煤礦智能無人采煤工作面開采關鍵技術分析

貴州文家壩礦業有限公司 貴州 織金 552100

1 采煤工作面的發展現狀

1.1 自燃問題 在煤礦采集過程中，煤礦通過接觸氧氣發生氧化，產生熱量，加上硫元素、磷元素、硫化鐵元素自身具備一定的水作用，更加引發其產生發熱自燃現象。同時，煤炭表面一旦收到氧化作用后便產生氧化熱量現象，一旦采煤現象通風不良，所產生的熱量不易散發，那么，采礦現場的整體溫度就會慢慢上升，致使煤礦的氧化作用也就快速加劇，如此長此以往，達到一定溫度后，煤炭極有可能產生自燃現象，引發火災。面對此類問題，技術人員應該針對采煤現場的環境因素進行探討，比如，地質結構、采煤技術、生產流程、設備管理等因素，均會對采煤工作面的整體長度形成一定制約條件。

1.2 頂板問題 在煤礦采集現場，頂板事故發生的概率較大，通常按照按冒頂范圍的大小可分為：局部冒頂問題以及壓垮型大面積冒頂問題。在礦山局部強大壓力的作用下，由于山體局部產生空幫、空頂或支撐保護不當、不及時造成煤炭、巖石局部垮落的事故叫局部冒頂。而產生大面積冒頂的原因是因礦山自身結構的壓力過大，其主要因素是由于直接頂或老頂產生高強度壓力時，由于支撐體系整體密度不夠，或者頂板沉降不均衡而造成的支撐支架斷裂、垮塌現象，致使采集、挖掘以及維護的相關工作大面積垮落的事故，被稱為壓垮型大面積冒頂。

1.3 爆炸問題 在煤礦采集過程中，根據瓦斯爆炸現象的本質而言，主要由于當適量濃度的瓦斯與空氣中的氧氣進行充分接觸，如果氧氣內部溫度較高，會產生劇烈的爆炸現象。而煤炭粉塵產生爆炸，其內部結構中必須具備三個條件：煤塵本身具有一定的爆炸性；煤塵長期在空中處于懸浮狀態，在環境結構中達到一定濃度；周邊存在高度熱量源頭。

1.4 水資源泄漏問題 除了以上問題可以引起煤礦危險，水資源的泄漏也同樣需要開采人員的注意，其中，引起礦井水災的關鍵性決定因素有水源、水流通道、水流聚集地聚集以及通道自身排水條件等。加上煤礦在開采過程中，所接觸到的水源有地表水源和地下水源兩種形式。其中，地表水源主要指的是河流、湖泊、水庫等；而地下水源則是指地下層間水源、土質構造裂隙水源、溶洞內部結構水源、老窯積水等。而涌水通道指的是土層內部產生構造性斷裂帶、土層陷落柱及土質結構裂隙、封閉性不佳的導水鉆孔等問題。

1.5 施工健康問題 由于在煤礦的開采、挖掘以及運輸等生產工藝過程中，會產生大量煤炭粉塵，其顆粒的主要直徑均小于1毫米。而當煤炭粉塵的顆粒直徑小于5μm的時候，被稱為呼吸性粉塵。煤塵在開采過程中除了自身具有一定爆炸危害性能以外，對人體健康具有很大危害。煤炭粉塵中含有大量的SiO2元素，尤其是呼吸性粉塵，可以直接致使人體呼吸道產生炎癥。嚴重甚至導致塵肺病的危害。

2 采煤工作面開采關鍵技術分析

2.1 煤炭機械定位技術 在進行煤炭開采時，綜合采集工作面的主要流程是由雙滾筒式采煤設備、自動移動式液態壓力支架以及可彎曲刮板運輸設備進行實現和完成。在日常的煤炭開采過程中，為了方便維護煤炭開采現場的頂板結構安全和穩定性，其液態壓力支架大多數采用的是及時支撐維護的方式，其中進行煤炭采集過程中，采煤設備首先需要進行割煤操作，隨后使用采煤設備以及8～12臺移動模式的支架，再次滯留后，將8～12臺移動模式的支架推移至移動刮板運輸設備中。而為了有效地實現割煤、移動支架、推動運輸設備等操作方式的智能化，采煤設備應該及時并且準確地將現場需要采集的區域進行定位，只有這樣，操作才能致使采煤工作順利開展。而現階段，我國現有的采煤設備定位方式主要有電磁感應開關系統、超聲波數據探測系統以及紅外線探測系統等。而這些技術雖然在小范圍內的綜合采礦工作進行實驗和測試，但仍然需要進一步實驗和數據驗證。

2.2 煤炭巖層分辨技術 煤炭與巖石自身的相關硬度系數差別較大，如果使用煤炭采集設備切割巖石，會損壞大量的設備截齒，甚至會導致滾筒結構受到破壞而更換，而在實際的采煤工作中，要想完整地將整個煤炭層取出，就需要設備結構中搖臂的調節進行實現。所以，采煤設備進行割煤的過程中，煤炭與巖石額分辨系統應該與結構中滾筒搖臂進行緊密地結合，實現有效開采。

2.3 抗干擾技術 對于無人采煤工作面開采技術來說，有效的通信系統是實現智能化無人工作面的重要保障，而通信系統結構中，可以通過發出與接受相關信號，實現針對綜合采煤設備的準確控制，其中，綜合采煤控制系統的重點結構主要由三機配套系統、設備控制端頭以及超前支撐保護段控制系統組成。

2.4 設備監控診斷技術 由于采煤工作中，實際的作業面所面對的采煤環境十分復雜，設備極易出現各種異常問題和情況，所以技術人員在進行煤炭開采過程中，應該針對設備運行的實際狀態和煤炭開采環境，布置和設置設備應用參數的監控。比如，設備油液的實際位置、設備油液的實際溫度、截齒自身的磨損程度、煤炭設備整體傾斜角度以及傳輸設備彎曲角度等。

2.5 地質判斷處理技術 我國煤炭井下的地質結構復雜性處于世界的首位，而在實際的煤炭開采過程中，要想真正實現無人化狀態的綜合開采面，就必須要求煤炭開采設備結構中，具備強大的地質構造識別系統，并且通過了解地質的主要構造，比如，地質斷層參數等，檢測到相關的斷層數據參數，并且在系統結構中快速并且準確地分析出解決地質斷層的技術方法。

3 結語

綜上所述，煤礦智能無人采煤工作面技術，全面打破了傳統煤炭開采技術的限制和約束，但是，面對科技和社會的快速發展，仍然存在著許多技術、安全性的問題需要進一步探索和解決，只有不斷地進行技術突破，建立更加完善、明確的技術體系，才能使煤炭開采工作發揮出自身更大的資源和經濟價值。