前沿课题——深部资源无人开采基础理论及关键技术装备

发布时间:2018-05-04

三、深部资源无人开采基础理论及关键技术装备

问题概述：

1.深部资源无人开采基础理论及关键技术装备研究的产生背景和最新前沿进展煤炭资源虽然是我国的优势资源，但几十年持续的大规模开采使得浅部资源也已趋于枯竭，我国未来15-30年的中远期能源安全保障能力严重不足。根据地质勘探结果，我国煤炭资源的53%埋深在1000m 以下，主要固态资源近70%分布在2000m以深，深部资源开采成为必然选择和重大现实需求。然而，受地球深部高地压、高地温及复杂地质条件等因素制约，人员无法进入，深部煤炭资源开采面临极大的安全、环境、技术及经济风险，迫切需要探索新的无人开采理论与技术，研发支撑深部煤炭资源安全、高效开发的重大战略技术与装备。

      目前，在浅部煤炭自动化、智能化开采方面已经取得了一系列重要进展。可实现远程集中控制、单机自动运行、多机协调联动、与煤层地质条件相适应的安全保障控制等重要功能，在地质条件好的煤层可实现无人干预下的自动连续生产。但随着深度和煤层复杂程度的增加，要实现真正的无人开采，许多问题需要进一步解决，包括井下设备的自我精确定位、智能决策、远程高可靠性通讯、动力持续保障、能量收集与自供电、复杂地质条件下的壁障与自救、自我维护等。缺少任何一项关键理论和技术，都无法实现真正的无人开采。

2.未来面临的关键难点、挑战

       深部无人化开采面临的难题和挑战主要有三个方面：一是自动化、智能化控制技术的发展。无人化要求更高的自动化和智能化，如采煤机摇臂的自动调整、液压支架的自动前进、运输皮带的启停时序自动控制、提升系统的自动可控制、除尘系统的自动开启等，这些控制行为应能够随时根据井下实际情况随时进行自动调整，以适应环境和开采过程中随机产生的变化；二是信息化技术的发展。工人不下井，不达到生产现场，但要全面了解井下情况，全矿井瓦斯、突水、通风、矿震等矿山灾害信息的实时监测与预报，工作面设备运行状态、供电、供液设备运行状态等都要能随时随地进行查询和访问。实现全矿开采、提升、运输等生产过程的无人值守，管理者或调度员可以随时通过各种终端设备，连入矿山感知网络，掌握各个系统的实时动态。另外，进入井下进行紧急情况处理的机器人需要实时与地面技术人员进行通信。因此，一个强大、可靠、稳定的信息化和通信保障就是必备条件。三是矿井设备的全生命周期健康管理及远程维修维护。无人开采的最大难题在于井下设备发生故障或或有灾害发生后的无人化处置。因而，矿井设备都要置于一个全生命周期健康管理及远程维修维护系统之下，这个系统具有自主判断、寿命预测、故障诊断、自主控制能力，能够当设备运转异常或环境信息异常时，能够第一时间发送报警消息，并给出维修维护的方案。同时，可调度维修维护机器人进行井下作业。甚至在矿难发生后，能够根据最后时刻的井下各位置信息，判断灾难的类型、影响范围，规划救援路线，并指挥救灾机器人进行矿难救援。

重要意义：

深部资源开发是深地科学研究的最终目标，是向地球深部要资源、保障国家安全的重大战略支撑。只有解决了深部无人开采的难题，才能实现深部资源开发的目标。加拿大、芬兰、瑞典、澳大利亚、美国等矿业发达国家十分重视遥控采矿、无人采矿、矿山自动化等智能采矿技术的研发和应用。这些研发和应用带动了实时矿山测量、GPS实时导航与遥控、GIS管理与辅助决策、3DGM等技术的发展，一些国际大型露天矿山已可在办公室生成矿床模型、矿山采掘计划，并与采场设备相联系，形成动态管理与遥控指挥系统；并衍生出面向矿山工程领域的专家系统、神经网络、模糊逻辑、自适应模式识别、遗传算法等人工智能技术、GPS技术、并行计算技术、射频识别技术、遥感技术等。

随着深部无人开采技术的进一步发展，必将在更大范围内带动资源探测、通讯、自动控制、机械、人工智能、能源传输与存储等多个领域的快速发展，大幅提升资源开采的效率、安全和绿色化水平，有效推动自然资源与人类社会的协调、融合发展。