煤礦無人工作面開采技術(shù)研究建議

蘇文光 朱潤生

山西大同大學(xué)，山西大同 037003

雖然我國煤炭資源總量大，分布廣泛，但隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，重工業(yè)的大力發(fā)展已經(jīng)消耗了大量的煤炭資源。除此以外，我國幅員遼闊，地理構(gòu)造呈現(xiàn)多樣化的特點，煤炭的儲存條件復(fù)雜，開發(fā)難度大。無人工作面開采技術(shù)的應(yīng)用能夠有效緩解現(xiàn)階段我國煤炭開采過程中遇到的問題。煤礦無人工作面開采涉及的方面非常多，工序十分復(fù)雜，經(jīng)過相關(guān)人員的不懈努力，我國的煤礦無人工作面開采技術(shù)日趨成熟并越來越多的投入到應(yīng)用之中。

1 傳統(tǒng)煤礦開采技術(shù)中的常見問題

1.1 嚴(yán)重破壞水資源

在自然條件下，煤炭資源與水資源共存于一個地質(zhì)體中，有著各自的變化規(guī)律并在自然環(huán)境中獨立的發(fā)揮作用。但在煤炭的實際開采過程中，經(jīng)常會出現(xiàn)因開采而引起的漏斗式降落，地下水的水流速度會加快，地下水位也會明顯下降，這種情況的存在破壞了水資源自身的生態(tài)平衡。眾所周知，我國的淡水資源極為緊缺，煤炭開采所造成的水資源的污染和破壞問題勢必會加重我國的淡水資源供應(yīng)壓力，不利于經(jīng)濟(jì)社會的可持續(xù)發(fā)展。

1.2 嚴(yán)重破壞土地資源

現(xiàn)階段，采用傳統(tǒng)開采技術(shù)開采的煤炭產(chǎn)量仍然占有相當(dāng)大的比例，即使是國家重點煤礦的開采也多以長臂式開采等傳統(tǒng)開采方法為主。這種傳統(tǒng)的開采方法會產(chǎn)生極大范圍的地表植物的破壞，并且能夠引起地表塌陷。地表的塌陷不僅會造成水土流失和土地荒漠化，還有可能誘發(fā)滑坡、泥石流等自然災(zāi)害，對地表植被及土地資源造成難以恢復(fù)的破壞。與此同時，因開采而形成的采空區(qū)還會對地表建筑物產(chǎn)生非常大的影響。因為地下被采空之后，地下的巖層、土層會發(fā)生流動、崩塌的現(xiàn)象，建筑物地基的穩(wěn)定性遭到了嚴(yán)重破壞，地基沉降和受力會發(fā)生非常大的改變，大大降低了建筑物的安全性[1]。

1.3 瓦斯處理系統(tǒng)不完善，安全性差

安全是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營順利進(jìn)行的重要保障，尤其在煤礦開采過程中尤為重要。但受傳統(tǒng)煤礦開采技術(shù)的限制，部分煤礦企業(yè)片面的追求經(jīng)濟(jì)效益，不重視企業(yè)的安全問題。而因為安全工作落實不到位而出現(xiàn)的安全事故在煤礦開采企業(yè)中頻繁發(fā)生。安全事故的發(fā)生不僅降低了企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營效益，而且大大損害了煤礦工人的生命安全，不利于企業(yè)的長遠(yuǎn)發(fā)展。在煤炭的開采過程中涉及到非常多的技術(shù)，其中，瓦斯處理系統(tǒng)是煤炭開采過程中不可小覷的一項技術(shù)。因為瓦斯處理系統(tǒng)不僅會在使用過程中對環(huán)境造成較大的污染，而且因為瓦斯屬于易燃物，存在較大的安全隱患，所以，瓦斯處理系統(tǒng)的完善與否具有非常重要的意義。如果瓦斯處理系統(tǒng)不完善就有可能引發(fā)災(zāi)害或事故的發(fā)生，影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)。

2 煤礦無人工作面開采技術(shù)的概念及特點

在工業(yè)化快速發(fā)展的大背景下，很多國家對煤炭開采技術(shù)的研究日益深入，尤其是在科技水平飛速提高的今天，無人工作面開采技術(shù)也逐步應(yīng)用到煤礦企業(yè)的日常生產(chǎn)中。煤礦無人工作面開采技術(shù)主要是指在工作面安全系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用有線或無線的方式傳遞監(jiān)測信息，控制相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備[2]。通常情況下，煤礦無人工作面開采技術(shù)主要包括自主定位導(dǎo)航技術(shù)、煤巖識別技術(shù)、自動監(jiān)測技術(shù)等[2]。煤礦無人工作面開采技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠?qū)崿F(xiàn)機器設(shè)備的自動化生產(chǎn)過程，而且可以有效優(yōu)化作業(yè)程序，進(jìn)而促進(jìn)煤炭生產(chǎn)智能化、無人化目標(biāo)的實現(xiàn)。

2.1 煤層開采范圍廣

傳統(tǒng)煤礦開采技術(shù)條件下煤層開采的范圍非常窄，而無人工作面開采技術(shù)的應(yīng)用恰恰彌補了這一缺陷。無人工作面開展技術(shù)能夠有效的深入到各個煤層，如薄煤層、中厚煤層、厚煤層、特厚煤。而且不同煤層的開采技術(shù)和開采難度的要求是不同的；薄煤層的開采最為容易，只需要通過無人自動化刨煤機就可以完成；中厚煤層可以采用一次性無人開采技術(shù)；特厚煤層的開采難度較大，需要采用無人放頂煤開采。

2.2 安全性高

受傳統(tǒng)煤礦開采技術(shù)的限制，煤礦開采設(shè)備較為落后，基礎(chǔ)設(shè)施不完善，存在較大的安全隱患，安全問題頻發(fā)，其中瓦斯爆炸是最常出現(xiàn)的問題之一，嚴(yán)重威脅到煤礦工人的生命安全。而無人工作面開采技術(shù)的應(yīng)用能夠提前釋放大量的瓦斯，降低瓦斯?jié)舛?，從而降低爆炸發(fā)生的可能性。并且，無人工作面開采技術(shù)在應(yīng)用的過程中往往采用遠(yuǎn)程控制的方式，不需要工作人員現(xiàn)場近距離操作，這就大大提高了煤礦開采的安全性。

2.3 技術(shù)先進(jìn)，自動化水平高

無人工作面開采技術(shù)在摒棄傳統(tǒng)煤礦開采技術(shù)的缺點、保留傳統(tǒng)開采技術(shù)的基礎(chǔ)上，融入了大量現(xiàn)代科技元素，更多地采用智能化操作，因而，技術(shù)先進(jìn)、自動化水平高。

3 煤礦無人工作面開采的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 煤巖自動識別技術(shù)

煤巖自動識別技術(shù)主要是指通過特定視覺技術(shù)的運用對煤巖的構(gòu)造進(jìn)行自動分析和識別，從而將煤與巖區(qū)分開來的技術(shù)。在科技發(fā)展的推動之下，現(xiàn)階段的煤巖自動識別技術(shù)的水平已經(jīng)得到了非常大的提升。煤巖自動識別技術(shù)包括記憶程序控制系統(tǒng)和振動頻譜傳感系統(tǒng)，通過對噪聲技術(shù)、超聲波技術(shù)、雷達(dá)探測技術(shù)等技術(shù)的綜合運用，實現(xiàn)煤巖的自動識別[3]。但其不足之處在于雷達(dá)探測技術(shù)現(xiàn)階段還不能識別復(fù)雜的煤巖情況，因而，提高煤巖傳感器的分辨率迫在眉睫。為了充分發(fā)揮雷達(dá)探測技術(shù)在煤礦無人工作面開采中的作用，應(yīng)切實提高記憶程控煤巖識別系統(tǒng)的整體質(zhì)量。

3.2 采煤機自動定位技術(shù)

作為無人工作面開采的前提，自動定位技術(shù)的應(yīng)用能夠有效的提高煤礦開采的技術(shù)水平。但現(xiàn)階段，我國在這方面的技術(shù)仍然比較落后，尚未取得明顯的突破。為了解決這一問題，我們必須不斷努力研發(fā)出適合我國國情的定位系統(tǒng)。采煤機自動定位技術(shù)具體包括以下幾個方面：①構(gòu)建動力模型。采煤機工作環(huán)境的復(fù)雜性使得采煤機的運動非常容易受到采煤路線、煤巖性質(zhì)等因素的影響，在這些因素的影響之下，采煤機的運動狀態(tài)極易發(fā)生改變。這種情況下，要想準(zhǔn)確的把握采煤機的速度、位置等運動狀態(tài)就會變得更為復(fù)雜。因而，構(gòu)建采煤機的動力模型，模擬各種因素對采煤機運動狀態(tài)的影響，確定采煤機的運動狀態(tài)已經(jīng)成為自主定位系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。②計算數(shù)據(jù)。在構(gòu)建好采煤機的動力模型之后，必須要以大量的數(shù)據(jù)作為支撐才能夠進(jìn)行模型的分析工作。所以，加強對高效的數(shù)據(jù)處理辦法的研究，解決計算精度等問題是不可獲取的重要步驟。③構(gòu)建航模推算誤差補償模型。在工作環(huán)境的影響之下，慣性傳感器會產(chǎn)生一定的誤差，而慣性傳感器的誤差會影響到航模推算系統(tǒng)的精度。所以，必須通過先進(jìn)的理論與方法對目標(biāo)位置進(jìn)行最優(yōu)估計，最大限度的降低傳感器誤差對位置狀態(tài)的影響，從而有效提高航模推算系統(tǒng)的定位精度。④導(dǎo)航系統(tǒng)。目前，煤礦無人工作面開采導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)可以通過高精度的電子地圖來實現(xiàn)其基本功能。在具體操作過程中，必須確保采煤機處于預(yù)定的軌道中，并且軌道數(shù)據(jù)已知，不斷優(yōu)化、調(diào)整采煤機的實際運動狀況，從而確保采煤機處于正確的路線中。

3.3 數(shù)據(jù)庫技術(shù)

因為數(shù)據(jù)庫技術(shù)具有強大的數(shù)據(jù)處理功能，能夠有效減少使用者的麻煩，所以，數(shù)據(jù)庫技術(shù)的應(yīng)用幾乎涵蓋了所有的領(lǐng)域，并且已經(jīng)成為煤礦無人工作面開采技術(shù)研究中必不可少的一項技術(shù)。將數(shù)據(jù)庫技術(shù)的相關(guān)理論與無人工作面開采的具體過程結(jié)合起來，建立相關(guān)的數(shù)據(jù)庫，加工、處理收集到的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫技術(shù)能夠為我們查詢、分析數(shù)據(jù)提供便利的條件。

3.4 雙向高速通訊技術(shù)

在煤礦無人工作面開采中，雙向高速通訊技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確的收集、傳輸井下的各類環(huán)境指標(biāo)、設(shè)備工況等數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)井上、井下雙向信息交流與共享[4]。雙向高速通訊技術(shù)實現(xiàn)了信息由井下到井上的反饋，有利于幫助技術(shù)人員更好的安排工作。但遺憾的是，現(xiàn)階段我國的雙向高速通訊技術(shù)水平還不夠高，亟待提高。

4 結(jié)語

在科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力的今天，提高我國煤炭行業(yè)的生產(chǎn)力水平必須切實采用煤礦無人工作面開采技術(shù)，從而提高煤炭生產(chǎn)的效率，保障煤炭生產(chǎn)的安全進(jìn)行。為此，煤礦企業(yè)應(yīng)該加大對無人工作面開采技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用力度，切實提高技術(shù)水平，從而提高我國煤炭行業(yè)的國際競爭力。

[1] 趙建平.煤礦無人工作面開采技術(shù)應(yīng)用分析[J].中國高新技術(shù)企業(yè)，2015 （10）：164.

[2] 沈慶華.試論煤礦無人工作面開采技術(shù)[J].能源技術(shù)與管理，2017（3）：172.

[3] 李華煒.師皓宇.薄煤層無人工作面機械化開采技術(shù)分析與實踐[J].中國安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2010 （6）：61.

[4] 李付崗.煤礦無人工作面的開采技術(shù)探討[J].科技與企業(yè)，2015（6）：148.