煤礦綜采無人化開采技術分析

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摘要：煤礦作業環境相對比較惡劣，危險性較高，其中以綜采工作面的安全風險最高，是影響煤礦安全生產的關鍵因素之一。近年來，我國在無人化開采技術發面取得了重大突破，無人化開采技術逐漸發展成熟，已經在煤礦綜采工作面投入使用，并取得了良好的效果，有效控制了安全風險，充分保障了綜采面作業人員的安全。本文某煤礦為例，對煤礦綜采工作面無人化開采技術優勢進行分析，重點研究煤礦綜采工作面無人化開采技術的實現路徑。

關鍵詞：煤礦；實現路徑；綜采工作面；無人化開采技術

1項目概況

某煤礦為提升生產效率、保障生產安全，首次嘗試無人化開采技術，在綜采面安裝了無人化開采設備，通過自動化控制與遠程操作兩種方式實現無人化作業。采煤機控制以記憶切割為主，輔以遠程干預；液壓支架以自動化控制為主，輔以遠程干預；設備監測以數據監測為主，輔以視頻監測，全面實現綜采面無人化作業。項目控制系統采用的SAC電液控制系統、SAM自動化集成控制系統以及SAP集成供液控制系統，此外，還配置了KTC101通訊系統，采煤機選用的是MG2×200-AMD；液壓支架采用的是ZY6800；轉載機采用的是SZZ800。

2煤礦綜采面無人化開采技術的優勢分析

在煤礦生產作業過程中，安全問題一直是重點，一旦發生事故，不僅會影響煤礦正常生產，還可能造成人員傷亡，影響極為惡劣。在煤礦綜采作業面作業過程中，以往主要是依靠人力完成大部分工作，在開采作業過程中，作業人員的安全問題受到多方面因素的影響，包括環境因素、技術因素、設備因素以及人為因素等，整個作業過程風險性比較高。煤礦綜采面無人化開采技術的優勢在于可以實現智能化、自動化、無人化作業，不僅可以最大限度減少作業人員的工作量，同時也能降低作業過程中人為因素的影響，確保開采作業安全。煤礦綜采工作面無人化技術是煤礦開采領域的重大進步，無論是從安全、成本還是效率方面考量，無人化開采技術都具有明顯優勢。

3煤礦綜采工作面無人化開采技術的實現路徑

3.1無線通信網絡

當前，煤礦綜采作業面通信網絡主要存在可靠性差以及傳輸效率偏低等問題，電纜載波傳輸方式傳輸速度慢、傳輸的數據量較小，難以滿足信息實時化需求；光纜傳輸雖然傳輸的實時性以及信息量符合需求，但在使用壽命、信號穿透性、抗干擾因素以及建設成本方面光纜傳輸不具備明顯優勢，難以滿足煤礦無人化生產的要求。上述幾種傳輸方式都存在一定的缺陷，因此，必須要研究一種可以滿足無人化開采實時性、可靠性需求的通信網絡，以當下的技術手段而言，有兩種新型無線通信網絡可以選擇，考慮的到本項目的實際情況，最終選擇的是Wireless網絡。Wireless網絡具備自動化管理、自動化組網、自動化平衡以及自動化修復的特征，最高傳輸帶寬可達到50Mbit/s以上，并且Mseh網還可以接入工業以太網，和煤礦主干網絡共同構成完成的系統。二是Li-Fi（LihgtFidelity）網絡，這是新型無線連接技術，依靠可見光譜完成數據傳輸，需要在照明設備上設置微型芯片，使其兼具照明以及信息傳輸的雙重功能，而煤礦綜采作業面本身對于照明的需求較高，基本上3臺左右的支架就需要配備1臺照明設備，因此，在進行網絡部署時更為方便、快捷。

3.2數據標準化處理技術

在傳統作業模式下，煤礦綜采面作業系統相互獨立，關聯度較低，作業信號首先傳輸至系統主機，然后在不同系統主機之間交換數據信息，通常數據交換主要是以OPC、RS485、TCP/IP以及現場總線等形式完成，這種模式的缺陷在于數據傳輸的中轉環節過多，系統兼容性極差，若采用的是不同廠家的設備，則相互之間還存在技術保護，會影響正常使用。考慮到煤礦綜采作業面無人化開采技術的應用，使用的相關設備必須要符合EtherNet/IP通信協議的規定，所有配套設備都必須具備統一接口。在此基礎上，系統就可以根據不同作業任務需求定義通信需求，將通信任務劃分為參數配置、遠程操作控制以及遠程監測等，并搭建不同對象模型，完成通信任務，對于傳輸實時性要求的可以采用UPD/IP協議1類傳輸連接，其余數據則采用TCP/IP協議3類傳輸連接。通過對數據進行分級，不僅可以明確處理的優先級，對于保障系統安全、高效運行以及提升數據處理效率也具有重要作用。

3.3支架跟機自動化技術

煤礦采用的支架跟機自動化技術主要的缺陷是頂板控制能力不足、支架拉架不及時以及頂板破碎的情況下難以完成自動化操作等問題。支架難以實現追機甚至是超前拉機，其主要是考慮到安全方面的問題，采煤機身區域屬于操作人員主動活動區域，此區域內的支架需要保持靜止狀態。然而這種設計會導致支架拉架動作滯后，若頂板條件相對較好，則可以正常運行；若頂板條件較差，采煤機身會形成長距離的空頂，如果不及時進行支護，則很容易出現頂板冒落的情況。基于上述問題，考慮到無人化開采技術的現實需求，可以采用伸縮性頂梁支架，采用伸縮頂梁支架，采煤機頂滾筒過后支架先伸出伸縮頂梁控制頂板，再按要求完成支架拉架、推溜等動作；同時采用可雙向傳輸的遙控器，采煤機通過遙控器實時掌握采煤機運行狀態，不需要再觀察采煤機的顯示屏，這樣就可以縮小操作人員的活動區域，這樣支架就可以實現追機甚至是超前拉機，支架拉架動作滯后的問題就可以得以有效解決。此外，對支架控制系統程序需要進行調整優化，強化其監測功能，從而實現對系統運行狀態的實時監測。

3.4自適應割煤技術

要實現煤礦綜采作業面的無人化開采，采煤機必須要具備自適應功能，可以對開采過程中可能出現的各種情況及時作出精準的判斷，并根據情況進行優化調整。采煤機自適應功能最為關鍵的是模糊判斷以及趨勢控制，在實際作業過程中，割煤與割巖存在明顯不同，最為直觀的區別的就是能見度明顯存在差距，對割煤或者割巖時的能見度進行檢測，以明確煤巖的分界參數。而傳感器傳輸的作業面粉塵濃度信息可以準確判斷采煤機當前是割頂或割底，進而有針對性的調整滾筒的高度，注意控制調整幅度，不宜過大，否則可能會導致頂板過度出現問題。

3.5綜采面監控技術

在綜采面構建開放性的工業控制網絡，將設備信息傳輸至順槽監控中心，為設備控制決策提供依據；綜采面每6個支架配置1臺攝像儀，以實時監控綜采面作業情況以及設備運行情況；在順槽列車上設置井下中控室，負責監控綜采面無人化作業，值班人員僅需要在監控中心值班即可。

4效益分析

4.1經濟效益方面

煤礦綜采面采用無人化開采設備后，綜采面作業人員明顯減少，原來需要9個工作人員完成的工作，現在只需要1名值班工作人員即可，同時工作強度也顯著降低，僅此一項每年可以為煤礦節約人力資源成本超過500萬元。無人化生產最大的優勢不僅僅體現在作業效率的上升以及生產成本的下降上，更為關鍵的是這為煤礦發展提供了一條具有實踐意義的道路，積累了豐富的無人化開采作業經驗，從長遠發展的角度來看，對于煤礦的發展具有極大的積極意義。

4.2社會效益方面

第一，無人化開采設備的應用使得工人從高風險的工作面采場轉移到了比較安全的順槽監控中心來，這樣巨大地保障了礦工的人身安全，降低了煤礦采掘的風險性。第二，我國國產成套無人化開采裝備的投入應用，開創了我國無人化開采的先河，成熟的技術可以完全替代進口設備，這對我國綜采工作面開采尤其是針對一些薄煤層工作面的開采具有重要意義。第三，無人化開采技術的應用原有的采掘工人從體力勞動轉變為巡檢工，這樣極大地降低了工人的勞動強度，同時也為工人創造了良好的工作環境。第四，無人化開采技術的應用有效提升了煤礦原煤開采率及煤炭資源的回收率，起到了節能減排的功效。

5結語

綜上所述，煤礦綜采面無人化開采是煤礦發展的必然趨勢，無人化開采技術雖然目前尚存在一定的限制性條件，但是未來必然會廣泛使用。需要注意的是，無人化開采技術必須要依賴于各種先進技術手段，這樣才能真正實現無人化開采，推動煤礦發展。

參考文獻

[1]張良,李首濱,黃曾華,王旭鳴.煤礦綜采工作面無人化開采的內涵與實現[J].煤炭科學技術,2014,42(09):26-29+51.

[2]索智文.煤礦綜采工作面無人化開采技術研究[J].工礦自動化,2017,43(01):22-26.

作者：趙剛 單位：晉能控股煤業集團四老溝礦