煤矿无人工作面开采技术研究建议

2018-02-06苏文光朱润生

智能城市 2018年6期

苏文光朱润生

山西大同大学，山西大同 037003

虽然我国煤炭资源总量大，分布广泛，但随着我国工业化进程的推进，重工业的大力发展已经消耗了大量的煤炭资源。除此以外，我国幅员辽阔，地理构造呈现多样化的特点，煤炭的储存条件复杂，开发难度大。无人工作面开采技术的应用能够有效缓解现阶段我国煤炭开采过程中遇到的问题。煤矿无人工作面开采涉及的方面非常多，工序十分复杂，经过相关人员的不懈努力，我国的煤矿无人工作面开采技术日趋成熟并越来越多的投入到应用之中。

1 传统煤矿开采技术中的常见问题

1.1 严重破坏水资源

在自然条件下，煤炭资源与水资源共存于一个地质体中，有着各自的变化规律并在自然环境中独立的发挥作用。但在煤炭的实际开采过程中，经常会出现因开采而引起的漏斗式降落，地下水的水流速度会加快，地下水位也会明显下降，这种情况的存在破坏了水资源自身的生态平衡。众所周知，我国的淡水资源极为紧缺，煤炭开采所造成的水资源的污染和破坏问题势必会加重我国的淡水资源供应压力，不利于经济社会的可持续发展。

1.2 严重破坏土地资源

现阶段，采用传统开采技术开采的煤炭产量仍然占有相当大的比例，即使是国家重点煤矿的开采也多以长臂式开采等传统开采方法为主。这种传统的开采方法会产生极大范围的地表植物的破坏，并且能够引起地表塌陷。地表的塌陷不仅会造成水土流失和土地荒漠化，还有可能诱发滑坡、泥石流等自然灾害，对地表植被及土地资源造成难以恢复的破坏。与此同时，因开采而形成的采空区还会对地表建筑物产生非常大的影响。因为地下被采空之后，地下的岩层、土层会发生流动、崩塌的现象，建筑物地基的稳定性遭到了严重破坏，地基沉降和受力会发生非常大的改变，大大降低了建筑物的安全性[1]。

1.3 瓦斯处理系统不完善，安全性差

安全是企业生产经营顺利进行的重要保障，尤其在煤矿开采过程中尤为重要。但受传统煤矿开采技术的限制，部分煤矿企业片面的追求经济效益，不重视企业的安全问题。而因为安全工作落实不到位而出现的安全事故在煤矿开采企业中频繁发生。安全事故的发生不仅降低了企业的生产经营效益，而且大大损害了煤矿工人的生命安全，不利于企业的长远发展。在煤炭的开采过程中涉及到非常多的技术，其中，瓦斯处理系统是煤炭开采过程中不可小觑的一项技术。因为瓦斯处理系统不仅会在使用过程中对环境造成较大的污染，而且因为瓦斯属于易燃物，存在较大的安全隐患，所以，瓦斯处理系统的完善与否具有非常重要的意义。如果瓦斯处理系统不完善就有可能引发灾害或事故的发生，影响到企业的安全生产。

2 煤矿无人工作面开采技术的概念及特点

在工业化快速发展的大背景下，很多国家对煤炭开采技术的研究日益深入，尤其是在科技水平飞速提高的今天，无人工作面开采技术也逐步应用到煤矿企业的日常生产中。煤矿无人工作面开采技术主要是指在工作面安全系统的基础上，采用有线或无线的方式传递监测信息，控制相关生产设备[2]。通常情况下，煤矿无人工作面开采技术主要包括自主定位导航技术、煤岩识别技术、自动监测技术等[2]。煤矿无人工作面开采技术的应用不仅能够实现机器设备的自动化生产过程，而且可以有效优化作业程序，进而促进煤炭生产智能化、无人化目标的实现。

2.1 煤层开采范围广

传统煤矿开采技术条件下煤层开采的范围非常窄，而无人工作面开采技术的应用恰恰弥补了这一缺陷。无人工作面开展技术能够有效的深入到各个煤层，如薄煤层、中厚煤层、厚煤层、特厚煤。而且不同煤层的开采技术和开采难度的要求是不同的；薄煤层的开采最为容易，只需要通过无人自动化刨煤机就可以完成；中厚煤层可以采用一次性无人开采技术；特厚煤层的开采难度较大，需要采用无人放顶煤开采。

2.2 安全性高

受传统煤矿开采技术的限制，煤矿开采设备较为落后，基础设施不完善，存在较大的安全隐患，安全问题频发，其中瓦斯爆炸是最常出现的问题之一，严重威胁到煤矿工人的生命安全。而无人工作面开采技术的应用能够提前释放大量的瓦斯，降低瓦斯浓度，从而降低爆炸发生的可能性。并且，无人工作面开采技术在应用的过程中往往采用远程控制的方式，不需要工作人员现场近距离操作，这就大大提高了煤矿开采的安全性。

2.3 技术先进，自动化水平高

无人工作面开采技术在摒弃传统煤矿开采技术的缺点、保留传统开采技术的基础上，融入了大量现代科技元素，更多地采用智能化操作，因而，技术先进、自动化水平高。

3 煤矿无人工作面开采的关键技术

3.1 煤岩自动识别技术

煤岩自动识别技术主要是指通过特定视觉技术的运用对煤岩的构造进行自动分析和识别，从而将煤与岩区分开来的技术。在科技发展的推动之下，现阶段的煤岩自动识别技术的水平已经得到了非常大的提升。煤岩自动识别技术包括记忆程序控制系统和振动频谱传感系统，通过对噪声技术、超声波技术、雷达探测技术等技术的综合运用，实现煤岩的自动识别[3]。但其不足之处在于雷达探测技术现阶段还不能识别复杂的煤岩情况，因而，提高煤岩传感器的分辨率迫在眉睫。为了充分发挥雷达探测技术在煤矿无人工作面开采中的作用，应切实提高记忆程控煤岩识别系统的整体质量。

3.2 采煤机自动定位技术

作为无人工作面开采的前提，自动定位技术的应用能够有效的提高煤矿开采的技术水平。但现阶段，我国在这方面的技术仍然比较落后，尚未取得明显的突破。为了解决这一问题，我们必须不断努力研发出适合我国国情的定位系统。采煤机自动定位技术具体包括以下几个方面：①构建动力模型。采煤机工作环境的复杂性使得采煤机的运动非常容易受到采煤路线、煤岩性质等因素的影响，在这些因素的影响之下，采煤机的运动状态极易发生改变。这种情况下，要想准确的把握采煤机的速度、位置等运动状态就会变得更为复杂。因而，构建采煤机的动力模型，模拟各种因素对采煤机运动状态的影响，确定采煤机的运动状态已经成为自主定位系统的关键技术。②计算数据。在构建好采煤机的动力模型之后，必须要以大量的数据作为支撑才能够进行模型的分析工作。所以，加强对高效的数据处理办法的研究，解决计算精度等问题是不可获取的重要步骤。③构建航模推算误差补偿模型。在工作环境的影响之下，惯性传感器会产生一定的误差，而惯性传感器的误差会影响到航模推算系统的精度。所以，必须通过先进的理论与方法对目标位置进行最优估计，最大限度的降低传感器误差对位置状态的影响，从而有效提高航模推算系统的定位精度。④导航系统。目前，煤矿无人工作面开采导航系统已经可以通过高精度的电子地图来实现其基本功能。在具体操作过程中，必须确保采煤机处于预定的轨道中，并且轨道数据已知，不断优化、调整采煤机的实际运动状况，从而确保采煤机处于正确的路线中。

3.3 数据库技术

因为数据库技术具有强大的数据处理功能，能够有效减少使用者的麻烦，所以，数据库技术的应用几乎涵盖了所有的领域，并且已经成为煤矿无人工作面开采技术研究中必不可少的一项技术。将数据库技术的相关理论与无人工作面开采的具体过程结合起来，建立相关的数据库，加工、处理收集到的数据。数据库技术能够为我们查询、分析数据提供便利的条件。