煤礦智能無人采煤工作面開采技術分析

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摘要：對于煤炭開采系統來說，智能無人采煤工作面是一項綜合性較強的系統技術，并且隨著煤炭事業的快速發展，其煤炭安全結構問題以及可持續開發問題逐漸受到人們的關注和重視，全面推動了智能無人采煤工作面的全面開展。本文首先闡述了采煤工作面的發展現狀，并且根據無人采煤工作面發展條件總結出采煤工作面開采關鍵技術分析。

關鍵詞：智能無人采煤工作面；自燃問題；開采模式；煤炭機械

由于煤炭開采過程中，有可能產生的危險因素較多，其中頂板災害發生的概論較多，并且隨著支撐保護技術的運用逐漸成熟，頂板災害在一定程度上得意緩解，但是，在實際的煤炭采集過程中，仍然出現了許多安全性問題。

1采煤工作面的發展現狀

1.1自燃問題

在煤礦采集過程中，煤礦通過接觸氧氣發生氧化，產生熱量，加上硫元素、磷元素、硫化鐵元素自身具備一定的水作用，更加引發其產生發熱自燃現象。同時，煤炭表面一旦收到氧化作用后便產生氧化熱量現象，一旦采煤現象通風不良，所產生的熱量不易散發，那么，采礦現場的整體溫度就會慢慢上升，致使煤礦的氧化作用也就快速加劇，如此長期以往，達到一定溫度后，煤炭極有可能產生自燃現象，引發火災。面對此類問題，技術人員應該針對采煤現場的環境因素進行探討，比如，地質結構、采煤技術、生產流程、設備管理等因素，均會對采煤工作面的整體長度形成一定制約條件。

1.2頂板問題

在煤礦采集現場，頂板事故發生的概率較大，通常按照按冒頂范圍的大小可分為：局部冒頂問題以及壓垮型大面積冒頂問題。在礦山局部強大壓力的作用下，由于山體局部產生空幫、空頂或支撐保護不當、不及時造成煤炭、巖石局部垮落的事故叫局部冒頂。而產生大面積冒頂的原因是因礦山自身結構的壓力過大，其主要因素是由于直接頂或老頂產生高強度壓力時，由于支撐體系整體密度不夠，或者頂板沉降不均衡而造成的支撐支架斷裂、垮塌現象，致使采集、挖掘以及維護的相關工作大面積垮落的事故，被稱為壓垮型大面積冒頂。

1.3爆炸問題

在煤礦采集過程中，根據瓦斯爆炸現象的本質而言，主要由于當適量濃度的瓦斯與空氣中的氧氣進行充分接觸，如果氧氣內部溫度較高，會產生劇烈的爆炸現象。而煤炭粉塵產生爆炸，其內部結構中必須具備三個條件：煤塵本身具有一定的爆炸性；煤塵長期在空中處于懸浮狀態，在環境結構中達到一定濃度；周邊存在高度熱量源頭。

1.4水資源泄漏問題

除了以上問題可以引起煤礦危險，水資源的泄漏也同樣需要開采人員的注意，其中，引起礦井水災的關鍵性決定因素有水源、水流通道、水流聚集地聚集以及通道自身排水條件等。加上煤礦在開采過程中，所接觸到的水源有地表水源和地下水源兩種形式。其中，地表水源主要指的是河流、湖泊、水庫等；而地下水源則是指地下層間水源、土質構造裂隙水源、溶洞內部結構水源、老窯積水等。而涌水通道指的是土層內部產生構造性斷裂帶、土層陷落柱及土質結構裂隙、封閉性不佳的導水鉆孔等問題。

1.5施工健康問題

由于在煤礦的開采、挖掘以及運輸等生產工藝過程中，會產生大量煤炭粉塵，其顆粒的主要直徑均小于1毫米。而當煤炭粉塵的顆粒直徑小于5μm的時候，被稱為呼吸性粉塵。煤塵在開采過程中除了自身具有一定爆炸危害性能以外，對人體健康具有很大危害。煤炭粉塵中含有大量的SiO2元素，尤其是呼吸性粉塵，可以直接致使人體呼吸道產生炎癥。嚴重甚至導致塵肺病的危害。

2無人采煤工作面發展條件

2.1無人采煤工作面發展優勢

由于在實際的采煤工作中，經常出現爆炸、地熱以及人員健康的相關危險，致使才開工作人員的生命健康無法得到良好的保障。為此我國引進和研發無人采煤工作面相關技術，而其主要的工作原理和優勢是在日常采煤的工作中，其破煤、裝卸煤炭、運輸、支撐和保護以及采空區域的后續養護等相關工作，均使用智能無人化管理模式，而人工僅僅需要在地面距離煤礦一定距離的室內進行遠程操控即可。無人采煤工作面技術致使煤炭資源在生產和開采過程中，采煤工作現場并無人員，降低了安全事故的發生概率，對于我國煤炭開采技術的提高具有重大意義。（1）提升采煤的安全性。在煤炭開采技術應用過程中，安全性是智能無人采煤技術中，相對比較突出的工作優勢，煤礦部門依靠無人開采機械設備和自動化控制系統，極大地提升了開采效率和質量，并且在人力資源方面，減少了煤炭開采安全事故的發生概率，在煤炭工作中，創造了更多的技術可能性和施工范圍，減少了煤炭開采過程中，資源和經濟的損失。（2）實現信息化技術開采模式。在運用無人采煤工作面時，技術人員有效的將信息科學技術與機械控制系統相結合，并且應用到煤礦的開采流程中，極大地提高了煤礦開采的實際效率和質量。同時，煤炭開采過程中加入信息化技術，可以避免環境相關因素成為目前的干擾問題，致使煤炭開采工作得以高效、穩定地進行。

2.2無人采煤工作面發展約束

目前，對無人采煤工作面開采技術的組要約束條件是煤層自身的復雜性，由于我國大部分煤礦層以及土壤條件極其復雜多變，其中斷裂巖層、煤層褶皺、火成巖等相關現象十分嚴重，為煤炭采集自動化以及智能化帶來了嚴峻地挑戰。

3采煤工作面開采關鍵技術分析

3.1煤炭機械定位技術

在進行煤炭開采時，綜合采集工作面的主要流程是由雙滾筒式采煤設備、自動移動式液態壓力支架以及可彎曲刮板運輸設備進行實現和完成。在日常的煤炭開采過程中，為了方便維護煤炭開采現場的頂板結構安全和穩定性，其液態壓力支架大多數采用的是及時支撐維護的方式，其中進行煤炭采集過程中，采煤設備首先需要進行割煤操作，隨后使用采煤設備以及8～12臺移動模式的支架，再次滯留后，將8～12臺移動模式的支架推移至移動刮板運輸設備中。而為了有效地實現割煤、移動支架、推動運輸設備等操作方式的智能化，采煤設備應該及時并且準確地將現場需要采集的區域進行定位，只有這樣，操作才能致使采煤工作順利開展。而現階段，我國現有的采煤設備定位方式主要有電磁感應開關系統、超聲波數據探測系統以及紅外線探測系統等。而這些技術雖然在小范圍內的綜合采礦工作進行實驗和測試，但仍然需要進一步實驗和數據驗證。

3.2煤炭巖層分辨技術

煤炭與巖石自身的相關硬度系數差別較大，如果使用煤炭采集設備切割巖石，會損壞大量的設備截齒，甚至會導致滾筒結構受到破壞而更換，而在實際的采煤工作中，要想完整地將整個煤炭層取出，就需要設備結構中搖臂的調節進行實現。所以，采煤設備進行割煤的過程中，煤炭與巖石額分辨系統應該與結構中滾筒搖臂進行緊密的結合，實現有效開采。

3.3抗干擾技術

對于無人采煤工作面開采技術來說，有效的通信系統是實現智能化無人工作面的重要保障，而通信系統結構中，可以通過發出與接受相關信號，實現針對綜合采煤設備的準確控制，其中，綜合采煤控制系統的重點結構主要由三機配套系統、設備控制端頭以及超前支撐保護段控制系統組成。

3.4設備監控診斷技術

由于采煤工作中，實際的作業面所面對的采煤環境十分復雜，設備極易出現各種異常問題和情況，所以技術人員在進行煤炭開采過程中，應該針對設備運行的實際狀態和煤炭開采環境，布置和設置設備應用參數的監控。比如，設備油液的實際位置、設備油液的實際溫度、截齒自身的磨損程度、煤炭設備整體傾斜角度以及傳輸設備彎曲角度等。

3.5地質判斷處理技術

我國煤炭井下的地質結構復雜性處于世界的首位，而在實際的煤炭開采過程中，要想真正實現無人化狀態的綜合開采面，就必須要求煤炭開采設備結構中，具備強大的地質構造識別系統，并且通過了解地質的主要構造，比如，地質斷層參數等，檢測到相關的斷層數據參數，并且在系統結構中快速并且準確地分析出解決地質斷層的技術方法。

4結語

煤礦智能無人采煤工作面技術，全面打破了傳統煤炭開采技術的限制和約束，但是，面對科技和社會的快速發展，仍然存在著許多技術、安全性的問題需要進一步探索和解決，只有不斷地進行技術突破，建立更加完善、明確的技術體系，才能使煤炭開采工作發揮出自身更大的資源和經濟價值。

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作者：郭朋 單位：超內蒙古平莊煤業（集團）有限責任公司紅廟煤礦