煤礦智能無人采煤工作面開采技術分析

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摘要：對于煤炭開采系統(tǒng)來說，智能無人采煤工作面是一項綜合性較強的系統(tǒng)技術，并且隨著煤炭事業(yè)的快速發(fā)展，其煤炭安全結構問題以及可持續(xù)開發(fā)問題逐漸受到人們的關注和重視，全面推動了智能無人采煤工作面的全面開展。本文首先闡述了采煤工作面的發(fā)展現(xiàn)狀，并且根據(jù)無人采煤工作面發(fā)展條件總結出采煤工作面開采關鍵技術分析。

關鍵詞：智能無人采煤工作面；自燃問題；開采模式；煤炭機械

由于煤炭開采過程中，有可能產生的危險因素較多，其中頂板災害發(fā)生的概論較多，并且隨著支撐保護技術的運用逐漸成熟，頂板災害在一定程度上得意緩解，但是，在實際的煤炭采集過程中，仍然出現(xiàn)了許多安全性問題。

1采煤工作面的發(fā)展現(xiàn)狀

1.1自燃問題

在煤礦采集過程中，煤礦通過接觸氧氣發(fā)生氧化，產生熱量，加上硫元素、磷元素、硫化鐵元素自身具備一定的水作用，更加引發(fā)其產生發(fā)熱自燃現(xiàn)象。同時，煤炭表面一旦收到氧化作用后便產生氧化熱量現(xiàn)象，一旦采煤現(xiàn)象通風不良，所產生的熱量不易散發(fā)，那么，采礦現(xiàn)場的整體溫度就會慢慢上升，致使煤礦的氧化作用也就快速加劇，如此長期以往，達到一定溫度后，煤炭極有可能產生自燃現(xiàn)象，引發(fā)火災。面對此類問題，技術人員應該針對采煤現(xiàn)場的環(huán)境因素進行探討，比如，地質結構、采煤技術、生產流程、設備管理等因素，均會對采煤工作面的整體長度形成一定制約條件。

1.2頂板問題

在煤礦采集現(xiàn)場，頂板事故發(fā)生的概率較大，通常按照按冒頂范圍的大小可分為：局部冒頂問題以及壓垮型大面積冒頂問題。在礦山局部強大壓力的作用下，由于山體局部產生空幫、空頂或支撐保護不當、不及時造成煤炭、巖石局部垮落的事故叫局部冒頂。而產生大面積冒頂?shù)脑蚴且虻V山自身結構的壓力過大，其主要因素是由于直接頂或老頂產生高強度壓力時，由于支撐體系整體密度不夠，或者頂板沉降不均衡而造成的支撐支架斷裂、垮塌現(xiàn)象，致使采集、挖掘以及維護的相關工作大面積垮落的事故，被稱為壓垮型大面積冒頂。

1.3爆炸問題

在煤礦采集過程中，根據(jù)瓦斯爆炸現(xiàn)象的本質而言，主要由于當適量濃度的瓦斯與空氣中的氧氣進行充分接觸，如果氧氣內部溫度較高，會產生劇烈的爆炸現(xiàn)象。而煤炭粉塵產生爆炸，其內部結構中必須具備三個條件：煤塵本身具有一定的爆炸性；煤塵長期在空中處于懸浮狀態(tài)，在環(huán)境結構中達到一定濃度；周邊存在高度熱量源頭。

1.4水資源泄漏問題

除了以上問題可以引起煤礦危險，水資源的泄漏也同樣需要開采人員的注意，其中，引起礦井水災的關鍵性決定因素有水源、水流通道、水流聚集地聚集以及通道自身排水條件等。加上煤礦在開采過程中，所接觸到的水源有地表水源和地下水源兩種形式。其中，地表水源主要指的是河流、湖泊、水庫等；而地下水源則是指地下層間水源、土質構造裂隙水源、溶洞內部結構水源、老窯積水等。而涌水通道指的是土層內部產生構造性斷裂帶、土層陷落柱及土質結構裂隙、封閉性不佳的導水鉆孔等問題。

1.5施工健康問題

由于在煤礦的開采、挖掘以及運輸?shù)壬a工藝過程中，會產生大量煤炭粉塵，其顆粒的主要直徑均小于1毫米。而當煤炭粉塵的顆粒直徑小于5μm的時候，被稱為呼吸性粉塵。煤塵在開采過程中除了自身具有一定爆炸危害性能以外，對人體健康具有很大危害。煤炭粉塵中含有大量的SiO2元素，尤其是呼吸性粉塵，可以直接致使人體呼吸道產生炎癥。嚴重甚至導致塵肺病的危害。

2無人采煤工作面發(fā)展條件

2.1無人采煤工作面發(fā)展優(yōu)勢

由于在實際的采煤工作中，經常出現(xiàn)爆炸、地熱以及人員健康的相關危險，致使才開工作人員的生命健康無法得到良好的保障。為此我國引進和研發(fā)無人采煤工作面相關技術，而其主要的工作原理和優(yōu)勢是在日常采煤的工作中，其破煤、裝卸煤炭、運輸、支撐和保護以及采空區(qū)域的后續(xù)養(yǎng)護等相關工作，均使用智能無人化管理模式，而人工僅僅需要在地面距離煤礦一定距離的室內進行遠程操控即可。無人采煤工作面技術致使煤炭資源在生產和開采過程中，采煤工作現(xiàn)場并無人員，降低了安全事故的發(fā)生概率，對于我國煤炭開采技術的提高具有重大意義。（1）提升采煤的安全性。在煤炭開采技術應用過程中，安全性是智能無人采煤技術中，相對比較突出的工作優(yōu)勢，煤礦部門依靠無人開采機械設備和自動化控制系統(tǒng)，極大地提升了開采效率和質量，并且在人力資源方面，減少了煤炭開采安全事故的發(fā)生概率，在煤炭工作中，創(chuàng)造了更多的技術可能性和施工范圍，減少了煤炭開采過程中，資源和經濟的損失。（2）實現(xiàn)信息化技術開采模式。在運用無人采煤工作面時，技術人員有效的將信息科學技術與機械控制系統(tǒng)相結合，并且應用到煤礦的開采流程中，極大地提高了煤礦開采的實際效率和質量。同時，煤炭開采過程中加入信息化技術，可以避免環(huán)境相關因素成為目前的干擾問題，致使煤炭開采工作得以高效、穩(wěn)定地進行。

2.2無人采煤工作面發(fā)展約束

目前，對無人采煤工作面開采技術的組要約束條件是煤層自身的復雜性，由于我國大部分煤礦層以及土壤條件極其復雜多變，其中斷裂巖層、煤層褶皺、火成巖等相關現(xiàn)象十分嚴重，為煤炭采集自動化以及智能化帶來了嚴峻地挑戰(zhàn)。

3采煤工作面開采關鍵技術分析

3.1煤炭機械定位技術

在進行煤炭開采時，綜合采集工作面的主要流程是由雙滾筒式采煤設備、自動移動式液態(tài)壓力支架以及可彎曲刮板運輸設備進行實現(xiàn)和完成。在日常的煤炭開采過程中，為了方便維護煤炭開采現(xiàn)場的頂板結構安全和穩(wěn)定性，其液態(tài)壓力支架大多數(shù)采用的是及時支撐維護的方式，其中進行煤炭采集過程中，采煤設備首先需要進行割煤操作，隨后使用采煤設備以及8～12臺移動模式的支架，再次滯留后，將8～12臺移動模式的支架推移至移動刮板運輸設備中。而為了有效地實現(xiàn)割煤、移動支架、推動運輸設備等操作方式的智能化，采煤設備應該及時并且準確地將現(xiàn)場需要采集的區(qū)域進行定位，只有這樣，操作才能致使采煤工作順利開展。而現(xiàn)階段，我國現(xiàn)有的采煤設備定位方式主要有電磁感應開關系統(tǒng)、超聲波數(shù)據(jù)探測系統(tǒng)以及紅外線探測系統(tǒng)等。而這些技術雖然在小范圍內的綜合采礦工作進行實驗和測試，但仍然需要進一步實驗和數(shù)據(jù)驗證。

3.2煤炭巖層分辨技術

煤炭與巖石自身的相關硬度系數(shù)差別較大，如果使用煤炭采集設備切割巖石，會損壞大量的設備截齒，甚至會導致滾筒結構受到破壞而更換，而在實際的采煤工作中，要想完整地將整個煤炭層取出，就需要設備結構中搖臂的調節(jié)進行實現(xiàn)。所以，采煤設備進行割煤的過程中，煤炭與巖石額分辨系統(tǒng)應該與結構中滾筒搖臂進行緊密的結合，實現(xiàn)有效開采。

3.3抗干擾技術

對于無人采煤工作面開采技術來說，有效的通信系統(tǒng)是實現(xiàn)智能化無人工作面的重要保障，而通信系統(tǒng)結構中，可以通過發(fā)出與接受相關信號，實現(xiàn)針對綜合采煤設備的準確控制，其中，綜合采煤控制系統(tǒng)的重點結構主要由三機配套系統(tǒng)、設備控制端頭以及超前支撐保護段控制系統(tǒng)組成。

3.4設備監(jiān)控診斷技術

由于采煤工作中，實際的作業(yè)面所面對的采煤環(huán)境十分復雜，設備極易出現(xiàn)各種異常問題和情況，所以技術人員在進行煤炭開采過程中，應該針對設備運行的實際狀態(tài)和煤炭開采環(huán)境，布置和設置設備應用參數(shù)的監(jiān)控。比如，設備油液的實際位置、設備油液的實際溫度、截齒自身的磨損程度、煤炭設備整體傾斜角度以及傳輸設備彎曲角度等。

3.5地質判斷處理技術

我國煤炭井下的地質結構復雜性處于世界的首位，而在實際的煤炭開采過程中，要想真正實現(xiàn)無人化狀態(tài)的綜合開采面，就必須要求煤炭開采設備結構中，具備強大的地質構造識別系統(tǒng)，并且通過了解地質的主要構造，比如，地質斷層參數(shù)等，檢測到相關的斷層數(shù)據(jù)參數(shù)，并且在系統(tǒng)結構中快速并且準確地分析出解決地質斷層的技術方法。

4結語

煤礦智能無人采煤工作面技術，全面打破了傳統(tǒng)煤炭開采技術的限制和約束，但是，面對科技和社會的快速發(fā)展，仍然存在著許多技術、安全性的問題需要進一步探索和解決，只有不斷地進行技術突破，建立更加完善、明確的技術體系，才能使煤炭開采工作發(fā)揮出自身更大的資源和經濟價值。

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作者：郭朋 單位：超內蒙古平莊煤業(yè)（集團）有限責任公司紅廟煤礦