摘要：随着煤炭开采由浅向深，开采高地压、高地温和强烈的扰动，导致出现动力灾害较多，如冲击矿压、瓦斯爆炸等灾害, 对深部矿井的安全、高效开采带来巨大威胁。随着技术进步，机电工程、自动化技术等，进行自动化无人工作面开采的基础理论成熟，设备智能化将成为煤矿开采的重要发展方向。
关键词：深部开采；动力灾害；人员成本；自动化
引言：煤炭资源开采由浅部向深部发展是客观的必然规律,也是世界上许多产煤国家所面临的共同问题。随着煤炭科学技术进步,矿井工作面装备机械化程度及技术含量逐年提高促进了生产的高产高效, 进一步加速矿井深度的增加。深部开采引起高地压、高地温和强烈的开采扰动影响。深部矿井重力引起的垂直应力明显增大, 构造应力场复杂, 地应力高; 高地压应力环境和煤岩体变形特征决定了深部矿井会遇到一系列动力灾害, 包括冲击矿压、瓦斯爆炸、矿压显现剧烈、巷道围岩大变形、冒顶片帮等灾害, 对工作人员的安全带来巨大威胁。因此，只有减少工作人员的数量，降低工人的劳动强度，才能确保煤矿可持续开采。随着机电工程、自动化技术、通信技术、计算机科学与技术的成熟，进行自动化无人工作面开采，实现煤矿开采的高效集中化、信息化智能化是必然的趋势，是煤矿开采的重要发展方向，也是保障工作面安全开采的有效途径。
1矿井开采的主要难题
（一）煤矿的安全开采一直是我国科研、高校和煤炭等部门重点研究和解决的重要课题。近十余年来，煤矿安全状况有了很大改善，但仍然是安全隐患最大的部门。随着采矿工业的发展，也给矿山带来新的突出问题，特别是煤矿安全问题尤为突出。煤矿事故的死亡人数约占全国工矿企业死亡人数的46％，事故居全国各行业的首位，百万吨死亡率和死亡人数都远远高于世界发达国家。煤矿的安全问题涉及瓦斯、火灾、煤尘、水灾、冲击地压、顶板事故等多个方面，事故的不断发生，已经严重制约了煤矿开采的健康发展，对国民经济和社会发展造成了恶劣的影响。
（二）国内工人工资成本的增高，成为矿井开采成本很难解决的问题。
煤炭企业是一个特殊行业，大部分工作是井下作业，安全风险高，劳动强度大，招聘井下工人首先要求有强健的身体，因此煤矿井下采掘工人的主要来源是农村劳动力。随着改革开放和城镇化发展，大量农村劳动力拥进城市务工，不愿到煤矿井下工作，使煤矿井下招用劳动力较其它行业困难。尤其是近几年随着东南沿海发达地区出现的“用工慌”“招工难”现象，煤矿井下招用劳动力更为困难，直接影响和制约煤炭企业的发展。
综上所述，要保证煤矿开采持续高效开采，必须从这几个方面入手:一是提高自动化程度，减少用工数量和减少劳动力。二是提高机械化程度，降低工人的劳动强度。三是确保安全，提高产量和效率，想尽一切办法尽量提高工人的福利待遇。因此，提高机电设备自动化程度，是保证矿井持续开采，保证生存的重要途径。
2自动化采煤方案及主要功能
2.1自动化控制结构
系统主要由三部分组成，综采单机设备第一层、顺槽监控中心第二层、地面第三层。即采煤机控制系统、支架电液控制系统、工作面运输控制系统、三机通信控制系统、泵站控制系统及供电系统有机结合，实现顺槽监控中心对综合机械化采煤工作面设备的协调管理与集中控制。通过以太网及矿井环网将以设备运行参数为基础的三维虚拟现实图像集中地面调度中心，为地面人员生产调度提供实时可靠数据。
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2.2主要研究方向
2.2.1综采工作面工业以太网
利用工作面的综合接入器、光电转换器和交换机，建立一个统一开放的工作面百兆工业以太网，构建控制平台，将工作面设备连接到顺槽集控中心的隔爆服务器，实现工作面设备信息汇集。
2.2.2综采工作面视频系统
对工作面关键位置进行实时摄像，通过有线或无线的方式传输给工作面以太网，通过以太网及矿井环网传输到矿用本质安全型显示器及地面调度系统。
2.2.3顺槽监控中心
顺槽监控中心是连接地面和工作面的监控中心，安装在顺槽列车上，操作者通过语音通信进行调度、联络；通过操作台可远程操控工作面上的相应设备。监控中心主要由服务器、显示器、操作台、喊话器、交换机等组成。有全自动控制模式、分机自动控制模式及分机集中控制模式。
（1）全自动控制模式
可将集成控制系统设置为“全自动化”工作模式，通过“一键”启停按键启动工作面综采设备完全自动化运行。监控中心通过实时视频、数据实时监控工作面综采设备运行工况，当设备运行异常但系统没有纠正时，可通过人工干预手段对设备进行远程干预。
（2）自动控制模式
采煤机控制系统依据采煤机高度传感器实现采煤机的记忆割煤和远程干预等功能，实现以记忆割煤为主，远程控制为辅的生产工作模式。
①煤机摇臂高度监测功能：通过实时监测摇臂的高度，作为采煤机的智能调高系统的反馈依据，根据工作面煤层赋存条件实时改变摇臂高度，调节前后滚筒，实现采煤机自动割煤操作。
②记忆截割自动控制功能：根据系统前一次割煤过程中存储的煤层赋存曲线，实现记忆截割功能。
2.2.4地面监控系统
（1）在地面调度室建立了以“地面数据服务中心”为基础的数据及三维虚拟大屏幕显示系统，实现了对整个工作面实现集中监控。监控系统将综采工作面采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机、乳化液泵站、喷雾泵站及供电系统等有机结合起来，实现在地面调度指挥中心对综采工作面设备的远程监测以及各种数据的实时显示等，为井下工作面现场和地面生产、管理人员提供实时的井下工作面生产及安全信息。
（2）工作面三维虚拟现实
实现了基于实时监测数据基础上的三维模拟系统，真实虚拟现场运行环境，可提供直观的状态监测及生产指导服务。
结束语
综采工作面设备自动化实现，可以达到以下两点效果：一是将工人从操作工变成巡检工，由设备的自动化替代人工劳动，大大降低了工人的劳动强度；二是将工人从危险的工作面采场解放到相对安全的顺槽监控中心，在监控中心对设备进行远程操控，提高了工人的安全系数。因此，煤矿开采设备自动化是煤矿今后发展的必然趋势，是保证煤矿可持续发展的唯一出路。
参考文献：
[1]王宝琳.浅谈煤矿开采中自动化技术的应用[J].中国科技财富,2017(16).
[2]音勇.浅谈煤矿通风系统中自动化控制技术的应用[J].科技创新导报,2018(32):25-25.
[3]王梦潇[1].自动化控制技术在煤矿通风系统中的应用[J].内蒙古煤炭经济,2015(10):36-37.
论文作者:张志军
论文发表刊物:《基层建设》2019年第22期
论文发表时间:2019/11/11
标签：工作面论文; 煤矿论文; 矿井论文; 设备论文; 井下论文; 地面论文; 工人论文; 《基层建设》2019年第22期论文;