智能化开采与安全管理体系构建策略

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0引言

我国资源现状长期以来是缺气少油多煤，所以依据资源比例，煤炭行业一直处于能源结构中的主体地位。煤炭在一次能源消费中占比重较大，随着社会经济的不断发展，煤炭资源的需求及消耗也随之增大。面对“碳达峰”“碳中和”目标，煤炭行业的开采形式和建设模式也要有所转变，应随着科技进步和生产力发展，煤炭行业逐步朝着智能化建设的方向阔步前进，在煤矿设备、井下采煤工艺、方式方法、技术管理、管控模式等多方面进行智能化的改造建设，逐渐由煤矿传统的机械化开采过渡到全自动化、大数据控制化的智能化开采建设中，同时与之配套建立相应的安全管理体系也应运而生[1]。

1煤矿智能化概述

井下智能化开采是煤矿进行智能化建设的新发展格局，是提升煤矿整体效益和安全水平的新路径新办法、新方式。煤矿井下智能化开采建设的实现，是安全生产的根本要求，也是煤矿最大限度保障职工生命安全的基本战略目标与要求。当前，煤矿井下智能化建设以西北部为首，逐步向中东部延伸，基本实现了初级阶段的煤矿井下智能化的建设任务目标。其中，煤矿井下采煤区域、大型的井下运输巷道以及部分供电设备均不同程度地实现智能化的投入与改造。但是，通风、灾害管理智能化建设相对滞后些，国内煤矿智能化建设是以井下条件相对而言复杂性较小且煤矿安全生产效益较高的西北地区煤矿为首，大力进行井下智能化开采的建设。

2煤矿智能化开采技术发展历程

传统煤矿开采以人工操作方式为主，其管理也属于粗放式管理。经过很长一段时间的努力和探索，基于我国能源分布的实际现状，国内煤矿井下开采逐步迈向人工与自动化相结合、半自动化到全部自动化的大跨越大发展。近几年来，随着科技的进步和社会经济的发展，我国煤矿的智能化水平逐渐提升，煤矿的管理方式也有了较大的改观和提升，从粗放式管理到体系化的建设，再到逐步分级管理控理念的深入和体制引入，煤矿井下智能化开采逐步实现，同时与之配套的煤矿安全管理也逐步提升，从简单粗放到制度专业，再到精细化，集约化，管理模式由初级逐渐向中高级管控迈进[2]。

3煤矿井下智能化开采技术表征及技术分析

随着智能化技术的不断突破，煤矿井下设备设施也实现更新换代。自动化程度较高的设备以及井下机器人探测设备不断在煤矿井下应用推广，煤矿井下少人开采的力度大幅提升，四化建设和减人增效随着煤矿智能化建设的步伐不断提高，煤矿智能化也随之进入中高级阶段。

3.1精准定位系统技术随着5G无线通信网络的不断完善，UWB精确定位技术也在不断演进。5G无线通信网络建设进度和UWB精确定位在煤矿和非煤领域得到应用，5G+UWB精确定位为矿业井下作业带来了新的改变，井下人员精确定位系统相比于传统的RFID，蓝牙、WIFI等定位技术，最大的特点就是可以在室内环境中实现亚米级10~30cm高精度的实时定位，可以对全矿井进行覆盖，同时对煤矿井下的所有人员进行实时的精准定位，人员所在位置的精确在线跟踪，为矿山生产管理提供科学的数据支持[3]。煤矿井下精准定位系统如图1所示。

3.2井下环境检测技术煤矿井下智能化开采技术包括对井下环境的监测技术。由于井下环境对井下设备的正常运行及开采均具有一定的影响作用，甚至于对井下作业人员的生命健康都存在一定程度的影响因素，因此井下环境监测技术应作为井下智能化开采的一部分进行研究应用。对煤矿井下的环境监测技术，一般采用在井下工作面及各个硐室安装传感器及视频监控设备等方式，对井下现场的地质参数、空气的干湿度及瓦斯含量参数进行监控检测；再通过UWB技术把井下检测到的数据参数及视频图像通过服务器和相关设备实现实时传回地面的控制中心，一般由地面调度中心进行管理和对数据参数的分析；同时，对井下开采环境可能存在的隐患和危险进行预估和判断，及时有效地通知井下现场作业人员或启动井下智能应急设备，紧急采取有效的安全管理措施，提高煤矿井下开采的有效性、安全性和智能化水平。在煤矿井下环境检测过程中，应注重煤矿井下环境检测技术不同功能之间的相互联系和相互承接，保证煤矿井下开采现场不同环境的监测结果能够交叉使用互相配合[4]。

3.3视频监控技术视频监控系统在煤矿生产中起到了十分重要的作用。在煤矿智能化开采过程中，通过视频监控系统对采煤工作面、掘进头、抽采钻场等特殊作业人员全过程实时监视，规范职工的施工行为，督促规范作业。利用有云台控制功能的摄像仪移动侦测、动态分析、区域入侵侦测等功能，实现对无人值守硐室的监控定位和识别跟踪服务，同时运用智能化系统的大数据精准测算分析和判断出井下所有人和物的实时动态和轨迹，精准预知预控不安全因素和行为的发生。例如：以煤矿井下摄像仪的实时视频图像数据为基础，利用高清摄像仪，通过服务器和软件,可识别计算出皮带上的煤量，对皮带的运量进行统计，根据煤量大小、设备开停等制定智能调速策略，通过智能化装备进行指令的触发，通过控制主机的运行达到井下开采设备的自动启停、运行速度调整，从而实现精准的自我保护控制，节约能耗的同时，对设备长时间运行损耗也有一定的控制优化给作用。例如：对于皮带的视频监测可通过系统对皮带的工作时长、皮带运载煤块矸石的具体情况、锚杆支护的作用情况以及井下水煤等的精准监测识别，通过抓拍照片、自动录像、弹屏报警，输出报警信号，避免和减少因异物造成的设备损坏、堆煤等事故，实现智能安全管理。

4煤矿井下智能化安全保障体系构思

国内资源现状决定了煤炭在国内，仍会保持很长一段时间的主要能源地位。因此，采用井下智能化的开采技术手段，避免和减少因煤炭井下开采带来的安全事故和负面影响，是确保我国能源安全和国民经济不断发展的基本保障。根据中高级智能化技术下的煤矿智能开采技术，提出煤炭开采“1+1”安全管控新模式，具体流程图如图2所示，现场效果示意图如图3所示。当以中高阶段的井下智能化开采为基础的“1+1”管控模式推广深入后，加之科技的不断发展进步，更为高级的煤矿井下开采管理会随之出现，井下安全管理控体系也会随之朝着更加集约化的方向推进。本方案提出的“1+1”智能开采模式基于井下智能化开采模式，以整个矿区为采煤管控的主体，打造并建立以井下开采为核心的安全系统管理控制。在实现技术层面，以透明地质保障技术为基础，以煤矿大数据共享平台为载体，以煤矿重大风险评估预警技术为核心的关键技术体系，达到安全管控要素的“数据集约化”“要素可视化”“风险评估智能化”“大数据平台化”，再基于“1+1”安全管控体系开发出面向煤矿智能化安全保障的煤矿智慧安全管控平台系统，最终可以实现移动可持式终端展示功能，煤矿智能化安全保障体系可为煤矿井下智能化开采保驾护航。如图4所示为煤矿智能化安全保障体系。依托煤矿井下开采智能化的建设和相关人才的培养，实现智能化条件下井下隐患和不安全因素的自动监测、查找和排除，再经过与井下智能化设备的自动化智能化联动，确保煤矿的正常生产、重大灾害预警和管理流程科学化，其核心在于准确的地质调查感知、全面的数据平台、实时的风险评估和智能的灾害处置。从煤矿智能安全保障系统技术框架中可以看出，煤矿风险的智能化评估与预警是这一体系的核心[5]。围绕煤矿井下的安全管理现状与要求，从煤矿全维度信息感知，再到设备系统的自动联动，形成数字化、一站式、全方位、智能化的煤矿井下安全风险的识别、预警和闭环处理。但需要提及的是，煤矿智能化安全管控体系的建设在井下复杂地质的预知预测上需进一步加强、完善并提升智能化技术，同时辅以煤矿井下开采智能化的大数据共享平台，真正实现煤矿井下智能化开采的安全管理和创新模式，提升煤矿重大风险评估预警。

5结语

煤矿井下智能化开采是目前我国煤炭开采的必然趋势和必要手段，随着智能化建设力度的不断加深，煤矿开采工作运用合理的智能化开采的同时，必然要配套修改完善构建相关安全管理体系，使智能化开采工作在安全管理体系的保障下，有效地实现煤矿井下智能化开采，安全高效地实施煤矿井下智能化开采的升级改造，以推动煤矿高质量发展及国内煤炭产业智能化开采发展。

参考文献

[1]王坦果.煤矿井下采煤机智能综采控制系统的讨论[J].能源与节能,2022(4):11-12.

[2]刘曾辉.关于煤矿井下采煤机智能综采控制系统的探讨[J].冶金管理,2022(17):33-35.

[3]王国法,任怀伟,赵国瑞,等.煤矿智能化十大“痛点”解析及对策[J].工矿自动化,2021(6):67-68.

[4]王国亮.煤矿自动化智能化开采体系研究[J].中国石油和化工标准与质量,2021(9):111-113.[5]曹哲哲.综采工作面智能化开采技术研究[J].陕西煤炭,2021(2):53-55.

作者:牛广印 苗超 单位:山东信力工矿安全检测有限公司