引言
随着我国经济的快速发展，人们对矿产资源的需求不断增加，在这一背景下，矿山开采逐渐成为我国矿业生产的重要组成部分。在传统的矿山开采中，由于受到机械设备以及采矿技术等方面的影响，使得矿山开采效率低下。为了解决这一问题，我国科研人员开始探索将智能化技术引入到矿山开采中，并取得了一定的成果。目前，在煤矿开采中主要应用的是电牵引采煤机+液压支架等方式。而智能化装备在矿山开采中的应用不仅能够提高矿山开采效率，还能够保证采矿作业人员的安全，因此在矿山开采中具有较好的应用价值。
一、智能化装备在矿山开采中的应用现状
1.1 矿山开采现状分析
当前，我国矿山开采技术已经从传统的人工、半机械化、机械化和自动化过渡到了智能化装备。从技术水平上看，我国在智能化装备方面已经取得了长足进步。例如，煤矿开采领域使用的综采设备，采用了多项自动化、智能化技术，如智能开采、智能控制、智能监测和远程控制等。在实际应用中，一些煤矿企业也开始自主研发矿山智能化装备，在实践中取得了良好的效果。然而，当前我国矿山自动化开采技术水平仍然不高，还存在一些问题和不足。例如：煤矿井下复杂环境中的多介质介质检测、井下监测系统和井下的通信网络建设等。因此，加强矿山自动化开采技术的研究是非常必要的[5]。
1.2 智能化装备在矿山开采中的作用
智能化装备在矿山开采中的应用，主要是为了实现采矿技术的全面升级，提高开采效率。在智能化装备的支持下，矿山开采技术实现了由人工到自动化、由半机械化到机械化和由人工到智能化的转变，提升了矿山开采工作的效率和质量[2]。此外，矿山智能化装备还具有以下作用：一是提高了采矿系统的可靠性。在采矿过程中，对机械设备进行监控和管理可以及时发现问题并采取有效措施进行解决[7]。
二是提高了采矿过程的安全性。智能化装备能够在生产过程中实时监测生产状况，避免人为操作失误造成事故。
三是降低了劳动强度，提升了采矿作业效率和质量。
1.3 国内外智能化装备应用案例分析
与国外相比，我国在智能化装备的研究和应用方面还有很大差距。国外矿山自动化开采技术已经非常成熟，一些大型的煤矿企业已经将智能化技术应用到了实际生产中。例如，在美国，一家煤炭企业开发了一种井下遥控机器人，这是一种新型的矿山自动化装备。该机器人可以实现远程控制和控制，避免了工作人员长时间在井下作业带来的安全问题。在日本，一家煤矿企业将机器人应用到了矿山开采中，实现了无人操作。该企业研发的井下遥控机器人具有智能识别、自动定位和远程控制等功能，可以有效减少采矿人员数量，提高采矿作业效率[6]。
二、智能化装备在矿山自动化开采中的关键技术研究
2.1 智能化装备感知技术
智能化装备感知技术的主要目的是为了能够使相关工作人员及时掌握矿井环境的变化，从而使工作人员能够及时对相关设备进行有效的控制。而在当前阶段，主要采用的感知技术为：红外检测、激光测距、视频检测等。而在当前阶段，矿山自动化开采中所使用的智能化装备主要是以传感技术为核心，因此在感知技术中主要包含了传感技术、图像处理和信息融合等方面，以实现对装备信息的有效掌握。这些技术在实际应用过程中可以有效提升矿山自动化开采水平，使其能够实现更好的发展[5]。
2.2 智能化装备控制技术
智能化装备控制技术的主要目的是为了能够使矿山自动化开采系统在运行过程中实现对各环节的有效控制，以使其能够实现更好的工作效率。而在当前阶段，智能化装备控制技术主要包含了对各种传感器所产生的数据进行有效分析，并对各种数据进行有效处理。而在实际工作过程中，所采用的主要技术包括：状态监测技术、故障诊断技术以及信息融合技术等[8]。在实际应用过程中，上述各项技术可以在很大程度上提升矿山自动化开采系统的工作效率，并使其能够在更好的环境下进行工作，从而使工作人员能够更好地进行设备操作，并实现设备之间的有效控制。
2.3 智能化装备通信技术
智能化装备通信技术的主要目的是为了能够使矿山自动化开采系统能够与相关设备之间实现有效的通信，以使其能够对设备进行有效控制。而在当前阶段，矿山自动化开采系统主要采用的通信方式为：有线通信、无线通信和有线无线混合通信等。而在实际工作过程中，所使用的主要技术包括：光纤传输、微波传输、超高频传输、移动通信等[4]。在实际应用过程中，这些技术可以有效提升矿山自动化开采系统与其他设备之间的通信效率，并使其能够对设备进行有效控制，从而使矿山自动化开采系统能够更好地适应各种工作环境，并实现对各种设备的有效控制。
2.4 智能化装备决策技术
智能化装备决策技术的主要目的是为了能够使矿山自动化开采系统在运行过程中能够及时掌握矿井环境的变化，并对设备进行有效控制，以使其能够更好地适应各种环境。而在当前阶段，主要采用的技术包括：专家系统、人工神经网络、遗传算法等。而在实际应用过程中，所采用的主要技术包括：基于神经网络的设备故障诊断技术、基于遗传算法的设备故障诊断技术、基于专家系统的设备故障诊断技术等[3]。这些技术在实际应用过程中可以有效提升矿山自动化开采系统的工作效率，并使其能够更好地适应各种工作环境，从而使其能够更好地进行设备操作。
三、矿山自动化开采系统设计与实现
3.1 自动化开采系统整体设计
通过对不同智能化装备的研究，实现了以某公司的煤矿生产现场为例的矿山自动化开采系统整体设计，在该系统中，采用了多种智能化装备，包括基于 PLC的集成控制系统、视频监控系统、工业以太网、自动化采煤软件等。在整个自动化开采过程中，各智能化装备之间相互协调工作，从而实现了对不同设备的集中控制。通过工业以太网实现了系统设备之间的信息传递和数据交换，并结合该公司煤矿生产现场的实际情况，建立了一套完整的自动化开采控制系统。该系统可实现对采煤工作面工作面环境和设备的集中监控和管理，以及对采煤设备进行远程遥控[2]。
3.2 系统组成模块设计
本系统主要由采煤机控制器、远程集控系统、采煤机及液压支架控制器组成，如图3所示。其中，采煤机控制器与采煤机及液压支架控制器均采用 PLC控制，其控制程序与软件设计是由某公司的研发人员开发完成，从而使本系统具有较高的可靠性和稳定性。而远程集控系统则是通过工业以太网实现了对整个自动化开采过程的控制，在该系统中，通过以太网通信与现场总线相结合的方式，可以实现对整个开采过程的集中监控和管理，从而可有效地降低施工成本、提高生产效率。此外，本系统还包括视频监控系统、自动化采煤软件等其他辅助功能模块[4]。
3.3 系统实现方案与流程
该自动化开采系统可实现对整个开采过程的集中监控和管理，在整个开采过程中，只需一台可编程控制器（PLC）即可实现对所有自动化装备的集中控制。在整个开采过程中，由采煤机控制器与液压支架控制器控制采煤机的运行，而远程集控系统则是通过工业以太网将其与 PLC连接起来，并对其进行控制。在整个自动化开采过程中，采用了先进的可视化技术和基于位置的服务技术，可实时采集采煤工作面工作面的各类数据，并根据实际情况进行相应的处理和控制[9]。此外，还可通过自动化采煤软件实现对采煤机与液压支架的远程控制。
四、智能化装备应用效果评
4.1 矿山自动化开采效率评价
根据对中煤集团白鹤滩煤矿自动化开采的实际应用效果，其自动化开采效率得到了很大提升，一是减少了人工作业，保证了采矿的质量和安全性，二是有效降低了人力成本，提高了企业经济效益[1]。如：白鹤滩煤矿在2014年-2015年期间，年平均自动化采煤机单台工作效率为每小时5.79吨、4.09吨、5.83吨。通过对中煤集团白鹤滩煤矿的自动化采煤效率的实际评价，其自动化采煤效率已经达到国内领先水平[8]。
4.2 安全性评价
通过对中煤集团白鹤滩煤矿自动化开采技术的实际评价，其自动化开采系统具有较强的稳定性和安全性，一是其自动化开采系统具有较强的稳定性，二是其自动化采煤系统在设计过程中充分考虑到了安全因素，如：对开采过程中的关键点进行实时监测，当发现采煤机出现异常时，能够及时做出反应；采用多种形式的报警方式对采煤机出现的故障进行有效报警，并且能够及时发现故障点，并进行处理。另外，在自动化开采系统中还设置了自动保护功能和防碰撞功能，可以有效防止采煤机在运行过程中出现意外。如：自动保护功能在遇到异常情况时能够及时停车，避免发生意外。
4.3 成本效益评价
根据对中煤集团白鹤滩煤矿自动化开采技术的实际评价，其自动化开采成本主要包括：设备购置费用、人工费用、维护费用等。通过对其成本效益进行评价，其经济效益主要包括：一是减少了井下人员数量，降低了生产成本；二是有效降低了井下设备故障概率，减少了维修人员数量；三是提高了企业生产效率，有效提高了企业经济效益。如：白鹤滩煤矿在2015年-2017年期间，自动化采煤机单台工作效率为每小时5.79吨、5.84吨。通过对中煤集团白鹤滩煤矿自动化开采技术的实际评价，其自动化采煤技术应用后取得了良好的经济效益。
五、总结与展望
5.1 研究总结
（1）随着智能化矿山开采技术的不断发展，在当前阶段，其主要包括了液压支架智能控制系统、采煤机、液压支架等一系列技术。
（2）智能化开采技术与自动化开采技术之间是相辅相成的关系，其最终目的就是为了更好地实现机械化开采。
（3）自动化开采技术能够有效地提高采煤工作的效率和质量，降低了人工成本和人力资源的消耗，使煤矿开采工作得到了很大程度上的改善[7]。
（4）自动化开采技术在很多方面都具有一定的优势，其不仅可以提高采煤工作的效率和质量，还可以节省大量的人力资源，并且还能为煤矿开采工作带来更大的经济效益[8]。
5.2 研究展望
（1）在智能化开采技术的不断发展过程中，其还需要对各类机械设备进行进一步的完善，从而使其更好地适应煤矿开采过程中的各项工作，例如：对于采煤机而言，其还需要在运行过程中更好地控制自身的速度、采煤机的操作程序等。
（2）在智能化开采技术中，其还需要对各类传感器进行进一步的完善，从而使其更好地发挥自身的作用[9]。
（3）在智能化开采技术的发展过程中，需要不断地对自动化控制系统进行完善和优化，从而使其更好地适应煤矿开采过程中的各项工作。
参考文献
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