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煤矿无人工作面开采技术分析杨邦

发表时间：2021/6/7 来源：《基层建设》2021年第2期作者：杨邦

[导读] 摘要：近年来，我国在无人化开采技术方面取得了重大突破，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。

        纳雍县能源局贵州省毕节市 553300
        摘要：近年来，我国在无人化开采技术方面取得了重大突破，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。本文以某煤矿为例，对煤矿综采工作面无人化开采技术优势进行分析，重点研究煤矿综采工作面无人化开采技术的实现路径。
        关键词：煤矿，实现路径，综采工作面，无人化开采技术。
        引言
        智能化的煤矿开采技术可以实现综合开采设备的全自动化操作，从而达到可视化远程控制状态。我国对煤矿开采技术的智能化研究开发，已经有了很大进步和发展，特别是十三五以来，我国不断从技术先进国家引进经验并加以学习，并在此基础上不断研究创新，现已基本实现煤矿开采技术的智能化。
        一、煤矿综采面无人化开采技术的优势分析
        在煤矿生产作业过程中，安全问题一直是重点，一旦发生事故，不仅会影响煤矿正常生产，还可能造成人员伤亡，影响极为恶劣。在煤矿综采作业面作业过程中，以往主要是依靠人力完成大部分工作，在开采作业过程中，作业人员的安全问题受到多方面因素的影响，包括环境因素、技术因素、设备因素以及人为因素等，整个作业过程风险性比较高。煤矿综采面无人化开采技术的优势在于可以实现智能化、自动化、无人化作业；不仅可以最大限度减少作业人员的工作量，同时也能降低作业过程中人为因素的影响，确保开采作业安全高效。煤矿综采工作面无人化技术是煤矿开采领域的重大进步和必走之路，无论是从安全、成本还是效益等方面考量，无人化开采技术都具有明显优势。
        二、采煤工作面的发展现状
        （一）煤层自然存在的风险。在煤矿采集过程中，煤矿通过接触氧气发生氧化，产生热量，加上硫元素、磷元素、硫化铁元素自身含有水，容易引发其产生发热自燃现象。同时，煤炭表面一旦收到氧化作用后便产生氧化热量现象，一旦采煤现象通风不良，所产生的热量不易散发，那么，采矿现场的整体温度就会慢慢上升，致使煤矿的氧化作用快速加剧，如此长期以往，达到一定温度后，煤炭极有可能产生自燃现象，引发火灾。
        （二）瓦斯和水存在的风险。煤矿井下生产环境条件复杂多变，地质构造复杂，断层多，煤层瓦斯含量和压力大，地下水构造复杂，在开采的过程中地质资料掌握困难，导致瓦斯治理和水害防治难度加剧，容易造成煤与瓦斯突出、井下突水事故发生。因此面对此类问题，技术人员应该针对采煤现场的环境因素进行探讨，地质结构、瓦斯治理、探放水管理、采煤技术、生产流程、设备管理等多方面的影响因素和技术措施，从而成为制约井下安全生产根本性问题。
        （三）顶板管理存在的风险。在煤矿采集现场，顶板事故发生的概率较大，通常按照冒顶范围的大小可分为：局部冒顶问题以及压垮型大面积冒顶问题。在矿山局部强大压力的作用下，由于山体局部产生空帮、空顶或支撑保护不当、不及时造成煤炭、岩石局部垮落的事故叫局部冒顶。而产生大面积冒顶的原因是因矿山自身结构的压力过大，其主要因素是由于直接顶或老顶产生高强度压力时，由于支撑体系整体强度和密度不够，或者顶板沉降不均衡而造成的支撑支架断裂、垮塌现象，致使采集、挖掘以及维护的相关工作大面积垮落的事故，被称为压垮型大面积冒顶，同样是制约井下安全生产的重要因数之一。
        三、煤矿综采工作面无人化开采技术的实现路径
        （一）采煤机与液压支架信息实时交互技术的开发。为提高煤矿企业的煤炭开采效率，实现煤矿企业智能化开采技术的不断创新对企业来说就显得尤为重要。而在现有的开采技术当中，采煤机以及液压支架并不能够实现信息的实时动态共享，这就会很容易出现采煤机与液压支架不能够很好的进行配合，这就使得三角煤截割工艺得不到很好的实施，从而严重影响了煤炭开采的效率。

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而采煤机与液压支架信息实时交互技术的开发不仅可以实现两者之间信息传递及时有效，还可以使三角煤截割工艺得到很好的施行，从而提高企业的自动化切割水平以及煤炭开采效率。而该技术更加注重设备之间的协调性，比如，当采煤机工作尚未完成时，液压支架会立刻接收到该信息，从而降低其自身的运转速度来等待采煤机运转进度与液压支架保持一致，之后采煤机以及液压支架共同进入下一工作流程，反之，如果液压支架工作尚未完成，采煤机也会立刻接收到该信息，之后降低其自身的运转速度来等待液压支架运转进度与液压支架保持一致，然后同时进入下一流程当中。
        （二）无人化开采技术配套措施。配套技术是确保综采技术顺利推广的条件，其中包含以下几项关键技术，例如围岩探测及控制、综合防尘、视频监测等技术，尤其是大断面巷道围岩稳定机理及智能控制技术等。通常来说，综掘工作面端面跨度相对偏大，大部分是矩形，同时两帮以及顶板大部分是煤层，再就是围岩强度较低、受到多方面的作用力，降低了大断面巷道围岩的稳定性，由此导致巷道支护工作难度加大。所以，进一步提高综掘工作面的掘进效率与质量，还需要加强对其稳定机理及智能控制技术的科研、攻关，确定合适的支护参数，从技术的层面为煤矿生产创造良好的条件。
        （三）无人化开采技术无线通信网络。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。
        （四）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。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。
        结语
        对于煤矿企业来说，首先煤矿业主或集团公司主要负责人要意识到智能化开采技术的重要性，其次管理人员和技术人员水平要不断提深，并积极大力鼓励提倡煤炭的智能化开采，对煤炭开采智能化的关键技术进行实时创新，从而使企业紧跟时代潮流，提高企业煤炭开采的工作效率，为企业带来经济效益，提升企业竞争力。
        参考文献：
        [1]张良，李首滨，黄曾华，王旭鸣.煤矿综采工作面无人化开采的内涵与实现[J].煤炭科学技术，2014，42（09）：26-29+51.
        [2]索智文.煤矿综采工作面无人化开采技术研究[J].工矿自动化，2017，43（01）：22-26.
        [3]方志刚.煤矿综采工作面无人化开采技术[J].中国石油和化工标准与质量，2019，039（019）：213-214.