綜采工作面無人開采研究

李政洋（北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司，北京101300）

0 引言

綜采工作面無人開采是指借助機(jī)械設(shè)備和系統(tǒng)，使工作者不需要進(jìn)入礦區(qū)即可完成煤礦開采操作的綜采工作面煤礦開采模式，有助于煤礦產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)力的可持續(xù)優(yōu)化發(fā)展，因此，工作者應(yīng)當(dāng)深入研究綜采工作面無人開采，并采取有效措施，來提升煤礦開采的自動(dòng)化水平，加快推進(jìn)煤礦開采工作的進(jìn)步。

1 “3+1 ”智能開采模式

1.1 采煤智能工作面

3+1模式是指通過人機(jī)、設(shè)備對(duì)設(shè)備、設(shè)備與采場(chǎng)之間的智能交互，配合遠(yuǎn)程無線遙控桌面式采煤智能工作面來實(shí)現(xiàn)綜采工作面無人開采的煤礦開采模式。在該模式下，人們通過在300m左右的工作面上安裝攝像、傳感、無線基站等設(shè)備，構(gòu)建出一個(gè)在信息控制之下的單元連接系統(tǒng)，然后利用無線遙控技術(shù)，在監(jiān)控指揮中心控制設(shè)備的細(xì)微動(dòng)作，了解設(shè)備的性能水平，打造出一個(gè)智能化的綜采工作面，提升了煤礦開采施工的智能化水平。以寧夏煤業(yè)棗泉礦的開采為例，公司構(gòu)建出了220704智能工作面，并在2020年3月20日正式啟動(dòng)，該智能工作面支出復(fù)雜地質(zhì)條件，工作者只需要在監(jiān)控指揮中心操作即可完成開采任務(wù)，落實(shí)了綜采工作面的無人開采。

1.2 配套信息傳輸處理系統(tǒng)

“3+1”智能開采模式下的配套信息傳輸系統(tǒng)主要分為三個(gè)部分，即人機(jī)交互、設(shè)備交互、設(shè)備采場(chǎng)交互。在人機(jī)交互中，工作者在指揮中心內(nèi)可以通過全覆蓋的可視化監(jiān)控以及數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，來獲取生產(chǎn)信息，并借助信息系統(tǒng)編輯、調(diào)整采煤工藝，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)械的調(diào)動(dòng)。在設(shè)備交互中，基于4G“無線+有線”專網(wǎng)“一網(wǎng)到底”的通訊技術(shù)，使設(shè)備之間能夠相互傳遞信息，構(gòu)建了系統(tǒng)的智能控制功能。在設(shè)備采場(chǎng)交互中，技術(shù)人員通過在控制系統(tǒng)中構(gòu)建數(shù)據(jù)模型和邏輯體系，使液壓支架可以自動(dòng)移位、調(diào)整、定位，提升了采煤機(jī)的智能化運(yùn)作水平。

2 中厚煤層無人開采模式

2.1 煤巖識(shí)別問題消除

煤巖識(shí)別問題作為煤礦開采領(lǐng)域中的世界性難題，在很大程度上影響了中厚煤層條件下綜采工作面開采技術(shù)的研發(fā)。現(xiàn)階段，人們通過規(guī)避該項(xiàng)問題，基于網(wǎng)絡(luò)通信，采用液壓支架自動(dòng)跟機(jī)、采煤機(jī)記憶切割等方法，可以在可視化的條件下，在指揮中心直接對(duì)自動(dòng)化開采模式進(jìn)行干預(yù)，實(shí)現(xiàn)了綜采工作面開采技術(shù)的研發(fā)和推廣。此外，人們借助中厚煤層無人開采模式可以有效應(yīng)對(duì)地質(zhì)條件復(fù)雜的中厚煤層開采工作，使工作者免于瓦斯、油氣井、煤塵等有毒有害干擾因素的影響，增強(qiáng)了煤礦開采工作的安全性，提升了產(chǎn)業(yè)生產(chǎn)力水平。

2.2 煤層厚度變化問題的消除

一般來說，中厚煤層礦井中的煤層厚度變化較大，使得液壓支架、輸送機(jī)、綜采工作面煤壁，難以保持“三直一平”的標(biāo)準(zhǔn)開采作業(yè)狀態(tài)，影響了綜采工作面無人開采技術(shù)的順利落實(shí)。為此，專業(yè)技術(shù)人員研發(fā)了綜采工作面移動(dòng)巡檢找直技術(shù)，使機(jī)械作業(yè)時(shí)能夠自動(dòng)進(jìn)行工作面找平，使無人開采技術(shù)得以有效應(yīng)用。在此過程中，工作者利用工作面移動(dòng)巡檢裝置、導(dǎo)航、高清攝像機(jī)，幫助系統(tǒng)獲取實(shí)時(shí)的生產(chǎn)信息，使其能夠根據(jù)這些信息，操控機(jī)械進(jìn)行工作面找平，消除煤層厚度變化問題所造成的技術(shù)落實(shí)障礙，推動(dòng)了煤礦開采工作的發(fā)展。

3 “少人巡視，無人值守”的無人開采模式

3.1 地面調(diào)度指揮

“少人巡視，無人值守”的無人開采模式是幾年前就已經(jīng)研發(fā)出的綜采工作面無人開采技術(shù)，黃陵礦業(yè)公司早在幾年前就應(yīng)用該技術(shù)達(dá)到了200萬噸的煤礦年產(chǎn)量，就目前來看，各個(gè)煤礦公司正在陸續(xù)實(shí)現(xiàn)了基于遠(yuǎn)程地面調(diào)度指揮的無人開采常態(tài)化。在此過程中，工作者可以在調(diào)度指揮中心獲取開采活動(dòng)的實(shí)時(shí)全景視頻，并結(jié)合先進(jìn)的兩順槽超前支架設(shè)備，能夠進(jìn)一步減少聯(lián)合操作人員數(shù)量以及巡視人員數(shù)量，實(shí)現(xiàn)“少人巡視，無人值守”的綜采工作面無人開采，而且獲得了高效率、高產(chǎn)量的煤礦開采工作效果。

3.2 開采安全保障系統(tǒng)

在基于“少人巡視，無人值守”的綜采工作面無人開采模式下，技術(shù)人員為了保障開采工作的準(zhǔn)確性和安全性，構(gòu)建了一系列安全保障系統(tǒng)，在無需工作者承擔(dān)礦區(qū)安全風(fēng)險(xiǎn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了自燃發(fā)火、瓦斯爆炸等事故的預(yù)防，深入優(yōu)化了無人開采技術(shù)的應(yīng)用效果。以同忻煤礦8202綜采工作面為例，同忻煤礦借助“少人巡視，無人值守”的無人開采技術(shù)，構(gòu)建了智能監(jiān)控系統(tǒng)，能夠?qū)崟r(shí)追蹤機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況針對(duì)煤塵、瓦斯等容易引起事故的因素，采取安全防控措施，提升了煤礦產(chǎn)業(yè)的安全生產(chǎn)水平。

4 “3上1008工作面”無人開采模式

4.1 開采能耗與產(chǎn)量

“3上1008工作面”是指一個(gè)由智能化控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、無線通訊系統(tǒng)組成的6m高無人化綜采工作面，使工作者可以在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行地面遠(yuǎn)程煤礦開采控制操作，增強(qiáng)煤礦產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)力。就目前來看，基于該工作面的開采操作，相較于傳統(tǒng)開采操作，能夠節(jié)省生產(chǎn)能耗10%以上，同時(shí)，由于電液技術(shù)、集中控制技術(shù)、視頻監(jiān)控技術(shù)等無人開采技術(shù)的集成，提高了該開采模式下的生產(chǎn)效率，一般來說，當(dāng)前工作面回采率已經(jīng)可以達(dá)到98%以上，增加了礦井的煤礦產(chǎn)量，優(yōu)化了煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展水平。

4.2 緊急操作

在“3 上1008 工作面”無人開采模式下，遠(yuǎn)程、智能控制技術(shù)的應(yīng)用，使技術(shù)人員可以針對(duì)各種情況，構(gòu)建出便捷、有效的緊急操作功能，提高了無人開采模式的可靠性，有助于綜采工作面無人開采技術(shù)的推廣。在遠(yuǎn)程智能控制技術(shù)下，巡檢人員只需要跟隨采煤機(jī)進(jìn)行巡檢，并在發(fā)現(xiàn)異常情況時(shí)，及時(shí)按下手中控制器上的急停按鈕，或啟動(dòng)語音閉鎖按鈕，即可停止工作面機(jī)械的運(yùn)行，同時(shí)，指揮中心操作人員也可以利用控制按鈕，來關(guān)?；騿?dòng)采煤機(jī)，使采煤活動(dòng)在人工可控的范圍內(nèi)，增強(qiáng)了緊急操作功能的使用性能。

5 薄煤無人開采模式

5.1 薄煤無人開采應(yīng)用技術(shù)

現(xiàn)階段，由于常規(guī)的開采方式，難以應(yīng)對(duì)薄煤問題，所以當(dāng)前大量的薄煤層、急傾角煤層、及薄煤層大多都處于被廢棄的狀態(tài)，為了解決該項(xiàng)問題，專業(yè)技術(shù)人員研發(fā)了礦井設(shè)備小型化輕量技術(shù)、60度以上傾角煤層開采技術(shù)、無人采掘技術(shù)，有效解決了薄煤層的開采問題，全面實(shí)現(xiàn)了煤礦無人開采模式，提高了煤礦資源的利用率，使煤礦產(chǎn)業(yè)的發(fā)展邁入了一個(gè)新的臺(tái)階。此外，這種集約化的機(jī)械無人開采模式，大幅度降低了煤礦開采能力，使煤礦這一傳統(tǒng)產(chǎn)能，逐漸轉(zhuǎn)化為了新產(chǎn)能，增強(qiáng)了綜采工作面無人開采模式的效用[1]。

5.2 高壓水上開采

通常情況下，薄煤層的開采往往需要面對(duì)高壓水上開采的難題，而當(dāng)前技術(shù)人員借助工作面采后充填、巷道矸石充填這兩項(xiàng)技術(shù)，可以有效突破高壓水上環(huán)境對(duì)薄煤層開采的制約，推動(dòng)了綜采工作面無人開采技術(shù)的順利落實(shí)。在此過程中，工作者利用高新填充技術(shù)，能夠減少頂板的下沉，保持工作面的完整，使各類自動(dòng)化機(jī)械被穩(wěn)定、可靠地布置在工作面上，將大量在高壓水上薄煤層環(huán)境下的呆滯煤礦變成了可采資源，深入優(yōu)化了綜采工作面無人開采技術(shù)的落實(shí)效果，推動(dòng)了煤礦產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展[2]。

6 結(jié)語

綜上所述，全面推廣綜采工作面無人開采技術(shù)，能夠提高煤礦開采工作的效率。在煤礦開采工作中，綜采工作面無人開采技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)智能化的開采控制、有效應(yīng)對(duì)中厚煤層條件、節(jié)約人力資源、增加了我國煤礦產(chǎn)量、優(yōu)化薄煤條件下的開采效果，從而強(qiáng)化煤礦產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)力，提升產(chǎn)業(yè)發(fā)展水平。