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煤矿综采工作面无人化开采技术分析

发表时间：2021/4/20 来源：《城市建设》2021年3月作者：李昇

[导读] 前，我国的各行各业建设的发展迅速，煤矿行业建设的发展也有了改善。随着我国经济的不断发展，对于煤炭资源的需求也是越来越多，我们国家的煤炭资源十分的丰富，分布也是十分的广泛，但是煤矿开采的技术仍然很陈旧，严重影响了开采的效率，需要对于开采技术进行革新，使用全新的技术，所以在许多煤矿开始使用综采工作面的无人化开采技术，效果也是十分的显著。

内蒙古庆华集团阿拉善百灵煤炭有限公司李昇 750306

摘要：目前，我国的各行各业建设的发展迅速，煤矿行业建设的发展也有了改善。随着我国经济的不断发展，对于煤炭资源的需求也是越来越多，我们国家的煤炭资源十分的丰富，分布也是十分的广泛，但是煤矿开采的技术仍然很陈旧，严重影响了开采的效率，需要对于开采技术进行革新，使用全新的技术，所以在许多煤矿开始使用综采工作面的无人化开采技术，效果也是十分的显著。
关键词：煤矿综采工作面；无人化开采；技术分析
        引言
        煤矿作业环境相对比较恶劣，危险性较高，其中以综采工作面的安全风险最高，是影响煤矿安全生产的关键因素之一。近年来，我国在无人化开采技术发面取得了重大突破，无人化开采技术逐渐发展成熟，已经在煤矿综采工作面投入使用，并取得了良好的效果，有效控制了安全风险，充分保障了综采面作业人员的安全。
        1传统煤炭开采技术中的问题
        （1）破坏了周边的环境。传统的煤炭开采可以充分的将地层中的煤炭资源进行开采，目前的新式技术开采不能取代传统的开采技术，但是传统技术的缺陷也是十分的明显，开采技术十分的落后，而且对于开采人员的安全得不到充分的保障，在开采的过程中，严重的破坏了周边的环境，严重还会引发地表的塌陷，出现滑坡、泥石流等自然灾害，严重影响周边居民的安全，即使在开采结束后，将矿洞回填，但是地质结构发生了改变，稳定性不如从前，具有一定的危险性。（2）破坏了水资源。在开采煤炭的过程中，会挖出大量的岩石、泥土等，导致了地下水位发生了变化，使得淡水资源更加的短缺，破坏了水资源的生态循环，生态环境遭到破坏。我国也是一个水资源不丰富的国家，大规模的开采煤炭，会严重破坏水循环，阻碍了经济的发展。（3）瓦斯的处理不完善。在煤炭开采过程，总是伴随着瓦斯泄露的问题，所以企业要采取相应的措施来保证开采人员的安全，但是在具体的操作会出现许多的问题，实施的瓦斯处理系统存在着一定的缺陷，如果瓦斯没有做好处理，它是一种易燃易爆的气体，严重的影响了开采人员的安全，许多的煤矿事故都是因为瓦斯泄露引起的，企业要引起重视。
        2煤矿综采工作面无人化开采技术分析
        2.1无线通信网络
        当前，煤矿综采作业面通信网络主要存在可靠性差以及传输效率偏低等问题，电缆载波传输方式传输速度慢、传输的数据量较小，难以满足信息实时化需求；光缆传输虽然传输的实时性以及信息量符合需求，但在使用寿命、信号穿透性、抗干扰因素以及建设成本方面光缆传输不具备明显优势，难以满足煤矿无人化生产的要求。上述几种传输方式都存在一定的缺陷，因此，必须要研究一种可以满足无人化开采实时性、可靠性需求的通信网络，以当下的技术手段而言，有两种新型无线通信网络可以选择，考虑的到本项目的实际情况，最终选择的是Wireless网络。Wireless网络具备自动化管理、自动化组网、自动化平衡以及自动化修复的特征，最高传输带宽可达到50Mbit/s以上，并且Mseh网还可以接入工业以太网，和煤矿主干网络共同构成完成的系统。二是Li-Fi（LihgtFidelity）网络，这是新型无线连接技术，依靠可见光谱完成数据传输，需要在照明设备上设置微型芯片，使其兼具照明以及信息传输的双重功能，而煤矿综采作业面本身对于照明的需求较高，基本上3台左右的支架就需要配备1台照明设备，因此，在进行网络部署时更为方便、快捷。
        2.2支架跟机自动化技术
        煤矿采用的支架跟机自动化技术主要的缺陷是顶板控制能力不足、支架拉架不及时以及顶板破碎的情况下难以完成自动化操作等问题。

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支架难以实现追机甚至是超前拉机，其主要是考虑到安全方面的问题，采煤机身区域属于操作人员主动活动区域，此区域内的支架需要保持静止状态。然而这种设计会导致支架拉架动作滞后，若顶板条件相对较好，则可以正常运行；若顶板条件较差，采煤机身会形成长距离的空顶，如果不及时进行支护，则很容易出现顶板冒落的情况。基于上述问题，考虑到无人化开采技术的现实需求，可以采用伸缩性顶梁支架，采用伸缩顶梁支架，采煤机顶滚筒过后支架先伸出伸缩顶梁控制顶板，再按要求完成支架拉架、推溜等动作；同时采用可双向传输的遥控器，采煤机通过遥控器实时掌握采煤机运行状态，不需要再观察采煤机的显示屏，这样就可以缩小操作人员的活动区域，这样支架就可以实现追机甚至是超前拉机，支架拉架动作滞后的问题就可以得以有效解决。此外，对支架控制系统程序需要进行调整优化，强化其监测功能，从而实现对系统运行状态的实时监测。
        2.3煤矿井下自动化喷雾降尘
        为了提升煤矿的喷雾降尘效果，提出了一种新型的高压降尘装置，该高压降尘装置采用了可调高压控制技术，能根据采煤机的综采作业速度自动调整喷雾降尘工作压力，达到在确保降尘效果的情况下降低用水量的目的。该喷雾降尘装置的高压喷嘴模块设置在机械臂上，传输管路采用了逐级递减的变管径结构，管里直径从起始端的25mm降低到喷嘴处的16mm，从而确保了喷嘴处喷出的水雾形成直径为30μm的雾滴。在应用过程中首先对截割转速和不同工作压力情况下的喷雾降尘效果进行分析，确定不同转速情况下的最佳匹配喷雾压力，达到了煤矿井下喷雾降尘装置根据采煤机截割特性进行自适应喷雾降尘的目的[4]。一系列应用表明，采用新的自适应喷雾降尘控制后，煤矿井下喷雾降尘效率提升了67.4%，喷雾降尘耗水降低了9.2%，显著提升了喷雾降尘的效果和经济性。
        2.4采煤机自动寻址技术
        使用无人化开采技术的时候，操作人员使用信号功率更好的通讯系统可以准确的定位到采煤机的位置，更加精准的开采煤炭，来更好的提高煤矿的开采效率，所以使用一个符合中国地质实际的定位系统十分重要，要对目前使用的采煤机定位系统采取优化，主要是以下几个方面：①要建立一个采煤机的动力模型，由于地质情况是不确定、随机的，所以采煤机的设计要符合复杂多变的地质情况、水文状况等周边环境，所以要建设一个完整的采煤机动力模型，保证采煤机在工作的时候是一个更好的状态，所以需要许多的数据来更好的反映采煤机的工作情况，对于采煤机的设计人员也提出了更高的要求。②保证数据的精确。对于采煤机的正常运行，制造的企业需要给动力模型提供更多的数据支持，比如说采煤机的运动时的加速度、位置坐标的改变，在这个基础上建立一个高度自主地定位系统来保证采煤机运行时的整体稳定。③采煤机的惯性传感器和日常的工作息息相关，由于地质条件的不一样，不同的定位模式也会使得采煤机的工作情况不同，要使用模拟采煤机工作时的情况，使用航位推算补偿法，把各个影响因素进行考虑，这样的话，可以设计一条比较合理的采煤机运动路线，来更好的减少误差的发生，但是由于相关技术的不成熟，所以实际的效果并不明显，需要加强航位推算系统的工作，用相关的位置计算，来保证采煤机的位置准确。
        结语
        综上所述，煤矿综采面无人化开采是煤矿发展的必然趋势，无人化开采技术虽然目前尚存在一定的限制性条件，但是未来必然会广泛使用。需要注意的是，无人化开采技术必须要依赖于各种先进技术手段，这样才能真正实现无人化开采，推动煤矿发展。
参考文献
［1］黄乐亭，黄曾华，张科学.大采高综采智能化工作面开采关键技术研究［J］.煤矿开采，2016，21(1)：1-6.
［2］王国法.煤矿综采自动化成套技术与装备创新和发展［J］.煤炭科学技术，2013，41(11)：1-5.
［3］张科学，李首滨，何满潮，等.智能化无人开采系列关键技术之一：综采智能化工作面调斜控制技术研究［J］.煤炭科学技术，2018，46(1)：139-149.
［4］袁亮.面向煤炭精准开采的物联网架构及关键技术［J］.工矿自动化，2017，43(10)：1-7.