煤矿机电设备智能化技术及其应用

摘要：随着煤矿开采规模不断扩大、安全生产要求不断提高，传统煤矿机电设备已经不能适应现代煤矿高质量发展的现实需要。智能化技术的发展给煤矿机电设备升级赋予了新的技术途径。智能化煤矿机电设备可以进行远程控制、自动生成决策以及实时监测等，从而达到提高设备运行稳定性的目的，并且减少由于安全事故造成的损失，提高煤矿的生产效率和资源利用率。文章根据目前煤矿机电设备智能化的发展背景，对煤矿机电设备智能化现状进行分析，主要从多源传感器融合、高精度感知、人工智能自主控制、工业互联网和5G通信架构等技术入手，再研究这些技术在综采工作面、安全监控和设备预测性维护等方面的应用情况，为煤矿智能化建设提供一些参考。

关键词：煤矿机电；智能化技术；应用

引言

煤炭在工业生产、电力供应和国民经济运行中一直占有重要的地位。随着煤矿开采深度不断加大，传统煤矿机电设备在高负荷、长时间运行的环境下容易出现运行效率降低、设备磨损严重、安全事故频发等现象。在此背景下，智能化技术成了煤矿机电设备发展的主要方向。近些年来，人工智能、云计算、大数据、工业互联网、5G通信这些新兴技术越发成熟，渐渐被应用到煤矿生产当中，给煤矿机电设备的自动感知、自主操控、远程协作和智能决策赋予了技术支持。智能化煤矿机电设备可以减少人工劳动强度，提高矿井安全水平，实现煤矿生产全过程智能管理。因此，对煤矿机电设备智能化技术及应用进行系统的探究，有着很强的现实意义与工程价值。

1煤矿机电设备智能化发展现状

目前我国煤矿行业正处在由机械化向智能化快速转型的关键时期，越来越多的大型煤矿企业正在创建智能化矿井，而且正朝着机电设备的数字化、自动化管理迈进。传统的煤矿机电设备大多依靠人工操作和经验来管理，对于设备运行状态的监测能力比较薄弱，故障发生时存在一定的滞后性，容易引发停机事故以及安全隐患。另外一些中小煤矿因为资金投入少，智能化设备更新速度慢，造成整体智能化水平有差别。从总体上看，煤矿机电设备智能化发展取得了较好的成果，但是还需要继续加强关键技术的研究以及系统集成能力的建设，使煤矿生产朝着更加安全、高效、绿色的方向发展。

2煤矿机电设备智能化技术

2.1多源传感器融合与高精度感知技术

多源传感器融合、高精度感知技术属于煤矿机电设备智能化运行的基本条件。煤矿井下环境复杂，粉尘浓度高、湿度大、光线不足、电磁干扰强等特点，传统的单一传感器不能满足设备的实时监测要求，所以需要使用多种传感器共同工作来提高信息采集的准确性、稳定性。目前煤矿机电设备上广泛使用温度传感器、压力传感器、振动传感器、气体传感器和图像识别装置，用多维数据融合来达到对设备运行状态的综合感知。复杂矿井环境里，多源传感器融合技术可以有效地降低误报率、漏报率，给煤矿机电设备智能控制赋予可靠的依据，而且还能为安全监测、灾害预警构筑根基。

2.2基于人工智能的自主控制与决策系统

人工智能技术的发展使煤矿机电设备由原来的自动化控制向现在的自主化决策发展。传统的控制系统大多依靠固定的程序以及人工的经验来运作，不能应对复杂多变的矿井环境，而以人工智能为基础的自主控制系统可以凭借数据的学习和模型的训练，从而达到对设备运行状况进行自主分析并实施优化控制的目的。目前煤矿机电设备中已经开始使用神经网络、机器学习和深度学习等算法，对设备运行数据进行智能分析。矿井复杂的环境中，自主控制系统可以使得各个设备一起工作，用智能调度算法对设备的工作路线、生产流程进行优化，从而达到提高整个生产效率的目的。随着人工智能算法的不断优化，煤矿机电设备自主控制能力会越来越强，给少人化甚至无人化矿井建设提供技术支持。

2.3工业互联网与5G高速通信架构

工业互联网和5G高速通信架构是煤矿机电设备智能化运行的网络基础。煤矿智能化建设要完成大量的设备之间的数据交换和实时通信工作，但是传统的通信方式存在着传输速度慢、不稳定、覆盖范围小等明显缺点。5G通信技术具有低时延、高带宽、大连接等特点，能适应煤矿井下复杂的环境要求，实现数据的传输。利用建立的工业互联网平台，煤矿企业可以把采煤设备、运输设备、监测设备、调度系统等统一连接起来，实现设备运行数据的集中管理、远程协同控制。使用云计算、边缘计算技术可以对大量的数据进行快速处理，从而加快故障的响应速度以及控制的速度。另外，工业互联网同5G技术相融合之后，会促使煤矿生产系统朝着智能协同的方向前进，达成设备间的互相交流并形成智能联动的局面，给煤矿数字化管理赋予强有力的支撑。

3智能化技术在煤矿机电设备中的具体应用

3.1综采工作面智能开采系统的集成应用

综采工作面属于煤矿生产的重要环节，也是智能化技术应用最集中的地方。传统综采作业时设备操作繁杂、人工干预较多，易受井下环境以及人为因素影响，而智能开采系统可以实现采煤设备自动协同工作，从而提升开采效率和安全性。目前智能综采系统由智能采煤机、液压支架自动控制系统、智能输送系统和集中监控平台组成。利用5G通信技术，在地面控制中心可以对井下综采设备实施远程操控及实时监控，进而达到少人化生产的状况。智能开采系统可以提升煤炭回收率、生产效率，削减设备故障率、安全事故发生几率，使煤矿生产方式一直向着智能化方向前进。

3.2矿井安全监控与智能避灾应急系统

煤矿井下环境复杂，瓦斯爆炸、火灾、水害、顶板事故等安全风险一直存在，所以安全监控和避灾应急系统在煤矿生产中有着十分重要的作用。随着智能化技术的不断发展，矿井安全监控也由原来的单一监测向智能预警转变。目前煤矿安全监控系统已经广泛使用了气体监测、视频识别、人员定位、环境感知等技术，对井下瓦斯浓度、温度、风速、人员分布情况等进行实时监控。近些年来，机器视觉以及人工智能识别技术也被应用到矿井安全防护当中，系统可以自动识别出人员违规行为和设备出现的异常状况，从而加强了矿井的安全管理智能化程度。智能安全监控和避灾系统在矿井安全生产中起着重要的作用，可以有效地保证矿井的安全性，减少人员伤亡。

3.3设备健康状态监测与预测性维护系统

煤矿机电设备长时间处在高负荷运转之中，容易产生磨损、老化和故障等状况，传统的定期检修方式既耗费资金又不能及时察觉隐藏的毛病。预测性维护系统利用智能化技术对设备运行状况实施实时监测并开展故障预估，从而提升设备运转的可靠性。目前煤矿企业普遍使用振动监测、温度监测、电流分析等手段对电机、减速机、输送机、液压系统等重要设备实施动态监测。预测性维护系统还可以根据设备的运行状况来自动安排维修计划，从而提高维修资源的利用率。利用工业互联网平台，设备运行数据可以实现远程共享、集中分析，从而提高设备管理水平。预测性维护技术的使用不仅可以减少设备停机时间，还可以降低维修成本，给煤矿安全稳定生产提供重要的保障。

结束语

随着信息技术同煤矿生产深度整合，煤矿机电设备智能化成了煤矿行业发展的大势所趋。多源传感器融合、人工智能、自主控制、工业互联网、5G通信等技术的广泛应用，使煤矿生产逐步实现自动化、数字化、智能化，提高了设备运行效率，也大大提高了矿井的安全保障能力。目前智能化技术在综采工作面、安全监控、设备预测性维护等各方面已经取得较好的应用效果，为煤矿少人化、无人化生产打下了基础。但是由于煤矿生产环境复杂，智能化建设还存在系统兼容性差、关键技术缺乏、专业人才短缺等困难。未来煤矿机电设备智能化发展要继续加强技术创新和系统集成能力的建设，完善工业互联网平台和智能决策体系，提高设备的自主运行能力、安全管理水平，使煤矿行业更加安全、高效、绿色、可持续发展。

参考文献

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