煤礦無人工作面開采技術分析

王小東 劉祥子 程學紅

摘 要：煤礦無人化開采技術是指在工作面安全系統支持下，借助無線或有線方式，遠程控制井下工作面的生產設備，從而實現煤礦開采。該技術是世界煤炭開采技術發展的主流方向，有效契合了當前我國煤炭行業安全、高效生產的迫切需求。現在，我國在此技術研究方面，已走在世界前列。煤礦無人工作面開采技術現已被廣泛應用到煤礦開采實踐中，并取得了一定的效果。

關鍵詞：煤礦無人工作；開采技術；具體應用分析

1傳統煤礦開采技術的局限性

1.1缺乏安全措施導致事故頻發

進入21世紀以來，中國工業化腳步加快，煤炭的需求量也日益增加，中國已經成為煤炭需求大國。煤炭開采量不斷增多的同時帶來了一系列安全問題，傳統煤礦開采技術利用了較為簡單的開采工具，主要依靠人力進行井下工作，一些地區瓦斯監測裝備檢測水平較低，特別是到了較深的開采區域更是缺少安全防護裝備，導致中國煤礦企業事故頻發，嚴重危害人民的生命財產安全，所以，繼續使用傳統煤礦開采技術在一定程度上是對生命的不負責任。

1.2資源利用率低浪費現象普遍存在

中國有關部門對部分煤礦企業的資源回收率進行了調查，調查結果顯示，目前中國煤炭企業的平均資源回收率大概是40%，稍微差一點的小煤礦的資源回收率僅僅是15%左右，跟歐美發達國家相比還有很大差距。資源回收率低的主要影響就是造成了資源浪費，使大量資源得不到充分利用。此外，中國煤礦企業常常不把煤炭資源當作是需要節約的重要資源，一些小煤礦隨意開采煤礦井，不僅對環境造成危害，還浪費了大量煤炭資源。

1.3煤礦開采技術整體落后

現代社會企業隨著工業化的進步已經基本實現了機械化生產，煤礦開采技術也發生了很大改善，機械化程度越來越深入。但是跟發達國家相比，中國煤礦開采技術總體上還處于比較落后的狀態，許多煤礦生產線上仍然使用著一些比較老舊的開采機器，生產成本較高，生產效率低下。受到資源條件的限制，生產機器在工作時得不到維護，容易發生故障，影響開采任務的完成。

2煤礦無人工作面開采技術特點分析

2.1能較好地適用各種煤層開采

煤層有薄、中厚、厚及特厚之分，無人工作面開采技術可以適用于任何一種煤層，應用范圍非常廣泛。例如，開采薄煤層時，可利用無人自動化刨煤機進行開采；開采中厚和厚煤層時，可利用一次采全高無人化進行開采；開采特厚煤層時，可利用無人放頂煤進行開采。

2.2安全指數高

煤礦無人工作面開采技術通過控制關鍵生產設備，實現了工作面生產作業流程的自動化、無人化，具有開采安全性高的顯著特點，可以最大程度地降低煤炭開采事故。

2.3開采技術水平先進

該項技術汲取了傳統開采技術的優點，彌補了其不足，同時，還融匯了國際上先進的工業生產技術，可以完成高瓦斯煤層瓦斯的預先釋放，利用自動控制技術以及新型開采設備，還能實現智能化煤礦開采，減少了人力采礦中出現的各種問題，使得煤礦開采效率得到極大提高，開采方式得到極大創新。

2.4實現了科學采礦

煤礦無人工作面開采技術可實時監控煤礦開采工作，提前預警災害與事故，基本能實現科學采礦，將煤礦開采安全事故降至最低甚至是零，能有效保障煤礦工人的人身安全和企業生產效益。

3煤礦無人工作面開采技術

3.1煤巖自動識別技術

該識別技術依賴于識別系統，識別系統中有很多子系統，都是和煤巖勘測識別有關的，比如記憶程序控制系統，振動頻譜傳感系統等，這些系統會對以往煤巖的特征信息進行記錄，在系統識別過程中，一旦出現與此信息符合的，就可以對該處的煤巖進行識別斷定。此外，該系統還會利用聲學以及光學或雷達方面的原理來保證識別效果。在現有技術限制下，應用在煤巖自動識別中的系統大多為傳感器系統和記憶程序控制系統，研究方向也是以提高這兩個系統的功能和精度為主。一旦系統智能化越來越高，后面的雷達技術以及紅外線技術等才會在煤巖識別中發揮用武之地。

3.2采煤機自主定位技術

采煤機自主定位技術的存在會使設備在煤層尋找以及開挖位置定位中起到不可或缺的作用，如果定位的準確度能得到保證，采煤機的生產效率也會體現出來。該技術也是依賴于相關的定位系統，該系統在精心設計時，要著重考慮以下幾方面，其一采煤機動力模型的構建，要按照采煤環境以及采煤機工作的實際狀況，對采煤機的各項性能指標以及參數進行優化設計，采煤機動力模型中就包含這些信息。其二對設計數據進行精確計算，模型構建以及模型試驗分析都是基于設計數據，這些數據來自各方面，在計算的過程中要考慮計算時間以及坐標轉換等方面，總之要保證這些設計數據能為系統優化設計提供參考價值。其三對航位推算誤差補償模型進行構建，推算誤差出現在航位推算系統中，會對采煤機的定位準確性產生影響，這種誤差是因為定位系統中的傳感器產生的，所以在建模的過程中，還要從傳感器方面入手，對不同工作環境中的累計誤差進行減少。其四航位推算系統中遇到的灰塵雜質、水體滲漏以及瓦斯爆炸問題都要被提前解決。其五對礦井導航系統進行研究。這依賴于定位系統，也需要借助關于礦井內部各種構造的電子地圖，只有這兩者齊全，采煤機在采礦中才會有方向感，進度不會受到影響。

3.3礦井上下雙向高速通訊技術

操作人員在井上進行系統操作的過程，就是不斷接收井下開采系統工作信號的過程，以此來完成對井下各種設備工作狀態的控制。信號在井上下進行傳輸，還要借助雙向高速通訊技術，這種技術可使井上操作人員的操作要求及時傳遞到各種設備指令接收系統中，井下設備在執行指令時，也會將工作狀態的相關信號及時傳遞到操作人員面前。該技術在信息傳遞速度上的優勢，使無人工作面信息反饋在煤礦開采中起到重要作用。

3.4采礦工藝智能化技術

這種技術主要針對整個開采過程，對作業工序進行監控，對設備的運行狀況進行監管，對設備進行維護，對工作面的開采狀態進行保持，一旦超出標準范圍，該技術還能對超標對象進行修整。

3.5工作面組件式軟件與模型技術

這些軟件和模型技術的存在，使煤礦環境的安全系數升高，畢竟在煤礦環境安全性監測中，會利用到綜合這些技術的平臺，使瓦斯爆炸等事故能被及時預測出來。當然在該平臺中，不同的技術對應著不同功能和不同的系統。

3.6多傳感器技術

在無人工作面開采系統操作的過程中，需要大量數據信息，不僅包括設備運行方面的、煤礦定位開采方面的，還有關于工作面處安全隱患方面的，這些信息要保證齊全完整、準確及時，才能為相關系統執行相關指令提供參考價值，如此煤礦的開采安全系數和開采效率才會得到保證。在這其中，多傳感器以及相關技術的存在功不可沒，其對各種信息進行了感應，并將其傳遞給相關人員。

3.7數據庫技術

在多傳感器以及其他系統收集了海量信息后，還要使這些數據得到有效保存，以便后期使用。所以還要建立專門的數據庫，利用數據庫技術對信息進行查詢和分析。

綜上所述，煤礦無人工作面開采技術優勢明顯，為保證其開采工作效果，提高其應用效果，在具體實踐中，必須要針對其關鍵技術進行研究，以進一步提高煤炭資源回收率和開采效率，確保煤礦開采安全，盡快實現“數字礦山”。

參考文獻

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（作者單位：鄂爾多斯市天地華泰采礦工程技術管理股份有限公司）