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摘要：煤矿是我国经济发展的主题能源，目前我国的煤矿主要以井工开采为主，因此建设智慧煤矿，发展智能化开采是当前煤炭发展的重中之重，利用科技实现安全、高效、绿色的开采，节省能源开发成本，加快我国经济快速发展。本文首先概述了智慧煤矿基础与平台建设，其次重点分析了煤炭智能化开采的关键核心技术，最后探讨了智慧煤矿与智能化开采发展对策。
关键字：智慧煤矿；智能化开采；煤炭；信息感知；
1引言
目前煤炭是我国重要的能源，是可清洁高效利用的能源，并且一直在世界能源结构中占有很大的比例，在未来一段时间内无法被替代，但是传统的人工开采煤矿的方式存在许多弊端，如何消除煤炭开采对环境产生的负面影响，实现安全高效的绿色开采成为研究方向，因此随着信息技术、智能制造及人工智能等科学技术的快速发展，智慧煤矿也成为我国煤炭工业的主要建设目标，并取得了一定的成就。在此建设过程中，我国煤炭开采已经全面实现使用国产化设备，并大力发展智能化开采技术，创新研究新的装备，在许多方面都实现了技术和装备的领先。
2智慧煤矿基础与平台建设
智慧煤矿主要指的是利用现代智慧的理念，基于标准的体系，深度融合互联网+技术（包括物联网、云计划、大数据、移动互联网）以及人工智能、自动控制与煤炭开采技术，形成针对煤矿的全面感知网络，通过矿区信息感知、精准定位、数据传输、实时互联、数据分析、自主学习、智能决策及动态预测等功能，依托大数据中心，最终实现煤矿各个环节，包括开采、运输、洗选、清洁、管理等生产全过程智能化管理，其中智慧煤矿的核心支撑是数字化和信息化。智慧煤矿的设计原则就是要实现安全的网络融合，精准的信息互联互通，实时的数据共享交换机高效的功能协同联动，尽可能的使各个流程、各个部门的信息数据达到最大程度的共享，避免重复的技术建设。在智慧煤矿大系统当中，只能化开采是核心，通过自主学习及决策功能，实现矿井区域的智能感知、智能决策和设备的自动控制修正，并能在一定条件下进行无人开采。
目前针对不同的煤炭生产环节，智慧煤矿平台可以细分为八个子系统，分别是：(1)MOS多系统综合管理平台，通过接入传感器智能设备对矿区进行全面信息感知、展示与应用，并集成通信、大数据分析、云计算等技术覆盖矿区的生产、设备、人员及安全等业务，实现标准化的数据管理、统一的存储、实时稳定的数据传输、可配置的应用组件、大数据分析及灵活的开放性，构建智慧矿区来实现；(2)井下通信管理平台，在井下的复杂环境中，实现导航的全覆盖，低成本、抗干扰和高精度的通讯系统定位与布置，高速、大容量的数据通信；(3)矿井采掘动态管理系统，通过存储的数据分析开采时间，预测开采行为，在矿井下构建信息实体；(4)远程操作干预平台，利用视频的相关技术，包括视频增强、高清视频压缩、视频目标识别、跟踪融合激光扫描点云图像及三维场景再现技术，改善传统远程干预的不足，直观的展现井下工作情况；(5)安全预警管理系统，安全是煤炭生产的重中之重，因此该系统可以实现危险的全面感知和实时可靠的安全预警；(6)智能化无人工作系统管理平台，可以实时的管理围岩地质和采动应力场，精准的控制综采设备的协同推进，远程干预智能化的开采；(7)井下机器人协同管理平台，机器人开采也是未来煤炭智能化的发展方向，目前我国煤矿机器人发展与国外井下机器人应用还存在较大差距，仅在巡检、搜救等方面有所应用；(8)全矿井设备健康管理操作平台，对复杂的设备进行分布式的、多层次的运行状态管理，保障设备的正常运转。
3煤炭智能化开采关键核心技术
3.1地下开采装备精确定位和导航
煤矿地质信息会随着煤矿开采活动进行动态变化，当前基于数据共享形成的地址地图无法进行自动实时更新，因此为了确保煤矿开采、掘进装备可以沿着规划的路径和方向推进，必须通过测量设备的空间位置和运行轨迹获取精准的地质信息。但是煤矿井下恶劣环境，无法接收卫星导航信号，难以进行定位与导航。目前，可以搭建4D的GIS地理信息系统，全方位的采集处理数据，目前主要的研究方向集中在矿井4D云GIS平台建设和全数字，高密度的地震数据监测、采集及处理。
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3.2地下复杂极端环境信息感知及稳定可靠传输
智慧煤矿实现智慧决策很大程度依赖于周边环境和设备状态的感知，但是煤矿井下环境恶劣，井下通道狭长、空气潮湿、存在易爆粉尘，而且电磁环境复杂，不利于探测技术的应用。目前通过雷达探测、振动探测、高光谱等进行煤岩识别，通过激光扫描点云、可见光视频和红外视频等进行图像采集，通过压力、位移、倾角等智能传感器技术进行信息感知探测，因此针对井下复杂极端的环境，如何进行可靠、稳定的煤岩识别，采掘前端近距离、高精度的透地探测，低速、高振东环境下基于光纤网络的采掘装备传感器、井下黑暗空间的视频监控和深远区域的物理场探测还有待探索。
3.3大规模复杂系统数据分析
智慧煤矿系统是一个复杂的大规模系统，其中存储汇聚海量的数据信息，利用数据查找、分析、挖掘及处理信息等方法，可以高效的找到煤炭开采过程的数据关联规律，并将其应用于智能开采的控制过程提升工作效率。目前研究主要围绕以下四个方向:①对种类丰富、层次较多、特征复杂的数据进行信息分析;②基于自主感知技术进行信息的智能匹配与精准推送;③基于视频识别技术搭建大数据处理分析平台;④基于围岩监测对生产过程的数据信息进行融合与有效信息提取。
3.4复杂煤层自动割煤智能决策与控制
井下煤层情况复杂，存在煤层较厚，走向复杂等特征，并有时会出现断层、陷落柱等地质结构，因此要提升采煤装备对环境的适应性，最大程序、最高效率开采煤炭资源，为了解决复杂煤层的自动截割，目前，已经研究了多种煤炭识别技术，诸如振动识别、灰度理论等，但是应用效果都没有达到理想状态，诸多问题仍待解决。
4智慧煤矿与智能化开采发展对策
目前智慧煤矿建设面临的最大难题就是煤层的多样性和和安全制约因素的复杂化，因此首先要提出合理的政策措施进行科学的生产管理，完善煤炭资源管理，提升煤炭安全生产，推行智能化开采一体化方案，建立标准的智能开采运行管理体系，其次可以在继续优化智能化开采关键核心技术的同时，最后研发煤矿机器人进行无人化开采。未来主要研究方向可以集中在以下三个方面：数据的采集处理，继续降低井下设备导航系统的研发成本，提升其可靠性，加强探测精度；加强针对综采系统的人工智能算法研究，使其具备自主学习能力，通过智能决策提高开采效率；研发特殊矿井环境的技术装备的关键组件，提升设备群网络化协同控制技术，研发可以进行复杂作业的井下机器人，搭建远程智能诊断及服务中心。
5结语
综上所述，当前信息技术时代下，智慧煤矿的建设是煤炭工业进行技术革命的必然趋势，和产业转型升级的战略方向和目标，建立标准化的体系，其中智能化开采作为智慧煤矿的核心技术，建设数字矿山，实现煤炭安全高效的开采，创新清洁技术，建成安全、高效、绿色和可持续的智慧煤矿生态系统。
参考文献
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论文作者:周延宁 陈龙飞 惠武功
论文发表刊物:《科技新时代》2019年3期
论文发表时间:2019/5/8
标签：煤矿论文; 煤炭论文; 智慧论文; 井下论文; 数据论文; 高效论文; 技术论文; 《科技新时代》2019年3期论文;