探析煤矿智能无人采煤工作面开采关键技术

探析煤矿智能无人采煤工作面开采关键技术

张红岩

鄂尔多斯市伊化矿业资源有限责任公司 内蒙古自治区鄂尔多斯市 017000

摘要：煤炭是可以实现清洁高效利用的最经济、最可靠的能源，煤炭资源的智能、安全、高效开发与低碳清洁利用是实现我国煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。基于我国煤矿智能化初级阶段的发展要求，开展了煤矿智能化关键技术体系研究。

关键词：煤矿；智能；无人采煤；优势；发展

引言

采煤工作面是矿井中的主要工作场所，在开采煤炭的过程中易面临顶板、瓦斯以及火灾等突发情况，对人们的生命财产安全构成了严重威胁。综采工艺促进了采煤效率的大幅度提升，在一定程度上提升了煤矿开采的安全性，同时也促进了机械化与智能化发展，但就目前而言，采煤工作面仍然具备较高的危险性，加强对无人采煤工作面开采关键技术的研究与创新至关重要。

1采煤工作面常见灾害

1.1顶板灾害

一直以来，顶板灾害长期威胁着我国煤矿开采活动的安全，随着相关理论与技术的完善与更新，包括巷道支护技术、工作面支护技术以及矿山压力与岩层控制理论、支护理论，大范围的冒顶情况得到了有效控制，但局部冒顶状况仍难以完全避免。就目前而言，采煤工作面是局部冒顶状况多发的位置，尤其是超前支护段、支架前探梁以及工作面端部等区段。在煤矿开采过程中，顶板大面积来压和冲击地压带来的破坏是巨大的，前者可以借助高压注水以及松动爆破等顶板软化技术加以控制，但是对于后者的治理尚未找到有效措施，只能通过一定的手段加以预防。

1.2瓦斯灾害

瓦斯灾害主要有两种表现形式，即煤与瓦斯突出以及瓦斯爆炸。前者多发于掘进巷道，尤其在石门揭煤时发生该事故的概率更高；后者则是威胁采煤工作面生产活动安全性的主要问题。在使用采煤机进行割煤的过程中，瓦斯从所吸附的煤层中游离出来，不断积累至一定量后则会引发瓦斯爆炸等重大事故，虽然现阶段已在采煤工作面采用了多种技术与设备进行瓦斯爆炸的预防与控制，但对于采煤工作面的危险性仍然存在。

1.3矿井水灾

综合矿井水灾而言，老空水与煤层底板承压水的危害程度最强，分别对掘进巷道与采煤构成了严重威胁，如果未对煤层底板进行科学合理的处理，则会导致底板承压水淹没工作面，给人们的生命财产安全带来不可估量的损失。

1.4矿井火灾

煤的自燃、电气设备故障以及人类生存活动都是引发矿井火灾的重要因素，其中，煤的自燃引发的火灾影响范围最大，对于多发火灾的煤层而言，需要做好严格的防护措施，避免对工作面以及整个矿井造成不良影响。

1.5粉尘灾害

粉尘灾害通是威胁采煤工作人员的人身安全的关键问题，一方面会引起煤层爆炸，另一方面，长期置身于未加防护的粉尘环境中极易染上尘肺病。而切断煤尘的积累途径是防止煤层爆炸的最佳措施，虽然负压降尘以及气幕隔尘等新技术不断应用于粉尘灾害的防治，但是为了切实预防尘肺病，仍然需要做好个体防护工作。

1.6地热灾害

在部分地区的深部矿井中，地热灾害也是影响采煤工作人员身体健康的一项重要因素，使得工作人员容易出现体力下降以及精神恍惚等状况，为工程施工埋下了极大的安全隐患，对现代化煤矿的安全高效生产造成了严重不良影响。

2煤矿智能无人采煤技术的优势

2.1拓宽了开采煤层的范围

随着长时间开采煤矿，煤矿地表储量日益降低。为了得到大量的煤炭资源，煤矿开采技术的发展方向是纵深化。在开采深层煤矿时，传统的开采技术受到一些限制，工作效率和安全性都比较低。而新的煤矿智能无人采煤技术能够有效地处理一系列的技术难题，且适宜在各种层面开采煤矿，从而使煤矿开采的范围拓宽。

2.2提高了开采的安全性

煤矿智能无人采煤技术较为凸显的优势在于安全性，煤矿开采结合智能控制机械进行，可以降低事故出现率，从而降低相应的损失。

2.3实现了信息化和机械化开采

在煤矿开采中应用机械控制技术和信息技术，可以实现开采效率的大大提升。应用信息化机械实现开采，防止了环境因素影响导致的问题，从而确保更加高效地开采。

3煤矿智能无人采煤技术的组成部分

3.1采煤机智能定位系统

定位煤机的关键技术是电磁感应技术、超声波探测技术、红外探测技术等。而整体采煤工作的主机是采煤机。当今定位煤机的智能技术依旧较为稚嫩。为此，采煤机智能定位的重要技术在于采煤机自主定位的实现。而要想有效开发此系统，应做好下面两点：一是建构采煤机动力模型，采煤工作面临的环境非常多样和复杂，建构适宜的采煤机动力模型，确保采煤机在适应开采条件的基础上运行的稳定性。这要求对很多动态数据进行参考，且有效兼顾实际的地理环境，考虑影响传感器的全部因素，据此建构采煤机运行轨迹。并且在采集和分析大数据的前提下科学建构采煤机动力模型。二是实现动态目标速度与位置的精准确定。提升计算的量、精度以及转换坐标，分析高效、科学的求解策略。除此之外，还需要建构地下电子导航数据。比较地图数据库数据与搜集的采煤机运行轨迹数据，从而实现地图的正确匹配。同时，在监测收集信息之后，结合地下电子地图对采煤机的运行进行实时监测。

3.2定位煤机系统和三级配套系统

综采工作面完成的工序需要借助可弯曲刮板输送机、自移式液压支架、双滚筒采煤机。为了方便顶板维护，基本应用及时支护的液压支架支护方式，采煤机首先进行割煤，再滞后采煤机8-12台支架移架，然后再滞后移架8-12架移动刮板输送机。为了使智能化的输送机推移、移架、割煤过程实现，需要准确定位采煤机，如此一来，才可以确保按部就班地开展采煤工作。当今，定位采煤机的技术有红外探测技术、电磁感应开关技术、超声波探测技术等。尽管一些煤矿开展了相应的试验，可是依旧需要深入探究。

3.3调高滚筒摇臂系统和辨识煤岩分界系统

煤跟岩石存在较大差异的硬度系数，倘若采煤机割岩石，那么其截齿将被损坏，要么会更换滚筒。为了全部采出整层煤，需要结合摇臂调节采高。为此，在采煤机进行割煤时，需要密切配合滚筒摇臂调高系统与煤岩辨识系统。

3.4抗干扰系统和双向通信控制系统

智能无人采煤的关键支撑在于稳定的通信技术。通信控制系统可以结合信号的收发准确控制综采装置，主要有超前和端头支护段控制系统、三机配套控制系统。

3.5监测与诊断设备状态系统

因为采煤工作面面临非常复杂的工作环境，设备的异常现象往往会形成。为此，需要监测设备的参数（输送机弯曲角度、截齿磨损程度、油液温度和位置、煤机倾角等）和应用故障诊断系统。

3.6辨别与处理地质结构系统

要想切实使无人化采煤实现，务必对一系列的地质结构进行准确识别，且能够及时通过该地质构造。像是在碰到断层的情况下，需要根据检测的断层参数，在系统中自主、迅速研究过断层的策略。

4煤矿智能无人采煤技术的发展措施

要进一步认清智能化建设的出发点，通过减人达到保障安全的目的。加强技术研发，利用好煤矿智能开采试验中心这个技术平台，围绕解决智能化建设最现实、最紧迫的问题，加强与高校、科研机构产学研合作，着力解决智能化建设薄弱点；大力推广煤巷掘、支、运三位一体高效快速掘进等成套装备技术，大力推进井下机器人研究应用，加快煤矿信息化和自动化深度融合发展，加快建成智能煤矿体系。

结束语

综上所述，煤矿智能无人采煤技术摆脱了传统开采技术的限制，还需要处理不少技术性的难题。在以后的发展进程中，需要持续解决技术难题，建构与健全技术体系，从而在开采煤炭中体现更大的作用。

参考文献：

[1]张鹏.探析煤矿智能无人采煤工作面开采关键技术[J].低碳世界,2019,9(11):120-121.

[2]张建国,朱同功,杨党委.深部煤层智能化综采工作面关键技术研究[J/OL].煤炭科学技术:1-17[2020-06-29].

[3]黄曾华,王峰,张守祥.智能化采煤系统架构及关键技术研究[J/OL].煤炭学报:1-14[2020-06-29].

[4]周至刚,谢金锁.探讨煤矿智能无人采煤技术[J].中外企业家,2020(01):138.

[5]张鹏.探析煤矿智能无人采煤工作面开采关键技术[J].低碳世界,2019,9(11):120-121.