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摘要：随着我国经济发展方式的转变，煤炭行业也由粗放的生产方式向集约化、精细化方向转型，智能化开采成为煤炭安全高效开采的发展方向与必然趋势。国家能源技术革命创新行动计划、国家安全生产监督管理总局“机械化换人、自动化减人”科技强安专项行动都将煤炭智能化开采技术列为重点研究方向。下面我们主要就煤矿智能化开采技术创新与发展进行简要分析。
关键词：煤矿；智能化；开采技术；创新
当今，国内恰恰处在调整结构与升级转型的非常阶段。基于有效统一传统工业与新网络技术的影响下，煤矿企业出现了非常大的改变。其中，传统设备跟智能化技术的统一能够使煤矿开采的智能化实现，从而推动产业的升级转型。与此同时，煤矿企业因为环境、安全等要素的制约作用，迫切需要先进的智能化开采设备与配套技术等。鉴于此，对煤矿智能化的开采进行探究有着重大的现实意义。
1煤矿开采技术特点
1.1技术种类较多
煤矿开采技术及工艺的种类较多。众所周知，我国煤矿开拓技术本身具有开采方式繁多和具体内容复杂的特性。在这一过程中开拓方式的多样性极大程度上影响到了必要的技术与工艺种类。因此受到不同地区煤层与煤矿不同赋存条件所影响，必要的技术种类应当具有多样性。其次，因为在我国煤矿开采中常常作为分类标志的基本型式多是以主井和副井的井简型式，故其多包含有平硐开拓和斜井开拓以及综合开拓等方面的内容。在这一过程中因为平硐开拓往往会受到各种地质因素的影响与限制，从而使得这一技术的应用范围较为有限，故只有通过分析当地煤层的倾斜角度和表土层厚度才能够选择出适合的技术并且进行必要的技术改造。
1.2工艺特点显著
煤矿开采技术及工艺的特点是显而易见的。通常来说矿井开拓所具有的特点多表现在煤层赋存条件的多样性上。故对于煤矿企业而言在煤矿开采中矿井开采还存在着各具特点的特征。其次，煤矿开采技术的应用需要在结合煤矿开采条件和不同地区的煤层赋存各具特点才能够取得良好的效果，在这一前提下形成了特殊的开采方式和开采系统。与此同时，我国许多地质地形上都可以使用开采系统，并且在工艺技术层面而言对于不同的矿井开采采用不同的工艺技术也是生产必要条件之一。故可以认为利用煤矿开采技术分析采煤方法是煤矿生产的核心技术。采煤方法的适用性和先进性是除资源条件外决定矿井生产效率的重要因素之一。
2煤矿智能化开采技术创新
2.1研发机架协同“割三角煤”工艺
原有三角煤截割工艺主要依靠采煤机自动记忆截割来执行割煤任务，液压支架则根据采煤机的实时位置进行三角煤区域的跟机。然而在具体运行的时候，因为两者动作完成信息不能实现数据交互，容易产生支架与采煤机同步配合不到位，对三角煤的截割效果造成影响，所以，开发了“机架协同控制”割三角煤工艺（图1）。其技术核心是利用将两者数据交互应用范围进行不断加大，使液压支架和采煤机在执行当前动作和转换下一动作时，都能从对方得到“其动作执行是否到位”的信号；当对方上个动作还未完成时，自身则要逐渐减速甚至停机等待对方完成动作后，才触发执行下一道工序，从而三角煤自动化截割水平得到了一定提高。
图1机架协同控制数据交互示意
2.2优化远程操控系统
为了使综采工作面的远程遥控实现，尽量确保较小的传输视频延时，结合支架与采煤机的控制标准，视频端至端延时应保持在50ms以内，这对综采工作面的摄像、传输、解码图像、储存的要求比较高。因为受到长距离工作面的影响，采煤机附近、刮板运输机链条、胶带运输机出煤口、工作面支架等需要采集与呈现视频，兼顾到摄像仪的容量，立足于以太网的数字化视频系统可以结合双绞线进行传输，这样不再进行布线，然而数字视频系统中的信号呈现在显示器之前需要传输、编码、解码、数字化等操作，这导致时间延迟在300ms以上，还应优化采集、传输、呈现的一系列方面。
2.3开展工作面自动找直技术
综采工作面煤壁、刮板输送机和液压支架直线度情况对智能化综采技术的常态化稳定运行造成了直接影响，为此研发了一套工作面移动巡检装置，集成惯性导航、高清摄像和热成像等功能，实现在粉尘较大、空间狭窄的复杂环境下，实时可靠地监测液压支架、采煤机、刮板运输机及围岩环境，并将采集到的数据上传至上位机进行分析、处理和发布，实现工作面自动找直，也为滚筒透尘可视化和高清全景视频监控等关键技术的研究奠定了基础。工作面巡检机构井下实景图及红外监视界面如图2所示。
（a）实景图（b）红外监视界面
3煤炭智能化开采技术发展前景展望
3.1全面推进综采智能化技术
煤层赋存条件的复杂性和安全制约因素的多样性是综采智能化面临的最大难题。技术进步为解决难题提供了手段，合理的政策措施、科学的生产管理也是全面推进智能化开采的重要因素。
1）加快完善煤炭资源管理与产能布局，将煤炭的安全高效绿色开采作为我国煤炭资源开发的基本产业政策，淘汰落后开采方法与产能装备，把智能化开采科学产能作为鼓励发展产能，从国家产业政策各相关方面给予支持。
2）加大智能化开采原始创新力度，加强对不同煤层赋存条件下智能化开采技术适应性的攻关和煤炭智能化开采技术及装备体系研发，大力促进创新成果的转化、完善和全面推广应用，鼓励出口，提高行业的国际竞争能力。
3）提高煤矿智能化开采的管理水平，提倡专业化的生产作业、设备维修、技术指导，提升每一个生产环节的效率和质量，建立完善的智能化开采技术标准体系。从技术、管理及政策措施等方面全面推进厚煤层智能化开采技术进步，实现煤炭安全高效绿色开采新目标。
3.2有限无人化开采
有限无人化开采是智能化开采的中高级阶段，要求在工作面正常生产期间，工作面中无人操作，端头和顺槽也要实现智能控制和基本无人操作，仅在设备正常维护、检修和特殊工况处理时，人员才进入工作面进行维护，实现有限条件下的无人化开采。
1）对工作面煤层地质条件进行高精度探测，构造工作面煤层地质数字模型，系统基于这一数字模型进行程序化的智能化开采。
2）实时监测煤层地质条件变化，实时修正工作面煤层地质数字模型，对开采行为提前预判和修正。
3）通过高效的机器学习算法使综采系统装备拥用自主学习能力，通过训练获得解决问题的能力，提高智能化水平与开采效率。
3.3机器人流态化开采的无人化目标
中国工程院《煤炭清洁高效开发利用和煤基多元智能协调能源系统战略研究》项目提出了固态资源流态化开采的科学构想，制定了煤炭开采技术革命的远景目标，设想将深地煤炭资源原位转化为气态、液态或气固液混态物质，在井下实现采选充、热电气等一体化开采，即流态化开采技术。实现流态化开采需研究探索煤炭资源无人化开采工艺变革及装备系统协调优化、原位流态转化路径与采场煤岩赋存特征的适应性评价等理论，形成深部煤炭资源全覆盖的无人开采技术与装备支撑系统，包括建立基于“透明矿井”技术的无人化开采技术体系、采选充一体的开采技术体系和煤炭就地转化的技术体系，突破机器人化开采成套技术装备、“透明矿井”可视化信息平台、煤炭地下气化装备集成控制、地下发电等关键技术，实现深地煤炭资源的原位、实时采、选、充、电、液、气一体化流态开发，“地上无煤、地下无人”的目标。
结束语
综上所述，基于持续发展的采煤产业影响下，人们不断地提升安全意识，在信息化社会的支持下，煤矿综采工作面的智能化开采是发展方向。因此，我们需要不断加大在智能化开采技术装备研发方面的投入，全面推进智能化开采，是实现煤矿减人提效目标的必由之路。
参考文献
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