王 宏

（重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 402260）

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煤礦無人工作面的開采技術(shù)

王 宏

（重慶工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院，重慶 402260）

摘 要：工業(yè)化進(jìn)程不斷深化趨勢(shì)下，社會(huì)對(duì)煤炭資源需求增加，促使我國(guó)煤礦開采事業(yè)取得了進(jìn)一步發(fā)展。特別是在科學(xué)技術(shù)支持下，越來越多的新型設(shè)備、技術(shù)應(yīng)用于煤礦開采工作中。然而，受煤礦開采工作特殊性、復(fù)雜性等特點(diǎn)的影響，它難以進(jìn)行人工操作，而無人工作面開采技術(shù)的應(yīng)用有效突破了這一弊端。本文將對(duì)煤礦無人工作面開采概念及特點(diǎn)進(jìn)行分析和研究，并深入探討開采關(guān)鍵技術(shù)，最后結(jié)合某煤礦開采闡述開采技術(shù)的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：煤礦 無人工作面 開采技術(shù)

煤礦資源作為我國(guó)重要的能源礦藏，在促進(jìn)工業(yè)領(lǐng)域發(fā)展等方面發(fā)揮著積極作用。當(dāng)前，我國(guó)煤礦開采技術(shù)仍延續(xù)傳統(tǒng)技術(shù)，開采效率低，不利于其的可持續(xù)發(fā)展。基于科學(xué)采礦理念，相關(guān)研究人員加大了對(duì)無人工作面開采技術(shù)的研究。在實(shí)踐工作中，將機(jī)械電氣自動(dòng)化、導(dǎo)航技術(shù)等應(yīng)用與煤礦無人工作面，一定程度上提高了開采有效性。因此，加強(qiáng)對(duì)該課題的研究具有積極意義。

1 煤礦無人工作面開采技術(shù)概念及特點(diǎn)

近幾年來，世界各國(guó)對(duì)煤炭開采工作的研究日趨深化。特別是在科學(xué)技術(shù)水平提高的情況下，已經(jīng)開展了無人工作面采煤。所謂無人工作面，是指在工作面安全系統(tǒng)基礎(chǔ)上，通過有線或者無線的方式傳遞監(jiān)測(cè)信息，控制相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備。通常，工作面涉及相關(guān)技術(shù)包括自主定位導(dǎo)航技術(shù)、煤巖識(shí)別技術(shù)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)等[1]。無人工作面開采工作不僅能夠確保設(shè)備自動(dòng)完成生產(chǎn)流程，還能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)作業(yè)程序的優(yōu)化，最終實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程智能化、操作無人化等目標(biāo)。

無人工作面能夠穩(wěn)定、有序運(yùn)行，關(guān)鍵在于其建立在先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)基礎(chǔ)上。它的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。

第一，范圍廣。無人面開采范圍能夠覆蓋薄、中、厚等多類煤層。例如，對(duì)薄煤層而言，可以采取無人自動(dòng)化刨煤機(jī)完成工作；對(duì)中厚、厚煤層而言，可以實(shí)現(xiàn)一次全高無人化開采[2]。

第二，安全系數(shù)較高。無人工作面能夠?qū)⑷藛T完全解放出來，通過控制相關(guān)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)高瓦斯煤層的瓦斯?jié)舛?，確保煤炭開采安全性。

第三，技術(shù)水平高。該項(xiàng)技術(shù)在延續(xù)傳統(tǒng)技術(shù)優(yōu)勢(shì)的同時(shí)，結(jié)合現(xiàn)代先進(jìn)的工業(yè)技術(shù)，在提高工作效率、推進(jìn)生產(chǎn)組織發(fā)展等方面發(fā)揮著積極作用。

2 煤礦無人工作面開采技術(shù)分析

煤礦無人工作面開采技術(shù)包括多個(gè)方面，具體表現(xiàn)如下。

2.1 自動(dòng)識(shí)別煤巖，提高開采準(zhǔn)確性

開采系統(tǒng)中，煤巖識(shí)別技術(shù)經(jīng)歷了長(zhǎng)期發(fā)展，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、識(shí)別等方面都取得了較大發(fā)展。自動(dòng)識(shí)別系統(tǒng)一般涉及記憶程序控制系統(tǒng)、振動(dòng)頻譜傳感系統(tǒng)等。實(shí)踐中，通過噪聲、紅外線、紫外線等對(duì)煤巖具體情況進(jìn)行識(shí)別。但是，對(duì)于井下煤層或者圍巖較為復(fù)雜的地帶，難以實(shí)現(xiàn)有效識(shí)別?，F(xiàn)階段，煤巖識(shí)別主要集中在提升傳感器分辨率等方面。同時(shí)，積極引入智能化技術(shù)，能夠有效識(shí)別煤巖分界位置，如雷達(dá)探測(cè)的應(yīng)用，充分發(fā)揮了其積極作用。

2.2 實(shí)現(xiàn)自主定位，提高開采有效性

自主定位技術(shù)的應(yīng)用，能夠更加有效地提高開采技術(shù)水平。該項(xiàng)技術(shù)在具體應(yīng)用中，主要通過構(gòu)建相關(guān)模型，對(duì)煤層等基本情況進(jìn)行計(jì)算，最終確定煤炭資源所在位置。具體來說，首先，動(dòng)力模型的構(gòu)建。采煤機(jī)工作環(huán)境具有復(fù)雜性，受諸多因素的影響，采煤機(jī)工作狀態(tài)隨之發(fā)生變化[3]。在具體模型構(gòu)建過程中，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，確定科學(xué)的即時(shí)速度、加速度等，并在定位工作開始前，模擬外界干擾下的設(shè)備運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)，掌握其精準(zhǔn)的運(yùn)動(dòng)軌跡。其次，計(jì)算數(shù)據(jù)。完成模型構(gòu)建后，模型分析工作需要大量數(shù)據(jù)信息作為基礎(chǔ)。因此，實(shí)踐中，需要高效的數(shù)據(jù)處理辦法，以解決計(jì)算精度、計(jì)算量等問題。再次，航位推算誤差補(bǔ)償模型的構(gòu)建。工作環(huán)境的復(fù)雜程度一定程度上影響設(shè)備慣性傳感器的準(zhǔn)確度。因此，對(duì)設(shè)備而言，應(yīng)在礦井地下環(huán)境中，對(duì)誤差補(bǔ)償進(jìn)行計(jì)算，為精準(zhǔn)定位奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。最后，導(dǎo)航系統(tǒng)。目前，無人面開采導(dǎo)航系統(tǒng)基本功能，并通過高精度電子地圖等實(shí)現(xiàn)。實(shí)踐中，地圖匹配需要采煤機(jī)運(yùn)動(dòng)處于預(yù)定的軌道中，并在軌道數(shù)據(jù)已知的情況下，通過比較采煤機(jī)運(yùn)行具體情況與標(biāo)準(zhǔn)軌跡，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器誤差的調(diào)整和優(yōu)化，以此來確保采煤機(jī)處于正確的路線中。

2.3 進(jìn)行雙向高速通訊，實(shí)現(xiàn)信息共享

在煤礦開采工作中，對(duì)于礦井通信而言，通過雙向高速通訊技術(shù)，能夠快速、準(zhǔn)確地采集和傳輸井下各類環(huán)境指標(biāo)、設(shè)備工況等數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)井上、井下雙向信息交流和共享。特別是實(shí)現(xiàn)信息由井下到井上的反饋，有助于更好地幫助技術(shù)人員安排工作。目前，由下至上的信息交流技術(shù)水平并不高，還有待進(jìn)一步完善。

2.4 引進(jìn)智能技術(shù)，降低人員工作量

人工智能技術(shù)作為一項(xiàng)新型技術(shù)，能夠按照人的意愿，代替人類完成高難度工作。因此，將其引入到采礦工作中具有積極意義。通過該項(xiàng)技術(shù)，能夠?qū)崿F(xiàn)采礦作業(yè)流程自動(dòng)控制、保護(hù)等目標(biāo)，推進(jìn)煤礦開采工作進(jìn)一步發(fā)展。

2.5 遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)的應(yīng)用，確保開采工作安全

利用遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，通過將視頻數(shù)據(jù)上傳至以太網(wǎng)，然后經(jīng)過以太網(wǎng)通信鏈路傳輸至工作面集控平臺(tái)，促使圖像能夠隨著采煤機(jī)位置的變化而自動(dòng)切換，從而幫助地上工作人員了解和掌握井下狀況，為后續(xù)工作提供依據(jù)[4]。實(shí)踐中，工作人員通過視頻圖像。結(jié)合各個(gè)子系統(tǒng)相關(guān)數(shù)據(jù)，如液壓支架狀態(tài)等，對(duì)工作面液壓支架等進(jìn)行遠(yuǎn)程調(diào)整和控制?？梢?，通過可視化平臺(tái)在無人化工作面上的應(yīng)用，能夠確保其安全運(yùn)行，提高開采的有效性。

3 具體應(yīng)用案例分析

結(jié)合某煤礦實(shí)際開采為例，可以根據(jù)工作面情況等選擇開采技術(shù)。工作面使用的采煤法是長(zhǎng)壁后退式，頂板管理選擇的是全部垮落法。對(duì)此采煤工藝，主要確定為綜合機(jī)械化采煤方式。割煤工作中，主要選擇MG-100/238-WD雙滾筒機(jī)型進(jìn)行切割工作。

第一，針對(duì)回風(fēng)巷的布置，應(yīng)用沿著煤層的挑頂與起底進(jìn)行，并將巷道外段布置成為半圓拱形。而運(yùn)輸巷道沿著煤層的頂板、起底進(jìn)行布置，以有效完成支護(hù)工作。

第二，對(duì)于頂板支護(hù)，選擇支撐掩護(hù)式支架?？梢姡摕o人工作面采用的是滾筒式采煤機(jī)（在薄煤層工作面可以采用刨煤機(jī)構(gòu)成無人工作面）。

據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，該煤礦每日產(chǎn)量可達(dá)4400t左右，且月產(chǎn)量也呈現(xiàn)升高趨勢(shì)，具有較高的生產(chǎn)效率[5]。因此，隨著煤炭資源開采工作的進(jìn)一步發(fā)展，無人工作面開采技術(shù)必將成為該項(xiàng)工作的必然選擇。

4 結(jié)論

根據(jù)上文所述，無人工作面開采是多項(xiàng)技術(shù)結(jié)合的產(chǎn)物，在提高煤礦開采效率等方面占據(jù)十分重要的位置。因此，在煤礦開采工作中，技術(shù)人員要結(jié)合實(shí)際情況，堅(jiān)持合理原則，選擇合適的開采技術(shù)。加大對(duì)開采技術(shù)的研究力度，不斷提高煤礦開采質(zhì)量和效率，從而推動(dòng)我國(guó)煤礦開采事業(yè)可持續(xù)、健康發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

[1]李首濱，黃曾華，王旭鳴.煤礦綜采工作面無人化開采的內(nèi)涵與實(shí)現(xiàn)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2014，（9）：26-29，51.

[2]陳偉.淺析無人工作面機(jī)械化開采節(jié)能技術(shù)實(shí)踐[J].資源節(jié)約與環(huán)保，2014，（8）：15.

[3]王國(guó)法.煤礦綜采自動(dòng)化成套技術(shù)與裝備創(chuàng)新和發(fā)展[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2013，（11）：1-5，9.

[4]趙建平.煤礦無人工作面開采技術(shù)應(yīng)用分析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2015，（10）：164-165.

[5]方新秋，謝小平，阮飛雄.薄煤層無人工作面自動(dòng)化開采技術(shù)應(yīng)用[J].工礦自動(dòng)化，2013，（8）：9-13.

Face in Coal Mine Unmanned Mining Technology

WANG Hong
(Chongqing Engineering Vocational College,Chongqing 402260)

Abstract:The process of industrialization and constantly deepen the trend of increased demand for coal resources, promote China's coal m ining industry has made further development. Especially in science and technology, supported by more and more new equipment, technology used in coal mining work. However, affected by coal m ining work particularity, complexity, etc., it is difficult for manual operation. Application Face unmanned mining technology to effectively break up the abuses. This paper wi ll no Face Coal mining concepts a nd characteristics of analysis a nd research, and depth exploration of key technologies. Finally, set forth in a coal mining application mining technology.

Key words:Colliery,Nobody Face,Mining Technology