煤矿综采无人化开采技术分析

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摘要：煤矿作业环境相对比较恶劣，危险性较高，其中以综采工作面的安全风险最高，是影响煤矿安全生产的关键因素之一。近年来，我国在无人化开采技术发面取得了重大突破，无人化开采技术逐渐发展成熟，已经在煤矿综采工作面投入使用，并取得了良好的效果，有效控制了安全风险，充分保障了综采面作业人员的安全。本文某煤矿为例，对煤矿综采工作面无人化开采技术优势进行分析，重点研究煤矿综采工作面无人化开采技术的实现路径。

关键词：煤矿；实现路径；综采工作面；无人化开采技术

1项目概况

某煤矿为提升生产效率、保障生产安全，首次尝试无人化开采技术，在综采面安装了无人化开采设备，通过自动化控制与远程操作两种方式实现无人化作业。采煤机控制以记忆切割为主，辅以远程干预；液压支架以自动化控制为主，辅以远程干预；设备监测以数据监测为主，辅以视频监测，全面实现综采面无人化作业。项目控制系统采用的SAC电液控制系统、SAM自动化集成控制系统以及SAP集成供液控制系统，此外，还配置了KTC101通讯系统，采煤机选用的是MG2×200-AMD；液压支架采用的是ZY6800；转载机采用的是SZZ800。

2煤矿综采面无人化开采技术的优势分析

在煤矿生产作业过程中，安全问题一直是重点，一旦发生事故，不仅会影响煤矿正常生产，还可能造成人员伤亡，影响极为恶劣。在煤矿综采作业面作业过程中，以往主要是依靠人力完成大部分工作，在开采作业过程中，作业人员的安全问题受到多方面因素的影响，包括环境因素、技术因素、设备因素以及人为因素等，整个作业过程风险性比较高。煤矿综采面无人化开采技术的优势在于可以实现智能化、自动化、无人化作业，不仅可以最大限度减少作业人员的工作量，同时也能降低作业过程中人为因素的影响，确保开采作业安全。煤矿综采工作面无人化技术是煤矿开采领域的重大进步，无论是从安全、成本还是效率方面考量，无人化开采技术都具有明显优势。

3煤矿综采工作面无人化开采技术的实现路径

3.1无线通信网络

当前，煤矿综采作业面通信网络主要存在可靠性差以及传输效率偏低等问题，电缆载波传输方式传输速度慢、传输的数据量较小，难以满足信息实时化需求；光缆传输虽然传输的实时性以及信息量符合需求，但在使用寿命、信号穿透性、抗干扰因素以及建设成本方面光缆传输不具备明显优势，难以满足煤矿无人化生产的要求。上述几种传输方式都存在一定的缺陷，因此，必须要研究一种可以满足无人化开采实时性、可靠性需求的通信网络，以当下的技术手段而言，有两种新型无线通信网络可以选择，考虑的到本项目的实际情况，最终选择的是Wireless网络。Wireless网络具备自动化管理、自动化组网、自动化平衡以及自动化修复的特征，最高传输带宽可达到50Mbit/s以上，并且Mseh网还可以接入工业以太网，和煤矿主干网络共同构成完成的系统。二是Li-Fi（LihgtFidelity）网络，这是新型无线连接技术，依靠可见光谱完成数据传输，需要在照明设备上设置微型芯片，使其兼具照明以及信息传输的双重功能，而煤矿综采作业面本身对于照明的需求较高，基本上3台左右的支架就需要配备1台照明设备，因此，在进行网络部署时更为方便、快捷。

3.2数据标准化处理技术

在传统作业模式下，煤矿综采面作业系统相互独立，关联度较低，作业信号首先传输至系统主机，然后在不同系统主机之间交换数据信息，通常数据交换主要是以OPC、RS485、TCP/IP以及现场总线等形式完成，这种模式的缺陷在于数据传输的中转环节过多，系统兼容性极差，若采用的是不同厂家的设备，则相互之间还存在技术保护，会影响正常使用。考虑到煤矿综采作业面无人化开采技术的应用，使用的相关设备必须要符合EtherNet/IP通信协议的规定，所有配套设备都必须具备统一接口。在此基础上，系统就可以根据不同作业任务需求定义通信需求，将通信任务划分为参数配置、远程操作控制以及远程监测等，并搭建不同对象模型，完成通信任务，对于传输实时性要求的可以采用UPD/IP协议1类传输连接，其余数据则采用TCP/IP协议3类传输连接。通过对数据进行分级，不仅可以明确处理的优先级，对于保障系统安全、高效运行以及提升数据处理效率也具有重要作用。

3.3支架跟机自动化技术

煤矿采用的支架跟机自动化技术主要的缺陷是顶板控制能力不足、支架拉架不及时以及顶板破碎的情况下难以完成自动化操作等问题。支架难以实现追机甚至是超前拉机，其主要是考虑到安全方面的问题，采煤机身区域属于操作人员主动活动区域，此区域内的支架需要保持静止状态。然而这种设计会导致支架拉架动作滞后，若顶板条件相对较好，则可以正常运行；若顶板条件较差，采煤机身会形成长距离的空顶，如果不及时进行支护，则很容易出现顶板冒落的情况。基于上述问题，考虑到无人化开采技术的现实需求，可以采用伸缩性顶梁支架，采用伸缩顶梁支架，采煤机顶滚筒过后支架先伸出伸缩顶梁控制顶板，再按要求完成支架拉架、推溜等动作；同时采用可双向传输的遥控器，采煤机通过遥控器实时掌握采煤机运行状态，不需要再观察采煤机的显示屏，这样就可以缩小操作人员的活动区域，这样支架就可以实现追机甚至是超前拉机，支架拉架动作滞后的问题就可以得以有效解决。此外，对支架控制系统程序需要进行调整优化，强化其监测功能，从而实现对系统运行状态的实时监测。

3.4自适应割煤技术

要实现煤矿综采作业面的无人化开采，采煤机必须要具备自适应功能，可以对开采过程中可能出现的各种情况及时作出精准的判断，并根据情况进行优化调整。采煤机自适应功能最为关键的是模糊判断以及趋势控制，在实际作业过程中，割煤与割岩存在明显不同，最为直观的区别的就是能见度明显存在差距，对割煤或者割岩时的能见度进行检测，以明确煤岩的分界参数。而传感器传输的作业面粉尘浓度信息可以准确判断采煤机当前是割顶或割底，进而有针对性的调整滚筒的高度，注意控制调整幅度，不宜过大，否则可能会导致顶板过度出现问题。

3.5综采面监控技术

在综采面构建开放性的工业控制网络，将设备信息传输至顺槽监控中心，为设备控制决策提供依据；综采面每6个支架配置1台摄像仪，以实时监控综采面作业情况以及设备运行情况；在顺槽列车上设置井下中控室，负责监控综采面无人化作业，值班人员仅需要在监控中心值班即可。

4效益分析

4.1经济效益方面

煤矿综采面采用无人化开采设备后，综采面作业人员明显减少，原来需要9个工作人员完成的工作，现在只需要1名值班工作人员即可，同时工作强度也显著降低，仅此一项每年可以为煤矿节约人力资源成本超过500万元。无人化生产最大的优势不仅仅体现在作业效率的上升以及生产成本的下降上，更为关键的是这为煤矿发展提供了一条具有实践意义的道路，积累了丰富的无人化开采作业经验，从长远发展的角度来看，对于煤矿的发展具有极大的积极意义。

4.2社会效益方面

第一，无人化开采设备的应用使得工人从高风险的工作面采场转移到了比较安全的顺槽监控中心来，这样巨大地保障了矿工的人身安全，降低了煤矿采掘的风险性。第二，我国国产成套无人化开采装备的投入应用，开创了我国无人化开采的先河，成熟的技术可以完全替代进口设备，这对我国综采工作面开采尤其是针对一些薄煤层工作面的开采具有重要意义。第三，无人化开采技术的应用原有的采掘工人从体力劳动转变为巡检工，这样极大地降低了工人的劳动强度，同时也为工人创造了良好的工作环境。第四，无人化开采技术的应用有效提升了煤矿原煤开采率及煤炭资源的回收率，起到了节能减排的功效。

5结语

综上所述，煤矿综采面无人化开采是煤矿发展的必然趋势，无人化开采技术虽然目前尚存在一定的限制性条件，但是未来必然会广泛使用。需要注意的是，无人化开采技术必须要依赖于各种先进技术手段，这样才能真正实现无人化开采，推动煤矿发展。

参考文献

[1]张良,李首滨,黄曾华,王旭鸣.煤矿综采工作面无人化开采的内涵与实现[J].煤炭科学技术,2014,42(09):26-29+51.

[2]索智文.煤矿综采工作面无人化开采技术研究[J].工矿自动化,2017,43(01):22-26.

作者：赵刚 单位：晋能控股煤业集团四老沟矿