煤矿无人工作面开采技术分析

王小东 刘祥子 程学红

摘 要：煤矿无人化开采技术是指在工作面安全系统支持下，借助无线或有线方式，远程控制井下工作面的生产设备，从而实现煤矿开采。该技术是世界煤炭开采技术发展的主流方向，有效契合了当前我国煤炭行业安全、高效生产的迫切需求。现在，我国在此技术研究方面，已走在世界前列。煤矿无人工作面开采技术现已被广泛应用到煤矿开采实践中，并取得了一定的效果。

关键词：煤矿无人工作；开采技术；具体应用分析

1传统煤矿开采技术的局限性

1.1缺乏安全措施导致事故频发

进入21世纪以来，中国工业化脚步加快，煤炭的需求量也日益增加，中国已经成为煤炭需求大国。煤炭开采量不断增多的同时带来了一系列安全问题，传统煤矿开采技术利用了较为简单的开采工具，主要依靠人力进行井下工作，一些地区瓦斯监测装备检测水平较低，特别是到了较深的开采区域更是缺少安全防护装备，导致中国煤矿企业事故频发，严重危害人民的生命财产安全，所以，继续使用传统煤矿开采技术在一定程度上是对生命的不负责任。

1.2资源利用率低浪费现象普遍存在

中国有关部门对部分煤矿企业的资源回收率进行了调查，调查结果显示，目前中国煤炭企业的平均资源回收率大概是40%，稍微差一点的小煤矿的资源回收率仅仅是15%左右，跟欧美发达国家相比还有很大差距。资源回收率低的主要影响就是造成了资源浪费，使大量资源得不到充分利用。此外，中国煤矿企业常常不把煤炭资源当作是需要节约的重要资源，一些小煤矿随意开采煤矿井，不仅对环境造成危害，还浪费了大量煤炭资源。

1.3煤矿开采技术整体落后

现代社会企业随着工业化的进步已经基本实现了机械化生产，煤矿开采技术也发生了很大改善，机械化程度越来越深入。但是跟发达国家相比，中国煤矿开采技术总体上还处于比较落后的状态，许多煤矿生产线上仍然使用着一些比较老旧的开采机器，生产成本较高，生产效率低下。受到资源条件的限制，生产机器在工作时得不到维护，容易发生故障，影响开采任务的完成。

2煤矿无人工作面开采技术特点分析

2.1能较好地适用各种煤层开采

煤层有薄、中厚、厚及特厚之分，无人工作面开采技术可以适用于任何一种煤层，应用范围非常广泛。例如，开采薄煤层时，可利用无人自动化刨煤机进行开采；开采中厚和厚煤层时，可利用一次采全高无人化进行开采；开采特厚煤层时，可利用无人放顶煤进行开采。

2.2安全指数高

煤矿无人工作面开采技术通过控制关键生产设备，实现了工作面生产作业流程的自动化、无人化，具有开采安全性高的显著特点，可以最大程度地降低煤炭开采事故。

2.3开采技术水平先进

该项技术汲取了传统开采技术的优点，弥补了其不足，同时，还融汇了国际上先进的工业生产技术，可以完成高瓦斯煤层瓦斯的预先释放，利用自动控制技术以及新型开采设备，还能实现智能化煤矿开采，减少了人力采矿中出现的各种问题，使得煤矿开采效率得到极大提高，开采方式得到极大创新。

2.4实现了科学采矿

煤矿无人工作面开采技术可实时监控煤矿开采工作，提前预警灾害与事故，基本能实现科学采矿，将煤矿开采安全事故降至最低甚至是零，能有效保障煤矿工人的人身安全和企业生产效益。

3煤矿无人工作面开采技术

3.1煤岩自动识别技术

该识别技术依赖于识别系统，识别系统中有很多子系统，都是和煤岩勘测识别有关的，比如记忆程序控制系统，振动频谱传感系统等，这些系统会对以往煤岩的特征信息进行记录，在系统识别过程中，一旦出现与此信息符合的，就可以对该处的煤岩进行识别断定。此外，该系统还会利用声学以及光学或雷达方面的原理来保证识别效果。在现有技术限制下，应用在煤岩自动识别中的系统大多为传感器系统和记忆程序控制系统，研究方向也是以提高这两个系统的功能和精度为主。一旦系统智能化越来越高，后面的雷达技术以及红外线技术等才会在煤岩识别中发挥用武之地。

3.2采煤机自主定位技术

采煤机自主定位技术的存在会使设备在煤层寻找以及开挖位置定位中起到不可或缺的作用，如果定位的准确度能得到保证，采煤机的生产效率也会体现出来。该技术也是依赖于相关的定位系统，该系统在精心设计时，要着重考虑以下几方面，其一采煤机动力模型的构建，要按照采煤环境以及采煤机工作的实际状况，对采煤机的各项性能指标以及参数进行优化设计，采煤机动力模型中就包含这些信息。其二对设计数据进行精确计算，模型构建以及模型试验分析都是基于设计数据，这些数据来自各方面，在计算的过程中要考虑计算时间以及坐标转换等方面，总之要保证这些设计数据能为系统优化设计提供参考价值。其三对航位推算误差补偿模型进行构建，推算误差出现在航位推算系统中，会对采煤机的定位准确性产生影响，这种误差是因为定位系统中的传感器产生的，所以在建模的过程中，还要从传感器方面入手，对不同工作环境中的累计误差进行减少。其四航位推算系统中遇到的灰尘杂质、水体渗漏以及瓦斯爆炸问题都要被提前解决。其五对矿井导航系统进行研究。这依赖于定位系统，也需要借助关于矿井内部各种构造的电子地图，只有这两者齐全，采煤机在采矿中才会有方向感，进度不会受到影响。

3.3矿井上下双向高速通讯技术

操作人员在井上进行系统操作的过程，就是不断接收井下开采系统工作信号的过程，以此来完成对井下各种设备工作状态的控制。信号在井上下进行传输，还要借助双向高速通讯技术，这种技术可使井上操作人员的操作要求及时传递到各种设备指令接收系统中，井下设备在执行指令时，也会将工作状态的相关信号及时传递到操作人员面前。该技术在信息传递速度上的优势，使无人工作面信息反馈在煤矿开采中起到重要作用。

3.4采矿工艺智能化技术

这种技术主要针对整个开采过程，对作业工序进行监控，对设备的运行状況进行监管，对设备进行维护，对工作面的开采状态进行保持，一旦超出标准范围，该技术还能对超标对象进行修整。

3.5工作面组件式软件与模型技术

这些软件和模型技术的存在，使煤矿环境的安全系数升高，毕竟在煤矿环境安全性监测中，会利用到综合这些技术的平台，使瓦斯爆炸等事故能被及时预测出来。当然在该平台中，不同的技术对应着不同功能和不同的系统。

3.6多传感器技术

在无人工作面开采系统操作的过程中，需要大量数据信息，不仅包括设备运行方面的、煤矿定位开采方面的，还有关于工作面处安全隐患方面的，这些信息要保证齐全完整、准确及时，才能为相关系统执行相关指令提供参考价值，如此煤矿的开采安全系数和开采效率才会得到保证。在这其中，多传感器以及相关技术的存在功不可没，其对各种信息进行了感应，并将其传递给相关人员。

3.7数据库技术

在多传感器以及其他系统收集了海量信息后，还要使这些数据得到有效保存，以便后期使用。所以还要建立专门的数据库，利用数据库技术对信息进行查询和分析。

综上所述，煤矿无人工作面开采技术优势明显，为保证其开采工作效果，提高其应用效果，在具体实践中，必须要针对其关键技术进行研究，以进一步提高煤炭资源回收率和开采效率，确保煤矿开采安全，尽快实现“数字矿山”。

参考文献

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（作者单位：鄂尔多斯市天地华泰采矿工程技术管理股份有限公司）