綜采工作面無人開采研究

李政洋（北京天地瑪珂電液控制系統有限公司，北京101300）

0 引言

綜采工作面無人開采是指借助機械設備和系統，使工作者不需要進入礦區即可完成煤礦開采操作的綜采工作面煤礦開采模式，有助于煤礦產業生產力的可持續優化發展，因此，工作者應當深入研究綜采工作面無人開采，并采取有效措施，來提升煤礦開采的自動化水平，加快推進煤礦開采工作的進步。

1 “3+1 ”智能開采模式

1.1 采煤智能工作面

3+1模式是指通過人機、設備對設備、設備與采場之間的智能交互，配合遠程無線遙控桌面式采煤智能工作面來實現綜采工作面無人開采的煤礦開采模式。在該模式下，人們通過在300m左右的工作面上安裝攝像、傳感、無線基站等設備，構建出一個在信息控制之下的單元連接系統，然后利用無線遙控技術，在監控指揮中心控制設備的細微動作，了解設備的性能水平，打造出一個智能化的綜采工作面，提升了煤礦開采施工的智能化水平。以寧夏煤業棗泉礦的開采為例，公司構建出了220704智能工作面，并在2020年3月20日正式啟動，該智能工作面支出復雜地質條件，工作者只需要在監控指揮中心操作即可完成開采任務，落實了綜采工作面的無人開采。

1.2 配套信息傳輸處理系統

“3+1”智能開采模式下的配套信息傳輸系統主要分為三個部分，即人機交互、設備交互、設備采場交互。在人機交互中，工作者在指揮中心內可以通過全覆蓋的可視化監控以及數據處理系統，來獲取生產信息，并借助信息系統編輯、調整采煤工藝，實現對機械的調動。在設備交互中，基于4G“無線+有線”專網“一網到底”的通訊技術，使設備之間能夠相互傳遞信息，構建了系統的智能控制功能。在設備采場交互中，技術人員通過在控制系統中構建數據模型和邏輯體系，使液壓支架可以自動移位、調整、定位，提升了采煤機的智能化運作水平。

2 中厚煤層無人開采模式

2.1 煤巖識別問題消除

煤巖識別問題作為煤礦開采領域中的世界性難題，在很大程度上影響了中厚煤層條件下綜采工作面開采技術的研發。現階段，人們通過規避該項問題，基于網絡通信，采用液壓支架自動跟機、采煤機記憶切割等方法，可以在可視化的條件下，在指揮中心直接對自動化開采模式進行干預，實現了綜采工作面開采技術的研發和推廣。此外，人們借助中厚煤層無人開采模式可以有效應對地質條件復雜的中厚煤層開采工作，使工作者免于瓦斯、油氣井、煤塵等有毒有害干擾因素的影響，增強了煤礦開采工作的安全性，提升了產業生產力水平。

2.2 煤層厚度變化問題的消除

一般來說，中厚煤層礦井中的煤層厚度變化較大，使得液壓支架、輸送機、綜采工作面煤壁，難以保持“三直一平”的標準開采作業狀態，影響了綜采工作面無人開采技術的順利落實。為此，專業技術人員研發了綜采工作面移動巡檢找直技術，使機械作業時能夠自動進行工作面找平，使無人開采技術得以有效應用。在此過程中，工作者利用工作面移動巡檢裝置、導航、高清攝像機，幫助系統獲取實時的生產信息，使其能夠根據這些信息，操控機械進行工作面找平，消除煤層厚度變化問題所造成的技術落實障礙，推動了煤礦開采工作的發展。

3 “少人巡視，無人值守”的無人開采模式

3.1 地面調度指揮

“少人巡視，無人值守”的無人開采模式是幾年前就已經研發出的綜采工作面無人開采技術，黃陵礦業公司早在幾年前就應用該技術達到了200萬噸的煤礦年產量，就目前來看，各個煤礦公司正在陸續實現了基于遠程地面調度指揮的無人開采常態化。在此過程中，工作者可以在調度指揮中心獲取開采活動的實時全景視頻，并結合先進的兩順槽超前支架設備，能夠進一步減少聯合操作人員數量以及巡視人員數量，實現“少人巡視，無人值守”的綜采工作面無人開采，而且獲得了高效率、高產量的煤礦開采工作效果。

3.2 開采安全保障系統

在基于“少人巡視，無人值守”的綜采工作面無人開采模式下，技術人員為了保障開采工作的準確性和安全性，構建了一系列安全保障系統，在無需工作者承擔礦區安全風險的同時，實現了自燃發火、瓦斯爆炸等事故的預防，深入優化了無人開采技術的應用效果。以同忻煤礦8202綜采工作面為例，同忻煤礦借助“少人巡視，無人值守”的無人開采技術，構建了智能監控系統，能夠實時追蹤機械的運行狀態，并根據現場情況針對煤塵、瓦斯等容易引起事故的因素，采取安全防控措施，提升了煤礦產業的安全生產水平。

4 “3上1008工作面”無人開采模式

4.1 開采能耗與產量

“3上1008工作面”是指一個由智能化控制系統、視頻監控系統、無線通訊系統組成的6m高無人化綜采工作面，使工作者可以在此基礎上，進行地面遠程煤礦開采控制操作，增強煤礦產業的生產力。就目前來看，基于該工作面的開采操作，相較于傳統開采操作，能夠節省生產能耗10%以上，同時，由于電液技術、集中控制技術、視頻監控技術等無人開采技術的集成，提高了該開采模式下的生產效率，一般來說，當前工作面回采率已經可以達到98%以上，增加了礦井的煤礦產量，優化了煤礦產業的發展水平。

4.2 緊急操作

在“3 上1008 工作面”無人開采模式下，遠程、智能控制技術的應用，使技術人員可以針對各種情況，構建出便捷、有效的緊急操作功能，提高了無人開采模式的可靠性，有助于綜采工作面無人開采技術的推廣。在遠程智能控制技術下，巡檢人員只需要跟隨采煤機進行巡檢，并在發現異常情況時，及時按下手中控制器上的急停按鈕，或啟動語音閉鎖按鈕，即可停止工作面機械的運行，同時，指揮中心操作人員也可以利用控制按鈕，來關停或啟動采煤機，使采煤活動在人工可控的范圍內，增強了緊急操作功能的使用性能。

5 薄煤無人開采模式

5.1 薄煤無人開采應用技術

現階段，由于常規的開采方式，難以應對薄煤問題，所以當前大量的薄煤層、急傾角煤層、及薄煤層大多都處于被廢棄的狀態，為了解決該項問題，專業技術人員研發了礦井設備小型化輕量技術、60度以上傾角煤層開采技術、無人采掘技術，有效解決了薄煤層的開采問題，全面實現了煤礦無人開采模式，提高了煤礦資源的利用率，使煤礦產業的發展邁入了一個新的臺階。此外，這種集約化的機械無人開采模式，大幅度降低了煤礦開采能力，使煤礦這一傳統產能，逐漸轉化為了新產能，增強了綜采工作面無人開采模式的效用[1]。

5.2 高壓水上開采

通常情況下，薄煤層的開采往往需要面對高壓水上開采的難題，而當前技術人員借助工作面采后充填、巷道矸石充填這兩項技術，可以有效突破高壓水上環境對薄煤層開采的制約，推動了綜采工作面無人開采技術的順利落實。在此過程中，工作者利用高新填充技術，能夠減少頂板的下沉，保持工作面的完整，使各類自動化機械被穩定、可靠地布置在工作面上，將大量在高壓水上薄煤層環境下的呆滯煤礦變成了可采資源，深入優化了綜采工作面無人開采技術的落實效果，推動了煤礦產業的可持續發展[2]。

6 結語

綜上所述，全面推廣綜采工作面無人開采技術，能夠提高煤礦開采工作的效率。在煤礦開采工作中，綜采工作面無人開采技術可以實現智能化的開采控制、有效應對中厚煤層條件、節約人力資源、增加了我國煤礦產量、優化薄煤條件下的開采效果，從而強化煤礦產業的生產力，提升產業發展水平。