煤礦無(wú)人工作面開采技術(shù)分析

王小東 劉祥子 程學(xué)紅

摘 要：煤礦無(wú)人化開采技術(shù)是指在工作面安全系統(tǒng)支持下，借助無(wú)線或有線方式，遠(yuǎn)程控制井下工作面的生產(chǎn)設(shè)備，從而實(shí)現(xiàn)煤礦開采。該技術(shù)是世界煤炭開采技術(shù)發(fā)展的主流方向，有效契合了當(dāng)前我國(guó)煤炭行業(yè)安全、高效生產(chǎn)的迫切需求。現(xiàn)在，我國(guó)在此技術(shù)研究方面，已走在世界前列。煤礦無(wú)人工作面開采技術(shù)現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用到煤礦開采實(shí)踐中，并取得了一定的效果。

關(guān)鍵詞：煤礦無(wú)人工作；開采技術(shù)；具體應(yīng)用分析

1傳統(tǒng)煤礦開采技術(shù)的局限性

1.1缺乏安全措施導(dǎo)致事故頻發(fā)

進(jìn)入21世紀(jì)以來(lái)，中國(guó)工業(yè)化腳步加快，煤炭的需求量也日益增加，中國(guó)已經(jīng)成為煤炭需求大國(guó)。煤炭開采量不斷增多的同時(shí)帶來(lái)了一系列安全問(wèn)題，傳統(tǒng)煤礦開采技術(shù)利用了較為簡(jiǎn)單的開采工具，主要依靠人力進(jìn)行井下工作，一些地區(qū)瓦斯監(jiān)測(cè)裝備檢測(cè)水平較低，特別是到了較深的開采區(qū)域更是缺少安全防護(hù)裝備，導(dǎo)致中國(guó)煤礦企業(yè)事故頻發(fā)，嚴(yán)重危害人民的生命財(cái)產(chǎn)安全，所以，繼續(xù)使用傳統(tǒng)煤礦開采技術(shù)在一定程度上是對(duì)生命的不負(fù)責(zé)任。

1.2資源利用率低浪費(fèi)現(xiàn)象普遍存在

中國(guó)有關(guān)部門對(duì)部分煤礦企業(yè)的資源回收率進(jìn)行了調(diào)查，調(diào)查結(jié)果顯示，目前中國(guó)煤炭企業(yè)的平均資源回收率大概是40%，稍微差一點(diǎn)的小煤礦的資源回收率僅僅是15%左右，跟歐美發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大差距。資源回收率低的主要影響就是造成了資源浪費(fèi)，使大量資源得不到充分利用。此外，中國(guó)煤礦企業(yè)常常不把煤炭資源當(dāng)作是需要節(jié)約的重要資源，一些小煤礦隨意開采煤礦井，不僅對(duì)環(huán)境造成危害，還浪費(fèi)了大量煤炭資源。

1.3煤礦開采技術(shù)整體落后

現(xiàn)代社會(huì)企業(yè)隨著工業(yè)化的進(jìn)步已經(jīng)基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化生產(chǎn)，煤礦開采技術(shù)也發(fā)生了很大改善，機(jī)械化程度越來(lái)越深入。但是跟發(fā)達(dá)國(guó)家相比，中國(guó)煤礦開采技術(shù)總體上還處于比較落后的狀態(tài)，許多煤礦生產(chǎn)線上仍然使用著一些比較老舊的開采機(jī)器，生產(chǎn)成本較高，生產(chǎn)效率低下。受到資源條件的限制，生產(chǎn)機(jī)器在工作時(shí)得不到維護(hù)，容易發(fā)生故障，影響開采任務(wù)的完成。

2煤礦無(wú)人工作面開采技術(shù)特點(diǎn)分析

2.1能較好地適用各種煤層開采

煤層有薄、中厚、厚及特厚之分，無(wú)人工作面開采技術(shù)可以適用于任何一種煤層，應(yīng)用范圍非常廣泛。例如，開采薄煤層時(shí)，可利用無(wú)人自動(dòng)化刨煤機(jī)進(jìn)行開采；開采中厚和厚煤層時(shí)，可利用一次采全高無(wú)人化進(jìn)行開采；開采特厚煤層時(shí)，可利用無(wú)人放頂煤進(jìn)行開采。

2.2安全指數(shù)高

煤礦無(wú)人工作面開采技術(shù)通過(guò)控制關(guān)鍵生產(chǎn)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了工作面生產(chǎn)作業(yè)流程的自動(dòng)化、無(wú)人化，具有開采安全性高的顯著特點(diǎn)，可以最大程度地降低煤炭開采事故。

2.3開采技術(shù)水平先進(jìn)

該項(xiàng)技術(shù)汲取了傳統(tǒng)開采技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，彌補(bǔ)了其不足，同時(shí)，還融匯了國(guó)際上先進(jìn)的工業(yè)生產(chǎn)技術(shù)，可以完成高瓦斯煤層瓦斯的預(yù)先釋放，利用自動(dòng)控制技術(shù)以及新型開采設(shè)備，還能實(shí)現(xiàn)智能化煤礦開采，減少了人力采礦中出現(xiàn)的各種問(wèn)題，使得煤礦開采效率得到極大提高，開采方式得到極大創(chuàng)新。

2.4實(shí)現(xiàn)了科學(xué)采礦

煤礦無(wú)人工作面開采技術(shù)可實(shí)時(shí)監(jiān)控煤礦開采工作，提前預(yù)警災(zāi)害與事故，基本能實(shí)現(xiàn)科學(xué)采礦，將煤礦開采安全事故降至最低甚至是零，能有效保障煤礦工人的人身安全和企業(yè)生產(chǎn)效益。

3煤礦無(wú)人工作面開采技術(shù)

3.1煤巖自動(dòng)識(shí)別技術(shù)

該識(shí)別技術(shù)依賴于識(shí)別系統(tǒng)，識(shí)別系統(tǒng)中有很多子系統(tǒng)，都是和煤巖勘測(cè)識(shí)別有關(guān)的，比如記憶程序控制系統(tǒng)，振動(dòng)頻譜傳感系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)會(huì)對(duì)以往煤巖的特征信息進(jìn)行記錄，在系統(tǒng)識(shí)別過(guò)程中，一旦出現(xiàn)與此信息符合的，就可以對(duì)該處的煤巖進(jìn)行識(shí)別斷定。此外，該系統(tǒng)還會(huì)利用聲學(xué)以及光學(xué)或雷達(dá)方面的原理來(lái)保證識(shí)別效果。在現(xiàn)有技術(shù)限制下，應(yīng)用在煤巖自動(dòng)識(shí)別中的系統(tǒng)大多為傳感器系統(tǒng)和記憶程序控制系統(tǒng)，研究方向也是以提高這兩個(gè)系統(tǒng)的功能和精度為主。一旦系統(tǒng)智能化越來(lái)越高，后面的雷達(dá)技術(shù)以及紅外線技術(shù)等才會(huì)在煤巖識(shí)別中發(fā)揮用武之地。

3.2采煤機(jī)自主定位技術(shù)

采煤機(jī)自主定位技術(shù)的存在會(huì)使設(shè)備在煤層尋找以及開挖位置定位中起到不可或缺的作用，如果定位的準(zhǔn)確度能得到保證，采煤機(jī)的生產(chǎn)效率也會(huì)體現(xiàn)出來(lái)。該技術(shù)也是依賴于相關(guān)的定位系統(tǒng)，該系統(tǒng)在精心設(shè)計(jì)時(shí)，要著重考慮以下幾方面，其一采煤機(jī)動(dòng)力模型的構(gòu)建，要按照采煤環(huán)境以及采煤機(jī)工作的實(shí)際狀況，對(duì)采煤機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)以及參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，采煤機(jī)動(dòng)力模型中就包含這些信息。其二對(duì)設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)進(jìn)行精確計(jì)算，模型構(gòu)建以及模型試驗(yàn)分析都是基于設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)來(lái)自各方面，在計(jì)算的過(guò)程中要考慮計(jì)算時(shí)間以及坐標(biāo)轉(zhuǎn)換等方面，總之要保證這些設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)能為系統(tǒng)優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考價(jià)值。其三對(duì)航位推算誤差補(bǔ)償模型進(jìn)行構(gòu)建，推算誤差出現(xiàn)在航位推算系統(tǒng)中，會(huì)對(duì)采煤機(jī)的定位準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響，這種誤差是因?yàn)槎ㄎ幌到y(tǒng)中的傳感器產(chǎn)生的，所以在建模的過(guò)程中，還要從傳感器方面入手，對(duì)不同工作環(huán)境中的累計(jì)誤差進(jìn)行減少。其四航位推算系統(tǒng)中遇到的灰塵雜質(zhì)、水體滲漏以及瓦斯爆炸問(wèn)題都要被提前解決。其五對(duì)礦井導(dǎo)航系統(tǒng)進(jìn)行研究。這依賴于定位系統(tǒng)，也需要借助關(guān)于礦井內(nèi)部各種構(gòu)造的電子地圖，只有這兩者齊全，采煤機(jī)在采礦中才會(huì)有方向感，進(jìn)度不會(huì)受到影響。

3.3礦井上下雙向高速通訊技術(shù)

操作人員在井上進(jìn)行系統(tǒng)操作的過(guò)程，就是不斷接收井下開采系統(tǒng)工作信號(hào)的過(guò)程，以此來(lái)完成對(duì)井下各種設(shè)備工作狀態(tài)的控制。信號(hào)在井上下進(jìn)行傳輸，還要借助雙向高速通訊技術(shù)，這種技術(shù)可使井上操作人員的操作要求及時(shí)傳遞到各種設(shè)備指令接收系統(tǒng)中，井下設(shè)備在執(zhí)行指令時(shí)，也會(huì)將工作狀態(tài)的相關(guān)信號(hào)及時(shí)傳遞到操作人員面前。該技術(shù)在信息傳遞速度上的優(yōu)勢(shì)，使無(wú)人工作面信息反饋在煤礦開采中起到重要作用。

3.4采礦工藝智能化技術(shù)

這種技術(shù)主要針對(duì)整個(gè)開采過(guò)程，對(duì)作業(yè)工序進(jìn)行監(jiān)控，對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行監(jiān)管，對(duì)設(shè)備進(jìn)行維護(hù)，對(duì)工作面的開采狀態(tài)進(jìn)行保持，一旦超出標(biāo)準(zhǔn)范圍，該技術(shù)還能對(duì)超標(biāo)對(duì)象進(jìn)行修整。

3.5工作面組件式軟件與模型技術(shù)

這些軟件和模型技術(shù)的存在，使煤礦環(huán)境的安全系數(shù)升高，畢竟在煤礦環(huán)境安全性監(jiān)測(cè)中，會(huì)利用到綜合這些技術(shù)的平臺(tái)，使瓦斯爆炸等事故能被及時(shí)預(yù)測(cè)出來(lái)。當(dāng)然在該平臺(tái)中，不同的技術(shù)對(duì)應(yīng)著不同功能和不同的系統(tǒng)。

3.6多傳感器技術(shù)

在無(wú)人工作面開采系統(tǒng)操作的過(guò)程中，需要大量數(shù)據(jù)信息，不僅包括設(shè)備運(yùn)行方面的、煤礦定位開采方面的，還有關(guān)于工作面處安全隱患方面的，這些信息要保證齊全完整、準(zhǔn)確及時(shí)，才能為相關(guān)系統(tǒng)執(zhí)行相關(guān)指令提供參考價(jià)值，如此煤礦的開采安全系數(shù)和開采效率才會(huì)得到保證。在這其中，多傳感器以及相關(guān)技術(shù)的存在功不可沒(méi)，其對(duì)各種信息進(jìn)行了感應(yīng)，并將其傳遞給相關(guān)人員。

3.7數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

在多傳感器以及其他系統(tǒng)收集了海量信息后，還要使這些數(shù)據(jù)得到有效保存，以便后期使用。所以還要建立專門的數(shù)據(jù)庫(kù)，利用數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)對(duì)信息進(jìn)行查詢和分析。

綜上所述，煤礦無(wú)人工作面開采技術(shù)優(yōu)勢(shì)明顯，為保證其開采工作效果，提高其應(yīng)用效果，在具體實(shí)踐中，必須要針對(duì)其關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行研究，以進(jìn)一步提高煤炭資源回收率和開采效率，確保煤礦開采安全，盡快實(shí)現(xiàn)“數(shù)字礦山”。

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（作者單位：鄂爾多斯市天地華泰采礦工程技術(shù)管理股份有限公司）