煤矿无人工作面开采技术探究_邵国荣.pdf

2 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月煤炭是中国重要的能源之一，在中国社会经济的发展过程中占有十分重要的地位。但煤矿开采是一项极其危险的工作项目，采煤工作人员随时可能面临生命危险，例如潜在的顶板灾害、煤尘灾害以及瓦斯灾害等自然灾害都可能对工作人员造成伤害。为了降低煤炭行业的危险性，进而使该行业变为低危行业，最重要的是减少工作面的作业人数。因此，在复杂的地质环境下，实现设备智能化，即将无人工作面开采技术应用到煤矿开采过程中，能够避免采煤工作人员直接面对危险，使他们能够远离高危工作环境。无人工作面开采技术主要是利用无线或者有线的方式，通过对煤矿井下的各种工作设备实行远程控制，进而来达到开采的目的。随着科技的不断发展，采煤工艺不断创新，现阶段无人工作面开采技术在煤矿开采中的应用已取得一定的成果。无人工作面开采技术的应用使得煤矿采煤过程的安全性大大提高，现阶段还需对该技术进行更深入的研究，进一步提高煤矿开采技术水平。1煤矿无人工作面开采技术的概述1.1煤矿无人工作面开采技术的内涵煤矿无人工作面开采技术主要是在工作面安全系统支持下利用先进技术对矿井下的生产设备进行远程控制，进而实现对煤矿的开采。该技术主要包含采煤机自动调整和自动定位系统、矿井下高速双向通信系统等，在实际运行过程中通过相关系统之间互相配合，进而实现对矿井下生产设备以及运行状态的实时监测并转为信号，最后利用有线或无线方式传递给相关工作人员1-2，以便制定合理的措施，使工作面实现无人化、自动化开采，使得整个煤矿开采的安全性有了很大的保障，进而使得煤矿采煤工作更加顺利地进行，提升煤矿采煤的效率和质量。图1为中国采煤远程控制技术示意图。1.2煤矿无人工作面开采技术的特点随着社会的不断发展，中国的工业化发展有了很大的提升，目前越来越多的国家对煤炭开采技术有了更加深入的研究。随着科学技术的飞速发展，无人工作面开采技术已逐步应用于煤矿的开采中，该技术主要具有以下几个特点。a)安全性高。煤矿开采环境复杂多变，而开采设备运行年限较长且落后，以及传统采煤技术具有局限收稿日期：2022-11-18作者简介：邵国荣，1972年生，男，山西宁武人，硕士，高级经济师，主要从事煤炭工业管理方面的工作。煤矿无人工作面开采技术探究邵国荣（山西省能源发展中心，山西 太原0 3 0 0 0 6）摘要：煤炭是中国重要的能源，促进了中国经济的发展。但在煤矿实际开采过程中会受到不同因素的影响，使开采效率低下，甚至经常发生安全事故，严重影响到采煤工作人员的生命安全。无人工作面开采技术的应用使得采煤过程实现了机械化、自动化，有效提升了开采过程的安全性，保障了开采的效率。主要探究了煤矿无人工作面开采技术的内涵、特点，分析了无人工作面开采技术类型及其影响因素等。关键词：煤矿；无人工作面；开采技术；煤岩自动识别技术；自主定位技术中图分类号：T D 8 2 3文献标志码：A文章编号：2 0 9 5-0 8 0 2-(2 0 2 3)0 3-0 1 6 1-0 3Mining Technology of Unmanned Working Face in Coal MinesSHAO Guorong(Shanxi Energy Development Center,Taiyuan 030006,Shanxi,China)Abstract:Coal is an important energy source in China,which promotes the development of Chinas economy.However,in theactual mining process,the coal mining will be affected by different factors,making the mining efficiency low,and even frequentsafety accidents,which seriously affect the life safety of coal miners.The application of unmanned working face mining technologymakes the mining process mechanized and automatic,effectively improves the safety of the mining process,and ensures themining efficiency.This paper mainly probed into the connotation and characteristics of the mining technology of unmannedworking face in coal mines,analyzed the mining technology types of unmanned working face and the influencing factors of theunmanned working face mining technology.Key words:coal mine;unmanned working face;mining technology;automatic identification technology of coal and rock;autonomous positioning technology（总第2 1 0期）技术研究1 6 1 DOI:10.16643/ki.14-1360/td.2023.03.0202 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月性，使开采过程中存在很多安全隐患，如瓦斯爆炸是采煤过程中经常出现的问题，如果在开采过程中没有对瓦斯浓度进行控制，当瓦斯浓度达到一定程度时，就可能会发生爆炸，造成严重的人员伤亡。而应用无人工作面开采技术后，工作人员几乎不需要再近距离操作，只需远程控制井下设备，使开采的安全性不断提高。b)煤层开采范围广。传统煤矿开采技术局限比较多，适用的煤层开采范围也较窄，而无人工作面开采技术在任何煤层皆适用，弥补了传统采煤技术的缺陷，但在运用无人工作面开采技术深入各个煤层时，开采技术类型会因开采难度要求的不同而不同3。c)开采技术先进。无人工作面开采技术在汲取原有传统开采技术优点的基础上，融合了大量的科学技术元素，利用自动化的开采设备，对开采工作进行实时监控，实现开采的智能化，在煤矿开采中减少了对人力的投入，使得煤矿开采工作的安全性得到了有效的提升。图 1 中国采煤远程控制技术示意图2煤矿无人工作面开采技术类型煤矿无人工作面开采技术的应用使得煤矿生产设备实现自动化，使得采煤工作更加高效、安全地进行，进而促进煤矿企业能够在生产方面实现自动化、无人化，促进企业的可持续发展。一般情况下，煤矿无人工作面开采技术主要包含煤岩自动识别技术、采煤机自主定位技术、采矿工艺智能化技术、矿井上下双向高速通信技术等。2.1煤岩自动识别技术煤矿所处环境复杂多变，使井下煤层和围岩的条件十分苛刻，利用传统的开采技术很难精准地判断煤岩分界。而煤岩自动识别技术还包含部分子系统，都能够对煤岩进行勘测识别，利用这些子系统可以对煤岩开启自动识别并进行记录，最后通过进一步分析有无出现相关符合的信息，进而实现对该处的煤岩进行精准的识别以及断定，判断所需要开采的煤层是哪些，岩石是哪些。想要使煤岩自动识别技术在应用过程中能够更加精准、可靠地进行识别，可同时利用声学、光学等方面的原理，进而达到想要的效果。通常情况下，主要通过传感器系统和记忆程序系统来对煤岩进行自动识别，若能进一步提高二者的精度和功能，煤矿开采工作质量将会越来越好。2.2采煤机自主定位技术采煤机自主定位技术在煤炭开采过程中起着极大的作用，该技术的应用可使设备在煤层寻找和开挖过程中能够更好地定位，若能够保障定位的准确率，可大幅度提高采煤机的效率。该技术在应用时需要借助一些相关的定位系统，但在系统的设计上需要考虑以下几个方面。a)采煤动力机模型的构建。在煤矿开采的过程中，采煤机所面对的环境极为复杂，而且采煤路线等的变化都会对采煤机的运行造成一定的影响，使得某一时刻采煤机的位置以及速度等很难被确定，因此在设计时要考虑采煤机的实际工作环境，并且还要不断进行更新优化。b)对设计数据进行精确的计算。数据的设计是模型构建以及分析的基础，而这些数据必须准确可靠，能够为系统优化设计提供一定的可靠依据。c)航位推算误差补偿模型的构建。航位推算误差会对采煤机的定位准确性造成较大的干扰，而这种误差主要由定位系统中的传感器引起的，因此在构建模型的过程中可从传感器入手来进一步减小误差，提升采煤机定位的准确性。d)增强航位推算系统环境适应性。矿井下的工作环境比较恶劣，灰尘杂质、瓦斯爆炸等问题经常发生，而技术手段的使用可有效解决这些问题，确保在井下也能够使航位推算系统正常运行。e)对矿井的导航系统进行研究，这需要借助相关的定位系统及井内各种电子地图。2.3采矿工艺智能化技术在煤矿开采过程中之所以运用采矿工艺智能化技术，主要是因为利用该技术可对煤矿整个开采过程中的各个环节以及设备运行状态等进行实时监测，如果发现工作面的开采状态已经超出标准范围，就需要进行有效的调整，这有利于对设备的维护。同时该技术的应用，有利于及时发现开采过程中存在的问题，以便工作人员能够快速地做出应对。该技术的应用使得在煤矿整个开采过程中实现了工作的自动化，增强了协调性、适应性以及保护性，甚至是再生，并且可根据煤矿的实际情况，对工作模式进行研究和设计。2.4矿井上下双向高速通信技术相关工作人员在矿井上操作系统的过程中，需要不断地接收矿井下开采系统传来的信号，进而实现对井下各种设备工作状态的控制。而将信号在井上与井下之间快速、准确、有效地传输，需要借助矿井上下双向高速通信技术来完成，进而获取井下各种设备、各类环境的工作参数4。该技术的应用可实现信息由井矿井环网地面井下监测专线顺槽采场（工作面内）供电系统供液系统采煤机液压支架采场外部运输系统内部运输系统智能化+无人操作顺槽监控中心控制专线摄像仪摄像仪工作面工业以太环网顺槽地面调度室地面可视化+远程干预1 6 2 2 0 2 3年第3期2 0 2 3年3月上到井下的快速、实时传输和反馈，在无人工作面信息的传输中起着至关重要的作用。3无人工作面开采技术的影响因素3.1无人工作面开采的地质环境因素煤矿所处环境条件复杂多变，矿井下的煤层倾角、厚度以及断层等对采煤设备都有着一定的影响。而煤矿企业采用无人工作面开采技术时采煤设备同样会受到这些地质构造的影响，而其各种传感器设备会受到环境因素的干扰，例如矿井下的温度、粉尘浓度、甲烷浓度等，因此在实际开采过程中对这些都有着严格的限制指标，避免对传感器设备造成严重的影响。除此之外，煤矿无人工作面开采技术还会受到煤矿在成煤时形成的顶底板等的影响。3.2无人工作面开采的设备因素煤矿企业在开采过程中利用无人工作面开采技术时，对采煤设备的要求比较高，例如对于采煤机而言，需要具备对煤岩自动识别的功能、采煤机故障诊断以及记忆截割功能。记忆截割功能主要是对人工割煤时采煤机滚筒的截割路线进行参数设置，进而使采煤机在其记忆模式下能够对滚筒轨迹自动重复。对于刮板输送机，需要精准地对远程按钮进行推移，精准地对断链、掉链等进行定位识别5。而对于液压支架的选择，需要严格按照采煤工艺需求进行，确保液压支架能够与采煤机实现全程的自动结合作业，并能够对移架操作进行准确的远程操控；顶板破损时能够自动识别并及时移架。3.3无人工作面开采的工艺因素煤矿企业在应用无人化工作面开采技术时工作人员是不能进入工作面的，同时还要使采煤、装煤、运煤等各个工作环节能够有效地衔接起来，这就要求相关工作人员具备专业的技能以及对设备的操作能够达到熟练化。3.4无人工作面视频远程控制及高速无线网络因素无人工作面开采能够实现远程控制，主要是通过将摄像探头安装在采煤机或顶板支护设备上。