煤矿智能无人采煤工作面开采技术分析

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摘要：对于煤炭开采系统来说，智能无人采煤工作面是一项综合性较强的系统技术，并且随着煤炭事业的快速发展，其煤炭安全结构问题以及可持续开发问题逐渐受到人们的关注和重视，全面推动了智能无人采煤工作面的全面开展。本文首先阐述了采煤工作面的发展现状，并且根据无人采煤工作面发展条件总结出采煤工作面开采关键技术分析。

关键词：智能无人采煤工作面；自燃问题；开采模式；煤炭机械

由于煤炭开采过程中，有可能产生的危险因素较多，其中顶板灾害发生的概论较多，并且随着支撑保护技术的运用逐渐成熟，顶板灾害在一定程度上得意缓解，但是，在实际的煤炭采集过程中，仍然出现了许多安全性问题。

1采煤工作面的发展现状

1.1自燃问题

在煤矿采集过程中，煤矿通过接触氧气发生氧化，产生热量，加上硫元素、磷元素、硫化铁元素自身具备一定的水作用，更加引发其产生发热自燃现象。同时，煤炭表面一旦收到氧化作用后便产生氧化热量现象，一旦采煤现象通风不良，所产生的热量不易散发，那么，采矿现场的整体温度就会慢慢上升，致使煤矿的氧化作用也就快速加剧，如此长期以往，达到一定温度后，煤炭极有可能产生自燃现象，引发火灾。面对此类问题，技术人员应该针对采煤现场的环境因素进行探讨，比如，地质结构、采煤技术、生产流程、设备管理等因素，均会对采煤工作面的整体长度形成一定制约条件。

1.2顶板问题

在煤矿采集现场，顶板事故发生的概率较大，通常按照按冒顶范围的大小可分为：局部冒顶问题以及压垮型大面积冒顶问题。在矿山局部强大压力的作用下，由于山体局部产生空帮、空顶或支撑保护不当、不及时造成煤炭、岩石局部垮落的事故叫局部冒顶。而产生大面积冒顶的原因是因矿山自身结构的压力过大，其主要因素是由于直接顶或老顶产生高强度压力时，由于支撑体系整体密度不够，或者顶板沉降不均衡而造成的支撑支架断裂、垮塌现象，致使采集、挖掘以及维护的相关工作大面积垮落的事故，被称为压垮型大面积冒顶。

1.3爆炸问题

在煤矿采集过程中，根据瓦斯爆炸现象的本质而言，主要由于当适量浓度的瓦斯与空气中的氧气进行充分接触，如果氧气内部温度较高，会产生剧烈的爆炸现象。而煤炭粉尘产生爆炸，其内部结构中必须具备三个条件：煤尘本身具有一定的爆炸性；煤尘长期在空中处于悬浮状态，在环境结构中达到一定浓度；周边存在高度热量源头。

1.4水资源泄漏问题

除了以上问题可以引起煤矿危险，水资源的泄漏也同样需要开采人员的注意，其中，引起矿井水灾的关键性决定因素有水源、水流通道、水流聚集地聚集以及通道自身排水条件等。加上煤矿在开采过程中，所接触到的水源有地表水源和地下水源两种形式。其中，地表水源主要指的是河流、湖泊、水库等；而地下水源则是指地下层间水源、土质构造裂隙水源、溶洞内部结构水源、老窑积水等。而涌水通道指的是土层内部产生构造性断裂带、土层陷落柱及土质结构裂隙、封闭性不佳的导水钻孔等问题。

1.5施工健康问题

由于在煤矿的开采、挖掘以及运输等生产工艺过程中，会产生大量煤炭粉尘，其颗粒的主要直径均小于1毫米。而当煤炭粉尘的颗粒直径小于5μm的时候，被称为呼吸性粉尘。煤尘在开采过程中除了自身具有一定爆炸危害性能以外，对人体健康具有很大危害。煤炭粉尘中含有大量的SiO2元素，尤其是呼吸性粉尘，可以直接致使人体呼吸道产生炎症。严重甚至导致尘肺病的危害。

2无人采煤工作面发展条件

2.1无人采煤工作面发展优势

由于在实际的采煤工作中，经常出现爆炸、地热以及人员健康的相关危险，致使才开工作人员的生命健康无法得到良好的保障。为此我国引进和研发无人采煤工作面相关技术，而其主要的工作原理和优势是在日常采煤的工作中，其破煤、装卸煤炭、运输、支撑和保护以及采空区域的后续养护等相关工作，均使用智能无人化管理模式，而人工仅仅需要在地面距离煤矿一定距离的室内进行远程操控即可。无人采煤工作面技术致使煤炭资源在生产和开采过程中，采煤工作现场并无人员，降低了安全事故的发生概率，对于我国煤炭开采技术的提高具有重大意义。（1）提升采煤的安全性。在煤炭开采技术应用过程中，安全性是智能无人采煤技术中，相对比较突出的工作优势，煤矿部门依靠无人开采机械设备和自动化控制系统，极大地提升了开采效率和质量，并且在人力资源方面，减少了煤炭开采安全事故的发生概率，在煤炭工作中，创造了更多的技术可能性和施工范围，减少了煤炭开采过程中，资源和经济的损失。（2）实现信息化技术开采模式。在运用无人采煤工作面时，技术人员有效的将信息科学技术与机械控制系统相结合，并且应用到煤矿的开采流程中，极大地提高了煤矿开采的实际效率和质量。同时，煤炭开采过程中加入信息化技术，可以避免环境相关因素成为目前的干扰问题，致使煤炭开采工作得以高效、稳定地进行。

2.2无人采煤工作面发展约束

目前，对无人采煤工作面开采技术的组要约束条件是煤层自身的复杂性，由于我国大部分煤矿层以及土壤条件极其复杂多变，其中断裂岩层、煤层褶皱、火成岩等相关现象十分严重，为煤炭采集自动化以及智能化带来了严峻地挑战。

3采煤工作面开采关键技术分析

3.1煤炭机械定位技术

在进行煤炭开采时，综合采集工作面的主要流程是由双滚筒式采煤设备、自动移动式液态压力支架以及可弯曲刮板运输设备进行实现和完成。在日常的煤炭开采过程中，为了方便维护煤炭开采现场的顶板结构安全和稳定性，其液态压力支架大多数采用的是及时支撑维护的方式，其中进行煤炭采集过程中，采煤设备首先需要进行割煤操作，随后使用采煤设备以及8～12台移动模式的支架，再次滞留后，将8～12台移动模式的支架推移至移动刮板运输设备中。而为了有效地实现割煤、移动支架、推动运输设备等操作方式的智能化，采煤设备应该及时并且准确地将现场需要采集的区域进行定位，只有这样，操作才能致使采煤工作顺利开展。而现阶段，我国现有的采煤设备定位方式主要有电磁感应开关系统、超声波数据探测系统以及红外线探测系统等。而这些技术虽然在小范围内的综合采矿工作进行实验和测试，但仍然需要进一步实验和数据验证。

3.2煤炭岩层分辨技术

煤炭与岩石自身的相关硬度系数差别较大，如果使用煤炭采集设备切割岩石，会损坏大量的设备截齿，甚至会导致滚筒结构受到破坏而更换，而在实际的采煤工作中，要想完整地将整个煤炭层取出，就需要设备结构中摇臂的调节进行实现。所以，采煤设备进行割煤的过程中，煤炭与岩石额分辨系统应该与结构中滚筒摇臂进行紧密的结合，实现有效开采。

3.3抗干扰技术

对于无人采煤工作面开采技术来说，有效的通信系统是实现智能化无人工作面的重要保障，而通信系统结构中，可以通过发出与接受相关信号，实现针对综合采煤设备的准确控制，其中，综合采煤控制系统的重点结构主要由三机配套系统、设备控制端头以及超前支撑保护段控制系统组成。

3.4设备监控诊断技术

由于采煤工作中，实际的作业面所面对的采煤环境十分复杂，设备极易出现各种异常问题和情况，所以技术人员在进行煤炭开采过程中，应该针对设备运行的实际状态和煤炭开采环境，布置和设置设备应用参数的监控。比如，设备油液的实际位置、设备油液的实际温度、截齿自身的磨损程度、煤炭设备整体倾斜角度以及传输设备弯曲角度等。

3.5地质判断处理技术

我国煤炭井下的地质结构复杂性处于世界的首位，而在实际的煤炭开采过程中，要想真正实现无人化状态的综合开采面，就必须要求煤炭开采设备结构中，具备强大的地质构造识别系统，并且通过了解地质的主要构造，比如，地质断层参数等，检测到相关的断层数据参数，并且在系统结构中快速并且准确地分析出解决地质断层的技术方法。

4结语

煤矿智能无人采煤工作面技术，全面打破了传统煤炭开采技术的限制和约束，但是，面对科技和社会的快速发展，仍然存在着许多技术、安全性的问题需要进一步探索和解决，只有不断地进行技术突破，建立更加完善、明确的技术体系，才能使煤炭开采工作发挥出自身更大的资源和经济价值。

参考文献：

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[2]宫平,文秀龙,赵鹏飞.煤矿智能无人采煤工作面开采关键技术分析[J].南方农机,2019,050(008):160-160.

[3]方志刚.煤矿综采工作面无人化开采技术[J].中国石油和化工标准与质量,2019,039(019):213-214.

作者：郭朋 单位：超内蒙古平庄煤业（集团）有限责任公司红庙煤矿