煤礦智能無(wú)人采煤工作面開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)分析

（國(guó)家能源集團(tuán)國(guó)電建投內(nèi)蒙古能源有限公司察哈素煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017200）

采煤工作面是煤礦井下進(jìn)行煤炭生產(chǎn)的場(chǎng)所，綜采工藝的出現(xiàn)，使得采煤效率急劇提升，安全事故大幅降低。目前，我國(guó)絕大多數(shù)現(xiàn)代化煤礦的采煤工作面基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了綜合機(jī)械化開(kāi)采。煤礦生產(chǎn)發(fā)展的過(guò)程中是必定要經(jīng)歷無(wú)人值守這個(gè)過(guò)程的煤礦生產(chǎn)的無(wú)人值守是煤礦生產(chǎn)發(fā)展的必由之路，是目前減少煤礦事故傷亡事件的解決辦法之一。因此，無(wú)人采煤工作面開(kāi)采技術(shù)的研究尤為重要，是實(shí)現(xiàn)煤礦零傷亡率的重要技術(shù)保障。

一、采煤工作面常見(jiàn)災(zāi)害

（一）頂板災(zāi)害

隨著礦山壓力與巖層控制理論、支護(hù)理論的不斷完善，以及巷道支護(hù)技術(shù)、工作面支護(hù)技術(shù)的不斷提高，大范圍的冒頂事故已經(jīng)杜絕，而局部冒頂事故時(shí)有發(fā)生。目前，最容易發(fā)生局部冒頂事故的場(chǎng)所為采煤工作面，其中工作面端頭、超前支護(hù)段以及支架前探梁處尤為突出。頂板災(zāi)害中的頂板大面積來(lái)壓和沖擊地壓對(duì)于煤礦的生產(chǎn)帶來(lái)災(zāi)難性的打擊。其中，頂板大面積來(lái)壓目前尚可通過(guò)高壓注水或松動(dòng)爆破等頂板軟化技術(shù)來(lái)解決，而沖擊地壓無(wú)法根治，只能進(jìn)行預(yù)防。

（二）瓦斯災(zāi)害

瓦斯災(zāi)害主要表現(xiàn)為兩種形式：煤巖與瓦斯突出、瓦斯爆炸。前者多發(fā)生在掘進(jìn)巷道，尤其是石門(mén)揭煤時(shí)；后者多出現(xiàn)在采煤工作面。隨著采煤機(jī)的割煤，煤層中吸附的瓦斯會(huì)游離出來(lái)，使瓦斯的積聚，導(dǎo)致瓦斯爆炸事故的發(fā)生。雖然目前采煤工作面有多種技術(shù)措施、多種設(shè)備來(lái)預(yù)防瓦斯爆炸，但是采煤工作面的工作人員仍然會(huì)一直處于危險(xiǎn)的作業(yè)環(huán)境中。

（三）礦井水災(zāi)

礦井水災(zāi)中危害最大的為老空水和承壓水。老空水對(duì)掘進(jìn)巷道有著致命的威脅，給采煤帶來(lái)危險(xiǎn)的多為煤層底板承壓水。如果對(duì)煤層底板的治理措施不當(dāng)，會(huì)使底板承壓水涌入工作面，造成人員傷亡和財(cái)產(chǎn)的損失。礦井火災(zāi)可以分為煤的自燃、人為火災(zāi)、電氣設(shè)備火災(zāi)等，其中影響采煤工作面安全生產(chǎn)的多為煤的自燃發(fā)火。在易發(fā)火的煤層中，如果技術(shù)措施不到位，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)工作面乃至全礦井的火災(zāi)。

二、煤礦無(wú)人工作面開(kāi)采的關(guān)鍵技術(shù)

（一）采煤機(jī)智能定位系統(tǒng)

目前煤機(jī)智能定位在國(guó)內(nèi)外還沒(méi)有較為成熟的技術(shù)支持。因此，實(shí)現(xiàn)采煤機(jī)自主定位是采煤機(jī)智能定位系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。要實(shí)現(xiàn)這一系統(tǒng)的有力開(kāi)發(fā)，就要對(duì)以下方面進(jìn)行重點(diǎn)研究。一方面構(gòu)建采煤機(jī)動(dòng)力模型，采煤工作需要面臨復(fù)雜多樣的地理環(huán)境因素，合理的采煤機(jī)動(dòng)力模型的建設(shè)，保證采煤機(jī)在符合開(kāi)采要求的前提下穩(wěn)定運(yùn)作。這需要參考大量的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)，并充分考慮現(xiàn)實(shí)地質(zhì)環(huán)境，將所有對(duì)傳感器有影響的干擾因素考慮在內(nèi)，以此構(gòu)建采煤機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡。在大數(shù)據(jù)采集分析的基礎(chǔ)上構(gòu)建科學(xué)采煤機(jī)動(dòng)力模型。另一方面是精準(zhǔn)確定動(dòng)態(tài)目標(biāo)的位置與速度。通過(guò)提高計(jì)算的精度，計(jì)算的量，計(jì)算的時(shí)間和坐標(biāo)的轉(zhuǎn)換研究出合理高效的求解方法。此外還應(yīng)建立地下電子導(dǎo)航數(shù)據(jù)。通過(guò)收集的采煤機(jī)的運(yùn)動(dòng)軌跡數(shù)據(jù)和地圖數(shù)據(jù)庫(kù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，進(jìn)而正確匹配地圖。通過(guò)對(duì)信息的監(jiān)測(cè)收集，利用地下電子地圖，隨時(shí)監(jiān)測(cè)采煤機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。

（二）綜采可視化

無(wú)人值守工作面可視化無(wú)線監(jiān)控系統(tǒng)是將網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、通訊技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)結(jié)合到一起，如果工作的環(huán)境粉塵比較嚴(yán)重、照明度也很差、區(qū)域也很狹隘，那么就不適合鋪設(shè)固定的路線，需要根據(jù)實(shí)際情況靈活的變通，這個(gè)系統(tǒng)是非常重要的，操作的人員可以通過(guò)這個(gè)系統(tǒng)及時(shí)了解很多的情況，對(duì)于煤層的變化等都可以在第一時(shí)間掌握到，在必要的情況下還可以采取手段進(jìn)行遠(yuǎn)程干擾，可以避免地質(zhì)條件變化或者煤層變化的時(shí)候采煤機(jī)切割到巖石的情況，此項(xiàng)技術(shù)可以讓工作面設(shè)備更加安全穩(wěn)定的運(yùn)行。工作面視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)工作面可視化的重要組成部分，可以將地下探測(cè)的數(shù)據(jù)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺(tái)上，讓圖像可以跟著采煤機(jī)來(lái)移動(dòng)，可以跟著采煤機(jī)實(shí)時(shí)監(jiān)控，不管采煤機(jī)到哪個(gè)地方都可以對(duì)相應(yīng)位置的圖像進(jìn)行切換，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控。

（三）無(wú)人值守工作面集控平臺(tái)

無(wú)人值守是將施工過(guò)程中所有用到的設(shè)備都能夠進(jìn)行檢測(cè)并且實(shí)現(xiàn)集中控制，通過(guò)和視頻監(jiān)控技術(shù)的結(jié)合，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程遙控的操作，和控制中心采用高性能的計(jì)算機(jī)以及實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)采集軟件，來(lái)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集的監(jiān)控，采用綜采工作面專(zhuān)用控制裝置，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)相關(guān)設(shè)備的控制，最終讓整個(gè)工作環(huán)境內(nèi)的生產(chǎn)情況和設(shè)備的情況都能夠監(jiān)控在內(nèi)，實(shí)現(xiàn)對(duì)采煤機(jī)的遠(yuǎn)程監(jiān)控并且進(jìn)行控制，每一個(gè)支架動(dòng)作的遠(yuǎn)程控制和遠(yuǎn)程的操作都能夠得到相應(yīng)的控制。還需要根據(jù)工藝的具體要求來(lái)對(duì)采煤機(jī)和支架電液控制系統(tǒng)進(jìn)行協(xié)調(diào)控制，根據(jù)運(yùn)輸系統(tǒng)的自動(dòng)調(diào)控采煤機(jī)運(yùn)行的情況、運(yùn)輸?shù)某绦蛞约氨Ｗo(hù)和報(bào)警來(lái)對(duì)軟件的以往數(shù)據(jù)和現(xiàn)在的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析記錄，還有權(quán)限的管理功能，這樣就可以對(duì)整個(gè)工作系統(tǒng)的設(shè)備等進(jìn)行視頻化的遠(yuǎn)程控制，結(jié)合告訴的通信技術(shù)可以和工作人員進(jìn)行視頻對(duì)話，要選擇高速的遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)化運(yùn)輸，讓工作人員能夠掌握實(shí)時(shí)的情況。地面的操作平臺(tái)和控制中心一般采用的都是一千兆的寬帶數(shù)據(jù)通訊，這樣就可以對(duì)工作中的設(shè)備運(yùn)行情況和具體的生產(chǎn)情況實(shí)時(shí)的監(jiān)控，如果出現(xiàn)緊急的情況也可以及時(shí)的進(jìn)行遠(yuǎn)程干預(yù)。地面的集中控制中心的計(jì)算機(jī)可以對(duì)無(wú)人的工作環(huán)境進(jìn)行三維的模擬仿真，并且和工作面可以通過(guò)可視系統(tǒng)的視頻信號(hào)結(jié)合，這樣模擬的場(chǎng)景就能夠和真實(shí)的場(chǎng)景一體化并且隨意的切換。

煤礦智能無(wú)人采煤工作面開(kāi)采關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展打破了傳統(tǒng)開(kāi)采技術(shù)的壁壘，還有許多技術(shù)性問(wèn)題需要解決。未來(lái)應(yīng)不斷突破技術(shù)難題，創(chuàng)立更完善的技術(shù)體系，使其在煤炭開(kāi)采工作發(fā)揮更大的價(jià)值。