智能化采煤工作面开采技术研究

智能化采煤工作面开采技术研究

韦正锋

淮沪煤电有限公司丁集煤矿 安徽淮南  232141

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，如何规范、安全、正确使用煤炭资源是我们在新时期需要面对的关键问题，因此我们应该从现阶段煤炭资源利用的实际情况出发，开展煤矿智能化采煤工作面的技术研究。

关键词：煤矿；智能；无人采煤；优势；发展

引言

采煤工作面是煤矿井下生产的最前线，在采煤的时候容易发生顶板、瓦斯和火灾等安全事故，因为来自中国的许多煤矿依然是以工人下井为主的方式采煤，地下环境极差且相当危险，年年皆有数百名矿工丧生。因此，互联网+智能采矿已成为有效、安全、稳定开采煤炭的必然发展趋势。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]。

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，采煤以开采深层煤矿的为主，煤矿里存在大量化学物质，地下往往存在大量瓦斯。如果瓦斯在这类深井或其他相对封闭的地方遇到高温热源或明火，极易发生爆炸，导致人员受伤甚至死亡，同时还要处理事后的现场，这都会影响井下采煤的进度。由于长时间暴露在恶劣的环境，地下工作者的身心健康也会受到负面影响。虽然我国目前使用采煤机作为采煤装置，但在真实的开采过程中仍需人工操作。为了减少采矿过程中出现人员受伤甚至死亡的现象，研发工作者一直在努力的开发、创新高端技术。

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。通常来说，煤层中瓦斯的含量会随着煤层的加深而变得愈来愈多。煤层倾角对瓦斯也存在一定的影响。煤层倾角愈小，煤层中瓦斯的含量就愈大；相反，煤层中瓦斯的含量就愈小。在煤层中，瓦斯会被地层压力所影响，导致瓦斯会在煤层中一直来回移动，这跟速率、煤层以及围岩的渗透能力息息相关。如果煤层的围岩之间十分紧密、完整，瓦斯同样也极易被保留。

1.3矿井水灾

综合矿井水灾而言，矿井内的水害危险程度大，尤其是对巷道顶底板中，如若不能妥善合理地安排，就很有可能会出现透水事故，给井下作业的人员造成生命安全威胁，同时对矿井的机电设备造成很大损失。

1.4矿井火灾

煤的自燃、部分采空区的高温还有电气设备异常运行等情况都会引起矿井内发生火灾事故，所以我们要严格把控井下的明火源头，严格控制入井人员的衣物必须为纯棉，严禁穿着化纤物品入井造成影响。

1.5粉尘灾害

粉尘灾害是引起煤层爆炸的主要因素之一，因此在煤矿要严格管理在采煤过程中出现的粉尘。同时，粉尘对于迎头作业人员也有极大伤害，比如矽肺病的主要原因就是因为粉尘吸入肺部中聚集引起肺部硬化，为了切实预防尘肺病，我们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，地热已经成为了非常严重的问题，人们在高温潮湿的环境下是无法正常工作的，行动力也较正常环境下迟缓了很多，一旦出现紧急事故则无法第一时间作出反应会有严重的后果。

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。目前，世界上已经存在多种煤岩界面识别技术，包括激光探测、雷达探测以及r射线探测。近年来，在综合机械化采煤作业中，多种参数共同感知法得到普遍应用，效果也相对较好。该方法检查、测试的主要状态参数包括采煤机带动工作机运转的实际电流、滚筒扭矩、摇臂振动和切削噪声等

2.2提高了开采的安全性

煤矿智能化采煤工作面更适应与井下复杂的地质条件，不仅大幅提高了安全性同时也降低了故障率，这不仅给操作人员带来了方便，对于检修人员来说工作量也大幅降低。

2.3实现了信息化和机械化开采

在煤矿开采中实现信息化和机械化，真正做到了无人开采，不仅对现场的安全有了保障，对于迎头作业人员的人身安全也提高很多。

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。目前，世界上已经存在多种煤岩界面识别技术，包括激光探测、雷达探测以及r射线探测。近年来，在综合机械化采煤作业中，多种参数共同感知法得到普遍应用，效果也相对较好。该方法检查、测试的主要状态参数包括采煤机带动工作机运转的实际电流、滚筒扭矩、摇臂振动和切削噪声等。采用RBFN融合多个传感器的检测结果，最终精准地识别煤岩[1]。在开采煤矿的过程中，因为井下的工作环境极差，始终进行超负荷的工作可能会引发许多故障。从前采煤机的故障检查工作，均靠操作者进行现场检查、判别，或凭借之前的经验进行揣摸，相对来说十分的落后。而故障感知技术指的是采煤机的传感器出现问题，对数据进行统一的整理，比对全部机器的规范数据，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。在进行采煤作业的过程中，还有一个关键的步骤是截割，满足智能切割也是加强采煤效率的需求。记忆切割的实现可以强化切割的智能化程度，采煤机依照预先设置好的程序进行自我判别。与此同时，实时数据的具体信息通过网络传输到地面，地面操作者可以通过互联网+为煤矿作业提供超远距离指导

[2]。

3.3调高滚筒摇臂系统和辨识煤岩分界系统

煤跟岩石有很大区别，在开采过程中，如果遇到坚硬的岩石则截齿很有可能被磨损严重，采煤机需要在真实的操作过程中依照预定设置的程序进行切割。如若预先设置的程序无法实现真实的采煤过程，则应当自主的调整滚筒。

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[3]。通信控制系统会根据收到的信号确定采煤机的位置，并根据现场实际的地质情况进行判断。

3.5监测与诊断设备状态系统

深井下的工作环境千变万化，在切割时，上一秒的参数需求或许就和下一秒的参数不同。所以如若采煤机根据恒定功率工作，就无法确保工作状态稳定运行，进而影响了工作的顺利进行。自适应牵引力管控技术却可以绕过这个问题，通过实时和调整程序进行有效管控。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[4]。在工作区采煤时，尽管需要依照记忆启动作业，但也无法消除工作环境出现变化的状况。若仅仅根据记忆进行切割，极有可能与岩石发生碰撞，造成刀头的损毁。如若装置损毁不能再使用，将影响采矿进程，严重时可能会引发安全事故。针对此情况，研究人员研发了自主调节功能，也就是能在规定的范围，调整切割滚筒的高度，从而应对相应的作业环境[5]。

结束语

综上所述，煤矿智能无人采煤技术虽然已经进步了很多，但是还有很多问题需要进一步处理，在接下来的时间里，我们要进一步建构与健全技术体系，让智能化开采技术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.