智能采矿技术的应用对生产的促进作用

徐卫华

(阳煤中小企业投资管理集团第一有限公司，山西 阳泉 045000)

0 引言

智能化采矿技术在采矿的应用科学、直观、便于管理、降低风险，从简单地质条件测量到复杂地质条件开采，都可以利用智能化采矿技术逐步展开。目前，煤矿井下综采工作面地质环境复杂多变，影响到综采工作面智能无人化开采的发展进程，但是可以先在较简单的地质条件下实现智能无人化开采，再通过不断的技术提升，使得无人化开采技术不断进步，逐渐适应较为复杂的地质条件。

1 应用智能采矿技术的必要性

伴随采矿的逐步深入，矿山的深部开采终归势在必行，而深部开采必须要采用更大规模、更智能、高效与精细的采矿技术与装备，这主要有两个原因：第一是深部开采对通风、地压、支护、提升、降温、装备等环节要求更高，开采也更为复杂，成本会随之增加，总体利润下滑，为确保企业具有足够的市场竞争力所必须采取的措施。第二是因为深部矿体开采常因高地压和开采扰动导致地压灾害，岩移、冒顶、片帮甚至岩爆等灾害频发，难以预料，开采作业人员和设备的安全受到严重威胁。为了扭转这种局面，就要从采矿工艺技术和机械设备入手，全面提高机械的适应力，提高采掘技术和矿山机械设备性能。智能开采就是依托矿山大规模无人装备与智能化系统，综合优化调度与生产管理，在开采作业中，更多的使用机器代替人工，实施精准开采，达到地下矿产经济、安全、高效开采的最终目的，企业的发展达到经济与安全性平衡。

2 智能采矿技术的分层与应用过程

智能采矿技术快速发展，表现在采矿装备的智能化进程逐步升级，无人、集中控制的采矿设备，已经投入实际应用的阶段。较典型的无轨装备采矿的智能开采技术主要分为控制层、传输层和执行层。控制层是核心层，成为整个系统的支撑控制平台，负责智能开采全部过程的调度和控制。传输层是指井下泛在信息采集与井下无线通讯技术与装备，实现矿井高速无线通讯和数据传输，即泛在信息采集与井下无线通讯。传输层和控制层的智能装备即智能开采基础系统平台，主要包括定位与智能导航平台、信息采集及通信平台和智能调度与控制系统。传输层与控制层都需开发适用于井下环境的高速、高精度设备定位、跟踪和控制相应系统，为井下无轨设备的自主运行、避障和远程遥控提供技术和支持，即设备精确定位与智能导航。执行层是指井下智能凿岩、装药和铲装运设备，单个装备实现智能化或者无人化水平，包括智能中深孔凿岩台车、地下智能潜孔钻机、地下智能铲运机、地下智能矿用汽车、智能采矿爆破技术与装备。控制层的智能调度和控制平台通过对矿山资源储量、地质情况分析，结合地下生产进度等一系列因素，编制合理的开采计划。基于开采计划，通过传输层给各个装备下发控制指令：哪种装备什么时间在哪一个采场执行开采任务。装备执行指令，控制层会实时通过传输层采集当前巷道的泛在信息及车辆的基本信息，用来判断或随时调整执行层中各种装备的下一步动作，以此类推，实现作业的顺利进行。

3 智能装备应用带来的便捷

在智能开采流程的所有工序中，执行层采矿装备的智能化和无人化显得尤为重要。地下采矿设备主要是为了实现“钻、爆、装、运”的一系列工程车辆，其中有深孔凿岩台车、潜孔钻机、铲运机、卡车和装药车等。深孔凿岩台车应用于高分段中深孔凿岩，该车可实现自主行驶、远程操控、虚拟现实、自动布孔定位及智能凿岩；智能潜孔钻机有自主行驶及炮孔定位功能，凿岩参数自动匹配及智能控制技术，深孔凿岩防偏控制技术，多钻杆存储、自动排序和防卡杆技术。地下智能铲运机，是在凿岩台车与潜孔钻机破碎矿石后，该车利用铲斗铲削矿石，将矿石装入铲斗并运送，定点卸载、能够故障自诊断和远程遥控等。地下智能矿用汽车是为了节能和环保，采用双动力的电传动地下矿用汽车，实现无人驾驶进行车辆巷道空间检测、智能辅助驾驶、遥控运行功能。另外，还有集原料运输、炸药混制、炮孔装填于一体的地下智能装药车，等智能化设备。这些智能设备结构紧凑、自动化程度高、适用范围广，它们的应用给采矿带来极大的精准与便利，能够做到人工操控自动或半自动所无法达到的效果。

4 实用的采矿智能技术

4.1 3D建模技术的应用

3D建模技术是数字化采矿领域备受关注也是最具影响力的一项技术。3D建模技术一直以来作为新矿山建设前勘探工作的一部分在应用，一般是凭借计算机程序，主要用来创建地下区域图。利用建模能够有效地捕捉到人员无法到达地点的图像，以此扩大勘探工作所覆盖的范围。另外，建模还可以将未知和潜在不安全的地下区域的工人撤离，提高勘探作业的安全性。创建地下区域详细图像的能力也是eMesent悬停地图系统的一个组成部分，该系统可使用无人机完成一个更大区域的建模和绘图工作，广为采矿技术所用。

4.2 综合自动化

人工智能是涵盖面更广的智能计算机系统，一直被用来提高操作效率。智能调度与控制系统作为地下金属矿智能开采系统智能化的软件平台和管理中心，对系统性能的优劣和成败起到关键性作用。围绕地下矿井的生产调度与开采过程进行控制的实际需求，实现基于数据仓库的可视化智能调度与控制，并为将来实现凿岩、支护、装药、铲装、破碎、无轨及有轨运输等七类智能无人采矿装备系统统一控制的集群化控制做好基础性研究工作，这一系统还支持采装运多台无人采矿装备的集群化协同作业，实现对采场、斜坡道及运输巷道等生产区域的安全管理，可管理多个安全区域；形成无人采矿增强现实与集控一体化平台，全面支持无人采矿生产模式的组织与实施。

4.3 无人机管理矿山

采矿业已开始利用无人机的潜力进行测绘和信息数据的收集,无人机收集的数据与其他方法收集的相比准确度要高，单个的无人机的探测面积就可以覆盖大量土地范围，显著的降低了劳动力成本。无人机测量露天矿，完全可以做到无人机管理矿山，利用无人机来管理测量堆场，节约钻孔，爆破时间等。利用特殊用途无人机，配合各点位自动监测系统，可以对矿山的环境与排放进行检测与控制，用于监测矿山开采对环境影响的智能技术，同时监控有害物与气体的排放水平。目前，煤矿采用最多的还是遥控型无人化开采，这种开采采用拟人手段，将人的视觉、听觉延伸到工作面，将工人从工作面解放到监控中心，实现在监控中心对设备的远程操控，达到工作面无人化开采目的。遥控型无人化开采是煤矿全面自动化、智能化技术的一个过渡阶段，当地质条件发生变化或个别设备异常时仍需要人工干预调整。

5 智能采矿的局限性与发展前景

从采矿全自动化实验应用效果分析，全自动采矿目前尚处于实验与部分应用阶段，设备接收信号的灵敏度、执行指令的速度方面依然有一定局限性，相比一些半人工操控的机械作业，在生产效率方面存在一定的差距，实现全部智能化采矿在技术设计上仍需不断的完善，另一方面，这些智能设备的操作技术难度比较大，设备正确的操作与维护对采矿人员的技术要求也比较高，需要高端熟练型技术人才的参与，为此，智能化全自动采矿设备能否大批量投入生产和使用，全面实现无人机械自动化采矿，还会有一段漫长的路要走。

6 结语

我们国家的采矿队伍，要在掌握采矿先进技术的基础之上，准确判断采矿最新发展趋势，不断创新采矿新技术，共同汇聚各方面的人力、物力、财力，有计划、有步骤的实现数字化矿山开采。实现地下矿山机动、灵活、高效、经济、安全的无人智能化开采，促进矿业产业的发展规模，改善矿山的回采工艺和运输系统，并向无轨、无人开采的综合机械自动化方向发展。