煤矿智能无人采煤工作面开采关键技术

煤矿智能无人采煤工作面开采关键技术

钟运洪

中泰集团阜康市西沟煤焦有限责任公司 新疆维吾尔自治区 昌吉回族自治州阜康市831500

摘要：近年来，我国的煤矿行业有了很大进展，在煤矿中，智能化技术的应用越来越广泛。采用智能无人采煤技术能够减少煤矿灾害的发生，在保障安全的前提下进一步提升煤炭开采效率。本文就煤矿智能无人采煤工作面开采的关键技术进行研究，希望对煤矿智能无人采煤工作带来积极思考。

关键词：煤矿；智能化；无人采煤；关键技术

引言

工作面灾害事故常常发生，施工环境复杂多变，容易对人身安全构成威胁，“机械替人”这一概念愈发凸显，不仅可以减少人工成本、提高工作效率，还可以减少伤亡事故，从而保证施工的安全。因此，衍生出更多对煤矿智能无人采煤工作面开采关键技术的研究，并将关键智能化技术广泛铺展开来，促进煤炭产业结构的优化升级，满足更丰富和更深层次的煤炭开采需求。

1无人工作面采煤系统组成

无人作业系统是一种具有高度智能化的集成系统，它包括了集中式工作面控制系统、设备姿态监测系统、视频监控系统、通讯网络平台等多个核心技术。该智能化集成控制装置是煤矿安全生产中的关键技术，同时也是矿井作业中与作业工人之间的联系。该系统主要由十大子系统组成：综采工作面数据监控及三维显示子系统、刮板、转载、破碎、皮带运输连锁控制系统。其中供电设备及数据监控子系统、综采工作面视频监控子系统、自身具有远程测控和姿态检测的智能化效果。另外，工况检测子系统、供电设备及数据监控子系统、泵站控制与数据监测子系统、刮板机俯仰倾角及曲线变化检测传感器子系统这些系统是通过建立工作面实时工业以太网与无线覆盖网络，将各个相关设备联系在一起，完成对整个工作面的智能化操作管理。

2采煤工作面常见灾害种类分析

2.1顶板灾害

顶板灾害在煤炭生产中是一种比较常见的危险事故，占煤炭所有灾害的比重也很大。近些年，随着国家对煤矿顶板灾害研究的重视，顶板支护理论不断发展成熟，矿山压力、岩石裂缝脱落等得到有效治理，使得大规模冒顶事故得到有效避免，然而局部小规模的冒顶事故仍然是煤矿开采工作面安全治理的难点。一些局部冒顶事故常发生在靠近煤壁附近、采煤工作面两端、井下放线附近及地质断裂带附近。局部冒顶事故可以是漏冒型顶板、压垮型冒顶和推垮型冒顶中的任何一种或多种，多样化的事故类型造成局部冒顶研究更加复杂，甲酯局部冒顶事故多为偶然性零星小型事故，容易造成煤矿安全管理方面的疏忽。实际上，多数的局部冒顶事故发生前都会表现出一定的征兆，只有采取正确的监测、预防手段，掌握冒顶事故的发展规律，才能从根本上预防和减少冒顶事故的发生。

2.2空顶距不合理

在实际生产中，工作面煤壁与液压支架之间存在一个无支护区域，这个区域称为空顶距。在空顶距过大时，则顶板在悬空时承受较大的矿压，很容易发生冒顶。空顶距与多个因素有关，这使得在回采过程中很难保证合适的空顶距。实际上，若把空顶距调到最小，则会导致采煤机割到液压支架。一般地，采空区的顶板随采随冒。然而，在一些情况下，煤层顶板比较厚且坚硬，工作面回采完成后不易垮落。当顶板长时间悬而不垮时，很容易引发顶板冲击地压事故。为此，需要做好采空区顶板管理工作。对于坚硬且不易垮落的顶板，应采取措施强制放顶，常见的措施主要有深孔爆破、注水、水力压裂等。煤矿企业需要根据具体的情况采取合适的措施。

2.3矿井火灾

矿井火灾发生的原因如下:煤矿温度过高，自燃引起火灾;用电设备使用不当导致温度过高、短路等，进而引起火灾;瓦斯爆炸引起矿井火灾;作业人员的行为规范不达标引起矿井灾害。发生矿井火灾既有潜在因素，又有显性因素，可以通过准确的监测和预防减少灾祸发生。

3煤矿智能无人开采关键技术

3.1综合机械化采煤技术

所谓综合机械化采煤技术就是施工过程中和生产环节相关的操作，都要依靠机械设备进行推进，并根据机械完成采煤或割煤等工作步骤。首要环节就是割煤。当割煤机成功破煤后，施工人员按照装煤流程进行割煤才能完成此项工作。在此期间，破煤技术的应用可以采用滚筒式破煤机或刨煤机等设备进行专业性操作。另一个环节就是煤矿运输环节。工作人员需要将开采后的煤矿进行专业运输操作，在此期间，运输的重点在于将已经开采的煤矿全部运出，并且尽可能降低开采数量和运煤数量中的误差。综合机械化采煤技术应用的主要目的在于整个生产流程的机械化推进。因此，在机械设备应用期间，工作人员要严格按照规范流程进行专业操作。此种方法不仅能有效保障工作人员的施工安全，同时还能有效提升工作效率，是提高煤矿开采质量的重要基础环节。

3.2采煤机定位技术

采煤机在综采工作面的路径轨迹可以通过刮板输送机的走向来决定，同时这一路径轨迹也同样会影响到后续液压支架的高度、运行速度调节以及采煤机截割滚筒、摇臂的运行轨迹。因此对采煤机的运行路径进行定位直接关系到综采工作面的生产能力。目前常用的技术主要是基于地质空间的三维定位技术，其应用原理是基于无限传感网定位、红外线定位以及地理信息系统定位技术等。例如地理信息系统定位技术是通过将惯导装置安装在采煤机设备上，从而对采煤机的运行轨迹进行确定；将轴编码器安装在采煤机铰接轴或摇臂上来对采煤机摇臂的运行角度进行确定等。

3.3无人工作面数据库技术

在任何一个产业中数据库都是非常关键的，因为许多工作都是建立在大量的细节数据上，比如做计划、查询、修改等。同时，通过对煤矿开采过程中的信息进行查询、分析和应用，对矿井的安全问题可以实现模拟分析和预测，为矿井的安全管理奠定基础。无人作业系统的数据库包含了大量的资料，其中包含了大量的地质工程资料以及一些被加工的数据。如何快速地实现三维实体的拓扑描述和表达、组织和动态的维护，是目前数据库技术亟待解决的问题。

3.4爆破采煤技术

爆破采煤技术也被称之为炮采技术。与上述技术手段相比，爆破采煤技术的工艺流程更为复杂，主要涵盖了多个领域的工作内容。首先，爆破落煤。在采煤工作开展中，爆破落煤是十分重要的工作环节，在此期间，作业人员需要对雷管或炸药的数量予以控制，保证运送机和顶板位置的安全性；同时，要确保爆破施工的精准性，避免对其他施工位置造成的负面影响。其次，装煤。在作业人员完成爆破操作后，会在爆破工作面上产生大量原煤。而以往工作中需要借助人力进行煤矿装载，只有部分煤矿能够借助运输机进行装载。最后，支护工作面。在对采空区进行处理过程中，要想实现整体工作的安全性和有效性，作业人员就要积极加强对采空区的专业性处理，必要情况下借助机械设备进行运煤，从而在支护手段帮助下，对工作空间的顶板位置安全性予以保障。

结语

总之，煤矿智能无人采煤工作面开采关键技术打破了传统煤炭开采的格局，基于智能控制、5G互联网、智能探测等新技术的开发利用，能够有效化解煤炭生产过程中面临的各种灾害，在保障安全的前提下提升煤矿开采的效率。为了实现煤矿智能开采的长远发展目标，在未来一段时间需要继续在智能探测、智能控制、人工智能学习、5G通信等方向开展研究，以期全面提升煤矿智能无人采煤工作面的建设水平。

参考文献

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［2］张伟．煤矿智能无人值守采煤工作面开采关键技术研究［J］．建材与装饰，2019(22):249－250．

［3］宫平，文秀龙，赵鹏飞．煤矿智能无人采煤工作面开采关键技术分析［J］．南方农机，2019，50(08):160．