智能采掘系统 智能采掘装备

智能机器人 2025-07-21 14:39www.robotxin.com人工智能机器人网

智能采掘是矿业领域数字化转型的核心方向,通过融合物联网、5G、人工智能等前沿技术,实现矿山作业的安全、高效与无人化。当前我国智能采掘技术已从单机自动化向全流程智能化迈进,形成了涵盖地质勘探、开采规划、设备控制、安全监控等环节的完整技术体系。下面将从系统架构、关键技术、装备创新和应用案例等方面进行全面介绍。

智能采掘系统架构

智能采掘系统是一个集数据感知、网络传输、智能决策与自动控制于一体的综合体系,通过物联网、人工智能、5G、云计算等技术实现矿山全流程的数字化、自动化和智能化管理。

现代智能采掘系统通常采用"云-边-端"架构:

  • 云端:负责大数据存储与分析,运行智能决策算法,如华为煤矿大脑、DeepSeek智慧矿山平台等,能整合地质数据、设备状态和生产计划,生成最优开采方案
  • 边缘层:部署在井下的计算节点,处理实时性要求高的任务,如视频分析、设备故障预警等,减少数据传输延迟
  • 终端层:包括各类智能装备(掘锚一体机、无人矿卡等)和传感器网络,实现现场作业的精准执行与数据采集
  • 核心技术与创新突破

    1. 精准地质信息系统

    智能采掘的基础是构建动态更新的三维地质模型。通过激光扫描(LiDAR)、无人机航测、地质雷达等技术获取高精度地质数据,结合开采进度实时更新资源储量和品位分布,为智能决策提供依据。红柳林煤矿通过"5G+矿鸿+边缘计算"架构,实现了工作面地质条件的透明化可视化管理。

    2. 智能控制与导航技术

    高精度导航是无人化开采的关键,我国已突破国外技术垄断,自主研发了基于惯性导航的工作面直线度控制系统,采煤机定位精度可达±5cm,整体取直误差±50cm。赵庄煤业应用的5G+EBZ280M-2H掘锚一体机搭载位姿测量系统,能实时感知机组角度偏差,通过5G通信实现远程精准操控。

    自主决策技术使设备具备环境适应能力,如:

  • 煤岩识别系统:通过红外、振动传感等技术区分煤层与岩层,自动调整截割参数
  • 智能调速系统:根据煤流负荷自动调节采煤机速度,避免设备过载
  • 防碰撞系统:采用毫米波雷达和UWB定位技术,构建井下立体安全防护网
  • 3. 一体化集成技术

    传统采掘工序分离导致效率低下,新型掘支运一体化技术将掘进、支护、运输功能集成:

  • 冀中能源应用的掘锚一体机单班作业人数从13人精简至8人,工序转换时间减少60%以上
  • 三一重工研发的快速掘进成套装备使掘支平行作业率由不足25%提升至50%,月进尺提高3倍
  • 上海创力集团的EBZ260型智能掘进机集成3D激光雷达、惯导定位和可视化操控,实现地面远程控制
  • 智能采掘装备创新

    1. 智能化综采装备

  • 无人采煤机:具备记忆截割、自动调高、故障自诊断等功能,神东大柳塔煤矿实现"一键启动、鼠标采煤",工作面无人操作
  • 液压支架群:通过电液控制系统实现自动跟机移架,红柳林煤矿15217工作面支架自动跟机率超90%
  • 智能刮板机:配置煤流监测系统,根据负荷自动调节速度,与采煤机协同运行
  • 2. 快速掘进装备

  • 掘锚一体机:如EJM340系列集成截割、临时支护、钻锚功能,永久垂直支护空顶距达1.1m,适应"三软"煤层等复杂条件
  • 锚杆转载机:创新自动连续钻孔技术,通过机械手实现钻杆自动抓取、接杆、拆杆,提高支护效率
  • 窄小型辅运平台:陕煤集团开发的履带式平台可在狭窄巷道内实现物料运输和锚索支护,额定承载2吨,爬坡度≤16°
  • 3. 无人运输系统

  • 无人矿卡:露天矿应用广泛,南露天煤矿实现无人驾驶全自动运行,通过5G网络远程监控
  • 智能连续运输:包括柔性运输系统、大跨距桥式转载系统等,根据工况自动调节运力
  • 电子围栏系统:当人员接近危险区域时自动报警并触发停机,构建本质安全环境
  • 典型应用案例与实践成效

    1. 红柳林煤矿"5G+矿鸿"系统

    该矿构建了云边协同的智能开采系统,主要创新包括:

  • 基于矿鸿操作系统实现设备互联互通,解决协议不统一问题
  • 开发故障诊断及精准维护系统,避免压溜、超负荷事故
  • 应用边缘计算解决井下处理能力不足问题,实现控制指令快速响应
  • 项目实施后,工作面减少操作人员50%以上,生产效率提升30%。

    2. 贵州山脚树矿智能采掘项目

    贵州省科技重大专项"基于工业互联网的煤矿智能采掘技术"通过验收,形成21项专利和4项企业标准。项目针对喀斯特山区复杂地质条件,将AI、物联网、机器人等技术融合,实现采掘工作面智能化、无人化,显著改善作业环境。

    3. 冀中能源智能化矿井群建设

    峰峰集团以九龙矿为样板,相继建成辛安矿、羊东矿等四对智能化矿井。通过综合管控平台和大数据分析,实现设备状态实时监控、隐患智能预警,井下变电所、水泵房等场所实现无人值守。

    发展趋势与挑战

    1. 技术发展方向

  • 全链路自主化:从单机智能向"勘探-开采-运输-选矿"全流程自主决策发展,如神东榆家梁煤矿已实现工作面常态化无人开采
  • 数字孪生应用:构建虚拟矿山与现实矿山的实时映射,提前模拟开采方案,减少试错成本
  • 绿色智能融合:通过能耗优化与资源精准利用,助力"双碳"目标,部分系统已实现减排20%-30%
  • 2. 现存挑战

  • 复杂地质适应性:当前装备在断层、高瓦斯等极端条件下可靠性仍需提升
  • 标准体系缺失:各厂商设备接口协议不统一,系统集成难度大
  • 核心部件依赖:部分高精度传感器、控制系统仍依赖进口,存在"卡脖子"风险
  • 未来,随着《智慧矿山建设规范》等政策落地,到2026年我国煤矿智能化产能占比将超60%,智能采掘技术与装备将迎来更广阔的应用空间。企业需加强产学研合作,突破关键核心技术,推动我国从"跟跑"向"领跑"转变。

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