煤矿采煤技术自动化升级的关键技术与发展趋势

摘要： 本文聚焦煤矿采煤技术自动化升级这一核心议题，深入剖析其关键技术，涵盖智能开采控制系统、自动化采煤装备、精准定位与导航技术以及可靠的通信与数据传输技术等方面。详细阐述各关键技术的原理、应用现状及面临的挑战，同时探讨未来发展趋势，旨在为煤矿行业的现代化转型提供理论支撑，助力提升采煤效率、保障安全生产、推动煤炭产业可持续发展。

关键词：煤矿采煤；自动化升级；关键技术；发展趋势

引言

随着科技的飞速发展与煤炭行业竞争的日益激烈，煤矿采煤技术自动化升级已成为必然趋势。传统采煤方式面临着效率低下、安全性差、劳动强度大等诸多问题，难以满足现代煤炭生产的需求。自动化采煤技术能够有效整合资源，优化生产流程，显著提高采煤效率，降低人员伤亡风险，对煤炭行业的高质量发展起着关键的推动作用。

1.煤矿采煤技术自动化升级的关键技术

1.1智能开采控制系统

（1）原理与架构

智能开采控制系统以计算机技术、传感器技术、控制理论为基础，构建起集数据采集、处理、分析与决策控制于一体的综合性平台。它通过在采煤工作面及周边环境布置各类传感器，如压力传感器、位移传感器、瓦斯传感器等，实时监测煤层赋存状态、设备运行参数、有害气体浓度等信息。这些数据被迅速传输至中央控制单元，经过复杂算法处理后，生成精准的控制指令，反馈至采煤机、刮板输送机、液压支架等设备，实现自动化协同作业。

（2）应用现状与挑战

目前，部分大型煤矿已初步应用智能开采控制系统，在一定程度上实现了工作面的自动化割煤、跟机移架等功能，提高了生产效率。然而，该系统仍面临诸多挑战。一方面，复杂多变的地质条件，如断层、褶曲、煤层变薄等，对传感器的精度与适应性提出了极高要求，如何确保传感器在恶劣环境下稳定、精准地采集数据是亟待解决的问题；另一方面，控制系统的智能化程度还有待提升，面对突发故障或异常工况，自主诊断与应急处理能力不足，易导致生产中断。

1.2自动化采煤装备

（1）采煤机自动化技术

先进的采煤机具备自动调高、调速、记忆割煤等功能。通过激光测距、惯导等技术，采煤机能够实时感知自身位置与煤层厚度变化，自动调整滚筒高度，确保割煤质量。同时，依据刮板输送机的负荷情况，智能调控牵引速度，避免过载停机。记忆割煤功能则允许采煤机按照预先设定的割煤工艺路线重复作业，减少人工干预，提高割煤效率。

（2）液压支架电液控制系统

液压支架电液控制系统实现了支架的自动化操作。操作人员可在远程控制台或通过井下无线网络，对支架的升降、推移、护帮等动作进行一键式控制。系统具备自动跟机移架功能，根据采煤机的位置与运行状态，自动控制支架依次完成相应动作，及时支护顶板，有效保障了采煤作业的顶板安全，且大大减轻了工人的劳动强度。

（3）刮板输送机智能驱动技术

刮板输送机智能驱动技术采用变频调速、软启动等装置，优化了输送机的启动与运行性能。能够根据输送物料的多少自动调整转速，降低能耗，减少设备磨损。同时，与采煤机、液压支架实现联动控制，确保三者协同工作，避免刮板输送机因过载、卡顿等问题影响生产进度。

1.3精准定位与导航技术

（1）井下定位技术原理

井下定位技术主要包括基于卫星导航信号的伪卫星定位、基于无线传感器网络的节点定位以及惯性导航等多种方式。伪卫星定位通过在井下布置类似卫星的信号发射源，为采煤设备提供位置坐标信息；无线传感器网络利用传感器节点间的信号强度、到达时间等参数进行定位计算；惯性导航则依靠设备内置的加速度计、陀螺仪等传感器，通过积分运算获取设备的运动轨迹与实时位置。

（2）对采煤作业的支撑作用

精准定位与导航技术为采煤作业提供了关键的空间信息。在自动化采煤过程中，采煤机、液压支架等设备需要精确知晓自身位置，才能按照预定程序准确运行。例如，采煤机依据定位信息精准割煤，避免割顶、割底现象；液压支架根据采煤机位置及时跟机移架，确保顶板支护的及时性与有效性，保障采煤作业安全、高效推进。

1.4可靠的通信与数据传输技术

（1）井下通信网络架构

井下通信网络通常采用有线与无线相结合的混合架构。在巷道等相对固定区域，敷设光缆、电缆等有线传输介质，保障数据的高速、稳定传输，用于传输大量的生产数据、视频监控信息等；在采煤工作面等移动作业区域，利用无线通信技术，如 Wi-Fi 6、5G 等，实现设备与设备、设备与控制中心间的实时数据交互，满足采煤设备远程操控、状态监测等需求。

（2）数据传输的可靠性保障

为确保通信与数据传输的可靠性，一方面采用冗余设计，在网络关键节点、链路等处设置备用设备与线路，当主线路出现故障时，自动切换至备用线路，保证数据传输不中断；另一方面，通过数据加密、校验等技术手段，防止数据在传输过程中被篡改、丢失，确保控制指令准确无误地送达执行设备，保障采煤作业的稳定进行。

2.煤矿采煤技术自动化升级的发展趋势

2.1智能化无人开采

随着人工智能、大数据、云计算等技术的深度融合，未来煤矿将逐步实现智能化无人开采。智能开采控制系统将具备更高的智能化水平，能够自主应对复杂地质条件，自动优化采煤工艺参数。采煤设备将在无人干预的情况下，完成从割煤、装煤到运煤的全过程作业，大幅减少井下作业人员数量，进一步提升煤矿安全生产水平。

2.2多机协同智能化

未来，采煤机、液压支架、刮板输送机等设备将实现更紧密、高效的多机协同智能化作业。通过设备间的互联互通与智能决策，形成一个有机整体。例如，在遇到煤层厚度突变时，采煤机、液压支架、刮板输送机能够迅速联动，自动调整各自的工作参数，确保生产的连续性与稳定性，提高采煤效率与资源回收率。

2.3远程可视化操控

借助高清视频监控、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）等技术，操作人员将能够在地面调度中心或远离井下危险区域的监控室，对采煤作业进行远程可视化操控。通过实时传输的井下三维实景画面，操作人员可直观感受采煤工作面的实际情况，如煤层赋存、设备运行、顶板支护等，利用手柄、手势识别等交互设备，精准操控采煤设备，仿佛身临其境，极大地提高了操控的便捷性与准确性。

2.4绿色可持续发展

在自动化升级过程中，煤矿采煤技术将更加注重绿色可持续发展。一方面，通过优化采煤工艺与设备选型，降低煤炭开采过程中的能耗与资源浪费；另一方面，加大对煤矿瓦斯、矿井水、煤矸石等废弃物的综合利用力度，减少对环境的污染，实现煤炭开采与生态环境保护的良性互动，推动煤炭行业向绿色低碳方向转型。

结论

煤矿采煤技术的自动化升级是煤炭行业发展的必由之路，智能开采控制系统、自动化采煤装备、精准定位与导航技术以及可靠的通信与数据传输技术等关键技术为其提供了坚实支撑。随着技术的不断进步，智能化无人开采、多机协同智能化、远程可视化操控以及绿色可持续发展将成为未来的主流趋势。煤矿企业应积极顺应时代潮流，加大技术研发与投入力度，培养高素质专业人才，加速推进采煤技术自动化升级，以提升自身竞争力，实现煤炭产业的可持续繁荣，为国家能源安全与经济发展贡献力量。

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