智慧開採是應用物聯網、雲計算、大資料、人工智慧等先進技術,使工作面採煤機、液壓支架、輸送機(含刮板式輸送機、轉載機、破碎機、可伸縮帶式輸送機)以及電液動力裝置等形成具有自主感知、自主決策和自動控制執行功能的智慧系統,實現工作面落煤(截割或放頂煤)、支護、運煤作業工況自適應和工序協同控制的開採方式。
智慧開採是煤炭開採的發展方向和必然趨勢。日前,八部委聯合印發的《關於加快煤礦智慧化發展的指導意見》,明確提出煤礦智慧化是煤炭工業高質量發展的核心技術支撐,智慧開採是智慧煤礦的技術核心。
智慧開採的特點包含三要素
智慧開採的顯著特點是工作面裝置和控制系統具有智慧感知、智慧控制、智慧決策3個要素,即智慧三要素。其中,智慧感知是基礎、智慧決策是重點、智慧控制是結果。透過智慧感知感受工作面開採環境和條件變化,然後透過智慧決策系統進行自主決策分析,透過智慧控制來控制裝置動作,從而實現工作面的智慧化開採。
智慧控制與自動控制的區別在於,自動控制只是單純執行指令,智慧控制可以隨著條件變化自主分析並自動調整執行引數,有學習、分析、決策的過程,是動態控制。
當前,我國煤礦還處於智慧開採發展的初級階段,特點是智慧決策系統相對缺失。智慧決策需要透過系統自主學習與資料訓練形成自主分析與決策機制,以解決包括大資料分析、多資訊融合與系統協同聯動在內的智慧決策問題。但是,基於神經網路深度學習機理不明,難度較大。目前,可從系統協同聯動方面入手,來解決系統決策機制——簡言之就是基於協同聯動的智慧決策問題,它以關鍵特徵資訊為基礎,智慧協調各裝備的協同聯動,解決現有智慧控制裝備單兵作戰問題,實現工作面裝備群的智慧協調聯動。
明確智慧工作面分類與分級標準
智慧工作面分類與分級標準應以國內現有工作面智慧化開採技術和裝備為基礎,結合我國煤層賦存條件多樣性的特點,先對智慧化工作面進行了定義,提出了智慧化採煤工作面通用要求與系統配套條件,給出了智慧化工作面分類、分級評價指標體系與評價方法,以解決智慧化工作面標準缺失的問題。
為了便於考核,應將智慧化採煤工作面分為智慧化採煤工作面生產系統和智慧化採煤工作面輔助生產系統兩大系統。前者包含智慧割煤、智慧支護、智慧運輸、智慧控制、網路通訊、智慧影片、智慧噴霧、智慧供液、智慧巡檢、智慧供電10個子系統。後者包含工作面照明、工作面語音、通風和防滅火、智慧安全監測4個子系統。
智慧工作面分類以煤層條件為基本指標,開採技術引數為參考指標,採用模糊綜合評價方法,將各因素評價結果按一定對映方法處理為可計算綜合評價值,並按百分制進行評判,將工作面煤層開採條件分為Ⅰ類、Ⅱ類、Ⅲ類。工作面條件共有20個分項指標,包括煤層厚度、煤層穩定性等17個基本指標,以及工作面走向長度、工作面傾斜寬度、可佈置工作面數量3個參考指標。
根據工作面智慧化水平高低及其實現程度對工作面智慧化程度進行分級,同樣可採用百分制進行評判,將智慧化採煤工作面分為高、中、低三級,分值若低於60分則為未達到智慧化工作面標準。
考慮到相同分值條件下,複雜工作面投入和付出的努力更多,可在制定分級評價指標時適度傾斜。由於其權重較小,工作面條件對分級評價的分值有所影響,但影響不大。