煤礦無人工作面開采技術研究建議

蘇文光 朱潤生

山西大同大學，山西大同 037003

雖然我國煤炭資源總量大，分布廣泛，但隨著我國工業化進程的推進，重工業的大力發展已經消耗了大量的煤炭資源。除此以外，我國幅員遼闊，地理構造呈現多樣化的特點，煤炭的儲存條件復雜，開發難度大。無人工作面開采技術的應用能夠有效緩解現階段我國煤炭開采過程中遇到的問題。煤礦無人工作面開采涉及的方面非常多，工序十分復雜，經過相關人員的不懈努力，我國的煤礦無人工作面開采技術日趨成熟并越來越多的投入到應用之中。

1 傳統煤礦開采技術中的常見問題

1.1 嚴重破壞水資源

在自然條件下，煤炭資源與水資源共存于一個地質體中，有著各自的變化規律并在自然環境中獨立的發揮作用。但在煤炭的實際開采過程中，經常會出現因開采而引起的漏斗式降落，地下水的水流速度會加快，地下水位也會明顯下降，這種情況的存在破壞了水資源自身的生態平衡。眾所周知，我國的淡水資源極為緊缺，煤炭開采所造成的水資源的污染和破壞問題勢必會加重我國的淡水資源供應壓力，不利于經濟社會的可持續發展。

1.2 嚴重破壞土地資源

現階段，采用傳統開采技術開采的煤炭產量仍然占有相當大的比例，即使是國家重點煤礦的開采也多以長臂式開采等傳統開采方法為主。這種傳統的開采方法會產生極大范圍的地表植物的破壞，并且能夠引起地表塌陷。地表的塌陷不僅會造成水土流失和土地荒漠化，還有可能誘發滑坡、泥石流等自然災害，對地表植被及土地資源造成難以恢復的破壞。與此同時，因開采而形成的采空區還會對地表建筑物產生非常大的影響。因為地下被采空之后，地下的巖層、土層會發生流動、崩塌的現象，建筑物地基的穩定性遭到了嚴重破壞，地基沉降和受力會發生非常大的改變，大大降低了建筑物的安全性[1]。

1.3 瓦斯處理系統不完善，安全性差

安全是企業生產經營順利進行的重要保障，尤其在煤礦開采過程中尤為重要。但受傳統煤礦開采技術的限制，部分煤礦企業片面的追求經濟效益，不重視企業的安全問題。而因為安全工作落實不到位而出現的安全事故在煤礦開采企業中頻繁發生。安全事故的發生不僅降低了企業的生產經營效益，而且大大損害了煤礦工人的生命安全，不利于企業的長遠發展。在煤炭的開采過程中涉及到非常多的技術，其中，瓦斯處理系統是煤炭開采過程中不可小覷的一項技術。因為瓦斯處理系統不僅會在使用過程中對環境造成較大的污染，而且因為瓦斯屬于易燃物，存在較大的安全隱患，所以，瓦斯處理系統的完善與否具有非常重要的意義。如果瓦斯處理系統不完善就有可能引發災害或事故的發生，影響到企業的安全生產。

2 煤礦無人工作面開采技術的概念及特點

在工業化快速發展的大背景下，很多國家對煤炭開采技術的研究日益深入，尤其是在科技水平飛速提高的今天，無人工作面開采技術也逐步應用到煤礦企業的日常生產中。煤礦無人工作面開采技術主要是指在工作面安全系統的基礎上，采用有線或無線的方式傳遞監測信息，控制相關生產設備[2]。通常情況下，煤礦無人工作面開采技術主要包括自主定位導航技術、煤巖識別技術、自動監測技術等[2]。煤礦無人工作面開采技術的應用不僅能夠實現機器設備的自動化生產過程，而且可以有效優化作業程序，進而促進煤炭生產智能化、無人化目標的實現。

2.1 煤層開采范圍廣

傳統煤礦開采技術條件下煤層開采的范圍非常窄，而無人工作面開采技術的應用恰恰彌補了這一缺陷。無人工作面開展技術能夠有效的深入到各個煤層，如薄煤層、中厚煤層、厚煤層、特厚煤。而且不同煤層的開采技術和開采難度的要求是不同的；薄煤層的開采最為容易，只需要通過無人自動化刨煤機就可以完成；中厚煤層可以采用一次性無人開采技術；特厚煤層的開采難度較大，需要采用無人放頂煤開采。

2.2 安全性高

受傳統煤礦開采技術的限制，煤礦開采設備較為落后，基礎設施不完善，存在較大的安全隱患，安全問題頻發，其中瓦斯爆炸是最常出現的問題之一，嚴重威脅到煤礦工人的生命安全。而無人工作面開采技術的應用能夠提前釋放大量的瓦斯，降低瓦斯濃度，從而降低爆炸發生的可能性。并且，無人工作面開采技術在應用的過程中往往采用遠程控制的方式，不需要工作人員現場近距離操作，這就大大提高了煤礦開采的安全性。

2.3 技術先進，自動化水平高

無人工作面開采技術在摒棄傳統煤礦開采技術的缺點、保留傳統開采技術的基礎上，融入了大量現代科技元素，更多地采用智能化操作，因而，技術先進、自動化水平高。

3 煤礦無人工作面開采的關鍵技術

3.1 煤巖自動識別技術

煤巖自動識別技術主要是指通過特定視覺技術的運用對煤巖的構造進行自動分析和識別，從而將煤與巖區分開來的技術。在科技發展的推動之下，現階段的煤巖自動識別技術的水平已經得到了非常大的提升。煤巖自動識別技術包括記憶程序控制系統和振動頻譜傳感系統，通過對噪聲技術、超聲波技術、雷達探測技術等技術的綜合運用，實現煤巖的自動識別[3]。但其不足之處在于雷達探測技術現階段還不能識別復雜的煤巖情況，因而，提高煤巖傳感器的分辨率迫在眉睫。為了充分發揮雷達探測技術在煤礦無人工作面開采中的作用，應切實提高記憶程控煤巖識別系統的整體質量。

3.2 采煤機自動定位技術

作為無人工作面開采的前提，自動定位技術的應用能夠有效的提高煤礦開采的技術水平。但現階段，我國在這方面的技術仍然比較落后，尚未取得明顯的突破。為了解決這一問題，我們必須不斷努力研發出適合我國國情的定位系統。采煤機自動定位技術具體包括以下幾個方面：①構建動力模型。采煤機工作環境的復雜性使得采煤機的運動非常容易受到采煤路線、煤巖性質等因素的影響，在這些因素的影響之下，采煤機的運動狀態極易發生改變。這種情況下，要想準確的把握采煤機的速度、位置等運動狀態就會變得更為復雜。因而，構建采煤機的動力模型，模擬各種因素對采煤機運動狀態的影響，確定采煤機的運動狀態已經成為自主定位系統的關鍵技術。②計算數據。在構建好采煤機的動力模型之后，必須要以大量的數據作為支撐才能夠進行模型的分析工作。所以，加強對高效的數據處理辦法的研究，解決計算精度等問題是不可獲取的重要步驟。③構建航模推算誤差補償模型。在工作環境的影響之下，慣性傳感器會產生一定的誤差，而慣性傳感器的誤差會影響到航模推算系統的精度。所以，必須通過先進的理論與方法對目標位置進行最優估計，最大限度的降低傳感器誤差對位置狀態的影響，從而有效提高航模推算系統的定位精度。④導航系統。目前，煤礦無人工作面開采導航系統已經可以通過高精度的電子地圖來實現其基本功能。在具體操作過程中，必須確保采煤機處于預定的軌道中，并且軌道數據已知，不斷優化、調整采煤機的實際運動狀況，從而確保采煤機處于正確的路線中。

3.3 數據庫技術

因為數據庫技術具有強大的數據處理功能，能夠有效減少使用者的麻煩，所以，數據庫技術的應用幾乎涵蓋了所有的領域，并且已經成為煤礦無人工作面開采技術研究中必不可少的一項技術。將數據庫技術的相關理論與無人工作面開采的具體過程結合起來，建立相關的數據庫，加工、處理收集到的數據。數據庫技術能夠為我們查詢、分析數據提供便利的條件。

3.4 雙向高速通訊技術

在煤礦無人工作面開采中，雙向高速通訊技術能夠快速、準確的收集、傳輸井下的各類環境指標、設備工況等數據，從而實現井上、井下雙向信息交流與共享[4]。雙向高速通訊技術實現了信息由井下到井上的反饋，有利于幫助技術人員更好的安排工作。但遺憾的是，現階段我國的雙向高速通訊技術水平還不夠高，亟待提高。

4 結語

在科學技術是第一生產力的今天，提高我國煤炭行業的生產力水平必須切實采用煤礦無人工作面開采技術，從而提高煤炭生產的效率，保障煤炭生產的安全進行。為此，煤礦企業應該加大對無人工作面開采技術的研發和應用力度，切實提高技術水平，從而提高我國煤炭行業的國際競爭力。

[1] 趙建平.煤礦無人工作面開采技術應用分析[J].中國高新技術企業，2015 （10）：164.

[2] 沈慶華.試論煤礦無人工作面開采技術[J].能源技術與管理，2017（3）：172.

[3] 李華煒.師皓宇.薄煤層無人工作面機械化開采技術分析與實踐[J].中國安全生產科學技術，2010 （6）：61.

[4] 李付崗.煤礦無人工作面的開采技術探討[J].科技與企業，2015（6）：148.