韦乐飞
淮北矿业集团西北分公司范家村项目部
摘要：煤炭是我国的主体能源，也是最经济和可清洁高效利用的能源。基于当前世界能源格局和我国资源禀赋以及现实经济社会需求，未来相当长时间内，煤炭仍将在世界能源结构中占较大比例，仍将是我国主体能源。在当前第3次工业革命与第4次工业革命的历史交汇期，应用信息技术、智能制造技术和人工智能技术发展的成果，实现煤炭安全高效绿色开采和清洁高效利用，发展智慧煤矿成为煤炭工业发展的必由之路。
关键词：智慧煤矿；智能化开采；智能系统
1、智慧煤矿基础与平台建设
1.1智慧煤矿基础
智慧煤矿是基于现代智慧理念，将物联网、云计算、大数据、人工智能、自动控制、移动互联网技术，机器人、智能化装备等与现代煤矿开发技术深度融合，形成矿井（区）全面感知、实时互联、分析决策、自主学习、动态预测、协同控制的完整智能系统，实现矿井（区）开拓、采掘、运通、洗选、安全保障、生态保护、生产管理等全过程智能化运行的体系。智慧煤矿的总体目标是形成煤矿完整智慧系统，全面智能运行，科学绿色开发的全产业链运行新模式。
数字化和信息化是智慧煤矿的基本要求，首先要解决3个基础理论问题：①数字煤矿多源异构数据的统一表达及信息动态关联关系；②复杂围岩环境－开采系统作用机理及设备群全程路径和姿态智能控制的理论基础；③矿井设备群的系统健康状况预测、维护决策机制。
1.2智慧煤矿智能平台建设
1.2.1MOS智慧煤矿多系统综合管理操作平台
MOS智慧煤矿多系统综合管理操作平台是面向智慧矿山建设的一体化矿山信息感知、展示及应用平台，它对下应能够适配各煤矿子系统、传感器、智能设备的数据，对上能够支撑应用业务逻辑的功能性软件、多需求通讯、大数据分析、云计算等。通过系统内置“矿区一张图”、“智慧安监”、“智能生产”及“设备及人员管理”等基本矿山业务的应用功能模块，构建智慧矿山基础骨架，全面覆盖矿山生产、安全、设备及人员管理等业务，构建实时、透明、清晰的矿山日常工作全息景象平台，解决智慧化矿山建设过程中数据采集困难、烟囱型子系统、数据存储割裂、数据资源混乱、子系统无法联动、无法进行大数据分析支持决策等一系列关键问题，实现生产过程自动化、安全监控数字化、企业管理信息化、信息管理集约化，最终实现矿井管理决策科学化、现代化和智能化。
1.2.2井下精确定位、导航、5G通信管理操作平台
井下精确定位、导航是智慧煤矿精准控制的基础，5G通讯及其衍生技术是实时决策控制的通讯保障。构建井下精确定位、导航、5G通信管理操作平台，依托井下环境的三维模型，研究井下实时建图和三维模型自动更新技术、设备和人员精确定位和推进导航技术、信息实时更新技术，解决井下狭长、多转角、复杂干扰条件下的精确定位、实时导航、移动部署与自矫正等关键核心问题，为井下设备、人员定位导航应用场景提供核心芯片及成套技术解决方案。
1.2.3地质及矿井采掘运通信息动态管理操作系统平台
准确、及时、可靠的信息是智能化开采的决策依据，地质及矿井采掘运通信息动态管理操作系统主要解决的是多源异构数据的动态推送及统一显示问题。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆通过研究矿山的各行为事件的关联关系提出基于事件触发的数据智能匹配与推送策略；通过研究智能化开采模式提出开采行为预测推理及自我更新方法；通过历史数据的挖掘分析构建地质及矿井采掘运通信息的智能服务平台。
1.2.4视频增强及实时数据驱动三维场景再现远程干预操作平台
井下环境复杂，设备种类多，单纯依靠监测数据难以保障智能化开采的安全可靠运行，视频+三维场景再现技术可更加直观、全面的展现井下工作情况，不但成为了传统监测手段的有益补充，更逐渐发展为井下开采远程干预操作的主要手段。但受制于井下低照度、高粉尘、潮湿、复杂电磁环境的影响，视频增强及实时数据驱动三维场景再现。
1.2.5环境及危险源感知与安全预警系统管理操作平台
安全始终处在煤炭生产的首位，智能化开采要建立煤矿井下环境的全面感知和安全预警，现有的传感系统一是没有全面覆盖现有的安全监测需求，二是传感器的易用性和可靠性等还有待提升，三是不符合长远智能化开采的物联需求。
1.2.6智能化无人工作面系统管理操作平台
智能化无人工作面系统管理操作平台主要解决环境－装备－工艺的相互关系及利用多源信息智能化开采的问题。围岩地质与采动应力场实时管理。研究采动应力与地质构造综合反演技术，与地理信息系统融合的超前预判与自动修正技术，为智能化开采的协同推进提供决策依据。综采装备的协同推进与精准控制。研究液压支架姿态调节、工作面自动调斜、采煤机摇臂自动调高、刮板飘溜自动控制、端头与超前装备的协同推进等关键技术，实现基于围岩感知信息的综采装备协同推进与精准控制。
2、煤炭智能化开采关键核心技术
2.1地下开采装备精确定位和导航
亟待突破的核心技术包括：①低成本、高精度的适用于复杂磁场环境下的捷联惯性导航技术；②局部定位导航应用场景核心芯片技术；③井下5G高速无线通信技术；④井下高精度定位系统；⑤基于精确定位导航的井下避障技术；⑥掘进机精确制导技术；⑦辅助运输车辆无人驾驶系统。
2.2地下复杂极端环境信息感知及稳定可靠传输
亟待突破的核心技术包括：①采掘前端近距离高精度透地探测技术；②高光谱煤岩探测传感器；③低速、高振动条件下基于光纤网络的采掘装备位姿智能传感器；④极端环境物理场（瓦斯、粉尘、温度、有害气体、复杂围岩体、复合动力灾害等）原位监测微纳米纤维智能传感器及可穿戴技术；⑤磁共振矿井水害隐患探测传感器（利用地磁场磁共振和电磁波传感对矿井工作面、顶底板和两侧的水害隐患探测预警，实现工作面前方无盲区含水量、出水量、孔隙度等参数的直接探测预警）；⑥煤流监测识别智能传感器；⑦具有自组网、自通信、自供电、自定位功能的智能微传感器及其物联系统。
2.3大规模复杂系统数据分析
亟待突破的核心技术包括：①多种类、多层次、多特征数据信息分析；②基于自主感知的信息智能匹配与推送策略；③面向视频内容识别的大数据处理分析平台；④基于围岩监测、生产过程信息的数据融合与知识发现。
2.4复杂煤层自动割煤智能决策与控制
为最大限度、高效率获取煤炭资源，需提高采煤装备的适应性和智能化水平，然而井下煤层厚度、走向复杂多变，断层、陷落柱等地质结构也时常出现，给自动截割带来极大困难。亟待突破的核心技术包括：①复杂煤层自适应割煤技术；②多信息融合智能决策与协同控制技术。
2.5井下大规模设备群网络化协同控制
仍待突破的核心技术包括：①基于5G标准的井下高速通讯网络；②基于互联网+的数字化矿山技术；③井下强时通讯与远程协同控制技术；④井下紧急情况应急通讯保障系统。
2.6井下机器人处理难题
亟待突破的核心技术包括：①井下防爆机器人创成关键技术；②井下防爆机器人特殊环境及自我状态辨识技术；③井下复杂空间的防爆机器人平衡状态控制及自主避障技术；④机器人信息融合及空间路径规划技术；⑤井下防爆电源长时可靠供电及自馈电技术；⑥井下多机器人联合通信及协同控制平台；⑦井下防爆机器人安全标准。
3、结语
智慧煤矿建设是煤炭工业技术革命、产业转型升级的战略方向和目标，智能化开采是智慧煤矿的核心技术。必须牢牢抓住新一代信息技术带来的发展机遇，将数字矿山建设与煤炭安全高效开发和清洁利用技术创新、管理改革相结合，利用信息化、数字化、物联网、人工智能、大数据等新技术提升和改造传统采矿业，不断开创安全、高效、绿色和可持续的智慧煤矿发展新模式。
参考文献：
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［2］谢和平，王金华，王国法，等．煤炭革命新理念与煤炭科技发展构想［J］．煤炭学报，2018，43（5）：1187－1197．
［3］雷毅．我国井工煤矿智能化开发技术现状及发展［J］．煤矿开采，
论文作者:韦乐飞
论文发表刊物:《建筑细部》2019年第13期
论文发表时间:2019/12/5
标签：井下论文; 煤矿论文; 技术论文; 智慧论文; 智能论文; 矿井论文; 数据论文; 《建筑细部》2019年第13期论文;