煤矿智能矿山自动化开采技术的运用研究

引言

在我国能源结构中，煤炭长期占据主导地位，是保障能源安全的重要支撑。然而，传统煤矿开采模式存在高风险、低效率、资源浪费严重等问题，矿工面临瓦斯爆炸、顶板坍塌等安全威胁，且开采过程对生态环境造成较大破坏。

一、煤矿智能矿山自动化开采技术的应用

1.1 自动掘进技术的应用

智能掘进是掘、装、运、支等巷道生产所有工序的自动、协同作业，装载机机器人、掘进机器人搭载高精导航定位系统和激光扫描器，根据预先设定巷道参数，自动进行巷道开掘计划的编制，自动实现精准定向开掘，误差量在 10cm 以内，显著提高巷道成型率。巷道前方地质情况由智能感知，当前方遇断层破碎带，自动改变掘进参数进行调整，防止设备毁坏和安全事故的产生。

1.2 远程控制系统的应用

煤矿生产过程控制远程控制系统解决了煤矿开采依赖于井下现场工作人员的问题，大大降低了煤矿工人作业风险，提高了煤矿运营管理效率。通过井下设备远程控制系统，可以实现管理人员和操作人员在矿井地面控制中心远程作业，通过地面远程高清监控装置和数据信息传输装置，采集监控井下采煤机、液压支架、运输车等设备和生产信息，并将控制指令传输给生产设备，对井下生产设备进行远程准确操控。如液压支架远程控制系统根据井下工作面顶板压力工作情况等数据，实时调整液压支架的高度及支撑密度，及时对顶板实现远程支撑，避免井下人员因顶板压力过大或其他因素造成的顶板安全事故。除了辅助查看井下设备工作情况，矿井设备远程控制系统还能够实现一些井下设备故障的及时诊断和异常问题的紧急处理，在发生设备故障时，系统会发出警报，并将故障相关情况传输给工作人员，工作人员可进行远程的故障检查与排除，将因设备故障造成的停产时间缩减到最短。

1.3 煤炭开采智能探测技术的应用

通过智能化开采检测技术给煤矿开采提供精准的煤矿地层资料信息，从而减少采矿过程的危险因素。采用三维地震勘探技术、地质雷达探测技术以及随钻测井技术对煤矿井下区域的地质构造、煤层开采的埋藏情况做实时和全面的准确检测。在煤矿开采中，借助于三维地震勘探设备和地质雷达探测技术，对开采井下的地层构造、煤矿岩石与地质构造的变化趋势做精准有效的分析，绘制精准的地下三维地质模型，同时可以将煤矿所处地质环境的断层、褶皱等地质构造、位置、形状呈现出来。采用地质雷达探测井下的巷道周围一定范围内的围岩、煤体、岩溶发育等构造，以便对巷道周围一定距离范围内的水害、瓦斯富集带等地质威胁进行有效的探测。在实际煤矿开采中，监测人员通过智能化开采检测设备实时采集煤矿井下地层数据，结合开采检测大数据分析技术和人工智能算法对采矿开采过程中的煤矿地层变化趋势以及地质危害进行预测，为煤矿开采方案调整和矿山灾害防治工作提供重要的信息支持。

二、煤矿智能矿山自动化开采技术应用中存在的问题

2.1 技术层面问题

在煤矿智能矿山自动化开采技术应用中，还受到技术问题方面的制约。受制于设备可靠性低，自动化开采过程中，由于矿井开采的特殊性，地下湿度大、粉尘大、震动高，自动化开采系统中的自动化设备的传感器、控制模块等关键技术出现故障的概率较大。智能化程度偏低，在智能开采实践中，目前的自动化开采技术都是在一些固定的程序下实施工作的，不能依据现场工作的实际状况灵活自适应，无法达到智能化开采的需要。

2.2 管理与人才层面问题

管理模式与人才储备成为自动化开采技术推广应用的瓶颈。传统煤矿管理模式以经验驱动为主，组织架构层级多、决策流程长，难以适应智能矿山实时、精准、高效的管理要求。专业人才短缺问题突出，煤矿行业既精通自动化、智能化技术，又熟悉煤矿开采工艺的复合型人才匮乏。企业内部人才培养机制不完善，缺乏系统的培训课程与实践平台，无法满足智能矿山建设对人才的迫切需求，进而影响自动化开采技术的应用效果与创新发展。

2.3 经济与环境层面问题

经济与环境因素也给自动化开采技术应用带来挑战。前期投入成本高是企业面临的主要经济压力，自动化开采设备采购、智能系统搭建、通信网络铺设等环节需巨额资金，据统计，一座中型煤矿进行智能化改造，前期投入可达数亿元，对于部分资金实力薄弱的企业而言，难以承受。而且，技术应用环境受限，部分煤矿地质条件复杂，如煤层倾角大、断层多、瓦斯含量高，现有自动化开采技术在这些复杂环境下适应性差，设备运行效率低，甚至无法正常作业。

三、提升煤矿智能矿山自动化开采技术应用水平的对策

3.1 加强技术研发与创新

突破技术瓶颈需多方协同创新。在设备可靠性提升方面，鼓励企业联合高校、科研机构，针对井下复杂环境开展专项研发。针对多系统协同难题，制定统一的数据接口标准与通信协议，推动自动掘进、远程控制、智能探测等系统的标准化建设。搭建智能矿山数据中台，实现各子系统数据的统一采集、存储与共享，通过人工智能算法优化数据交互流程，确保地质异常等关键信息能快速传输至相关系统，实现设备参数的及时调整。

3.2 完善管理与人才培养

革新管理模式与强化人才培养是关键。管理上，借鉴现代企业管理理念，构建扁平化、智能化的管理架构。建立自动化设备故障应急响应机制，减少审批层级，实现故障信息的快速传递与处理，提高生产管理效率。人才培养方面，高校应优化相关专业课程设置，增设物联网、大数据、智能控制等课程，培养适应智能矿山需求的复合型人才。企业需加强与高校合作，建立产学研联合培养基地，为学生提供实践平台。

3.3 加大政策支持与资金投入

政策扶持与多元融资助力技术推广。鼓励地方政府设立智能矿山发展专项资金，用于支持关键技术研发与示范项目建设。在资金筹集上，引导社会资本参与煤矿智能化建设，通过 PPP 模式、产业基金等方式，拓宽企业融资渠道。组织科研力量针对复杂地质条件下的自动化开采技术开展联合攻关，研发适用于高瓦斯、大倾角等特殊环境的专用设备与技术，降低环境因素对技术应用的限制，推动煤矿智能矿山自动化开采技术的全面应用与发展。

结语

煤矿智能矿山自动化开采技术是煤炭行业转型的关键。本文研究表明，尽管当前应用存在技术、管理、经济等多方面难题，但通过创新研发、模式革新与政策支持，可有效提升技术应用水平。随着技术不断突破与多方协同推进，自动化开采技术将助力煤矿行业实现安全高效生产与可持续发展，在保障能源供应的同时，推动行业向智能化时代迈进。

参考文献

[1] 张晗 . 煤矿 智能 矿山 自动 化开 采技 术的 运用 研究 [J]. 内蒙 古煤 炭经济,2024,(12):133-135.

[2]张金亮.煤矿智能矿山自动化开采技术的运用研究[J].电子技术与软件工程,2023,(04):96-99.