不断提升系统智能化水平，推动智能化系统化。 分阶段实现智慧煤矿初、中、高级建设目标。
四是形成较为成熟的智能高效挖矿模式。 实现了薄、中厚煤层工作面无人遥控采煤、厚煤层大、超大采高智能开采、特厚煤层智能综放开采。 国家能源神东于家梁煤矿实现1.4米以上煤层优质智能开采。 神东上湾煤矿自2018年起成功研发应用8.8米超大采高液压支架及成套设备。陕煤渝北矿业与天地科技合作开发10米超大采高液压支架样机，目前正在推广10米超大采高综采成套设备及技术的应用。
五是智慧煤矿建设示范取得成效。 目前，全国有3000多个煤矿生产，其中120万吨以上煤矿1200多个，1000万吨以上煤矿44个。 71个第一批国家智能化示范煤矿中，地下矿井66个，露天煤矿5个，智能化升级煤矿63个，新建（改扩建）智能煤矿8个。 建成智能工作面500余个。 已形成黄陵智能煤矿建设模式、老矿区复杂条件智能煤矿建设模式、蒙古、陕西、山西千万吨级高强度开采智能煤矿建设模式。
煤矿智能化技术最新研发成果
煤矿智能化技术最新研发成果，包括智慧煤矿数字逻辑模型及数据推送策略、煤矿巨系统智能架构及协作机制、5G+智慧煤矿系统及应用场景、矿井4D-GIS地理信息系统系统，1.1m薄煤层硬煤大功率、高效、智能化开采成套技术与装备，“锚挖一体机+锚运破+大跨转移”远程控制成套技术与装备智能快速挖掘系统、智能通风系统、井下锂电池驱动车辆无人驾驶系统、智能调度系统、定点无人值守系统等共9个方面。
煤矿智能化技术“瓶颈”问题及解决方案
1、地下车辆和机器人的电气化问题。 由于现阶段已经商业化的大容量锂电池还不能从根本上实现不燃烧、不爆炸，且大容量锂电池在爆炸环境中应用的基础研究不足，导致了问题的发生。安全、便捷、高效的大功率供电。 已成为制约新能源交通车辆、井下机器人等装备开发应用的“卡脖子”技术。
解决方案及前景：近年来，国家出台了一系列激励政策，推动煤矿设备智能化、减排低碳排放。 电气化是实现智慧矿山、清洁矿山的必由之路。 由于防爆标准、电池技术水平、大规模应用等多种原因，大容量锂电池是目前实现电动化的唯一途径。为了保证使用安全，建议国家给予支持在政策保障和科研投入方面，开展防爆设计、井下充换电、新型防爆材料、大数据远程监测和故障预警等专题研究，组织编制安全标准和技术规范创造条件用于矿山设备的绿色、新能源利用
2、地下无线传输功率问题。 电磁能防爆问题涉及防爆、射频通信、电磁波等多个学科的交叉点。 技术难度大，基础研究少，煤矿电磁环境缺乏可信的基础测试数据。 电磁能防爆问题亟待解决。 。
解决方案与展望：建议结合防爆、无线通信、电磁波等相关领域优质资源，重点开展电磁波防爆标准限值基础研究。 应从防爆机理出发，对适用于爆炸性环境的电磁波防爆技术进行相关理论研究。 研究和基础实验研究，提出满足煤矿防爆安全要求的无线射频设备的安全技术要求和评价检测方法，并进行有针对性的全方位研究
3.5G煤矿应用场景及生态问题。 截至目前，各大煤矿结合自身特点，在高清视频传输、固定硐室巡检、掘进机远程控制、基于5G技术的多传感器接入与互联等方面进行了大量有益的探索。 但5G技术在煤矿的应用还停留在网络完善层面； 其次，5G煤矿应用场景的关键技术和商业模式尚未突破； 而且相关软硬件生态尚未形成，难以形成技术和应用突破点。
4、“透明地质模型”问题。 目前，透明地质模型的构建在高精度实时动态勘探技术与装备、多源地质数据融合与建模算法、透明地质集成与共享软件平台等方面还存在制约； 勘探技术装备智能化、精准化、高效化、共享化仍不能满足智能矿山的需求； 透明地质建模不足以挖掘多源地质数据，严重依赖点数据插值，建模算法的区域适应性不足； 透明的地质模型不适合煤炭开采，在系统集成应用和数据共享方面还缺乏有效的集成联动和实时互反馈，地质预测预报缺乏动态地质信息支撑。
解决方案与展望：发展高精度随钻随挖动态勘探技术和装备，实现采掘工作面模型实时动态更新和预测：研究矿山多源地质数据融合技术，基于区域优化插值地质沉积规律算法，充分利用地质数据和自适应算法构建高精度多属性地质模型：开发一体化透明地质软件平台，实现地质数据统一存储、管理和融合：利用优化插值算法构建高精度多属性模型，实现实时动态勘探数据与地质模型互为补充，与采矿系统深度集成联动，实现数据共享，实时提供和更新采矿切屑轨迹、隐性灾害因素预测。
5.智能巨系统兼容性和协作问题。 煤矿智能巨型系统兼容协作的主要制约因素是数据标准尚未统一、网络通信协议兼容性差、业务系统兼容性差、系统间协同控制兼容性差。
解决方案及展望：从整个矿井设计出发，规范智能煤矿数据中心、骨干网络等； 实施全面的数据标准化； 网络传输必须具有较强的实时性，以满足智能系统长期可靠运行的需要； 系统开放性，对于新矿山，选择能够支持多种采矿设备应用开发和部署的系统。
6、连续自动挖掘和平行挖掘问题。 存在的主要问题是开挖不平衡、开挖支护不平衡、设备适应性差等。
解决方案与展望：全面提高勘探、挖掘、支护、运输、辅助等环节的自动化水平是智能挖掘发展的重点。 根据不同矿山、工作面情况，研发不同的设备配套型号，在设备选型前进行专业论证，提高技术适应性； 同时，要不断提高基础工业水平，增强装备可靠性。
7、采煤作业自动调高、调直问题。 对于工作面自动高度调节的问题，难点不在于如何调节高度，而在于如何确定高度调节的依据和策略。
解决方案及展望：基于两巷煤岩识别的截割曲线规划或调高控制策略研究是更符合现场实际情况的解决方案之一。 目前正在开发的技术主要包括开采煤层地质体三维物探原理与技术、三维地质精细建模技术、基于三维精细的工作面自动调高策略等。地质模型。 同时，迫切需要开发精确可控、通常可靠的推动执行器和反馈测量传感装置。
8、无人操作系统正常运行的可靠性问题。 目前的研究痛点主要包括传统传感器使用有限、与设备可靠性相关的传感方法单一、故障特征样本缺乏等。
解决方案与展望：煤矿智能系统可靠性技术架构包括物理设备层、信息采集层、数据处理层和模型应用层。 物理设备层包括采煤机、液压支架、刮板输送机、隧道掘进机等设备； 信息采集层包括数据采集和传输； 数据处理层包括数据清洗、特征提取和结果存储； 模型应用层包括健康状态评估、剩余寿命预测、维护决策等。
9.ABCD+煤矿技术体系问题。 “ABCD”技术体系是人工智能、区块链、云计算、大数据等新型信息技术紧密结合，形成现代能源矿业数据管理。 及应用技术体系，助力煤矿企业数字化转型，推进数据智能化。 目前，煤矿ABCD+煤矿技术体系应用过程中，亟待解决以下问题：尚未搭建开放大数据平台、对数据治理重视不够、煤矿数据训练样本缺乏、煤矿系统智能化需要数据迭代。
解决方案与前景：建设存储与计算一体化的综合性煤矿行业云平台，统一数据存储标准、统一数据治理流程、多场景数据应用，解决煤矿生产系统信息孤岛问题，促进煤矿生产系统合作。煤炭开采企业。 通过互联互通，数字和算法真正资本化，构建场景化大数据模型，挖掘数据关联性和决策处理策略，构建煤炭开采和安全行为决策知识图谱。建。
10、煤炭灵活生产供应体系存在问题。 主要原因是调整空间有限，影响煤炭企业正常生产过程，影响煤炭企业总收入，增加煤矿安全隐患等。
解决方案与展望：该研究正在推进中，并得到国家自然科学基金委和中煤科技集团公司的资助。
