王亚朋1 陈元祯2 孟科3
兖矿集团陕西未来能源化工有限公司金鸡滩煤矿 陕西省榆林市 719000
摘要：文章基于目前开展煤矿采煤作业中常见的采煤工作面灾害以及目前的处理措施，分析在采煤工作面中应用智能无人采煤工作面开采技术的优势和限制条件，并对此类技术的应用现状以及未来研究重点进行分析，以供参考。
关键词：智能无人；采煤工作面；关键技术
1引言
煤矿生产中一直以来都具有较大的工作强度、较高的危险性等特点，容易由于恶劣的作业环境和繁重的劳作而导致安全事故，并造成人员伤亡。为此，在目前建设现代化高产和高效矿井的过程中，也一直将保护作业人员安全放在首位。在目前采煤技术在不断改进和提高的同时，通过智能无人采煤技术的应用，可以解决上述问题。但是在此技术的应用中，也表现出在对严格的开采流程和标准动作进行执行的过程中，出现机器和人员之间的操作不够精准以及响应不够迅速等问题，这也会由于不同采煤设备之间不能实现高效配合而影响开采作业准确性以及开采效率等问题。同时也会由于关键技术参数的确认而增加设备损耗，增加开采作业中的安全隐患以及经济损失等问题。为此，在目前智能无人采煤工作面关键技术的应用中，需要结合信息采集、安全分析以及无人采煤模拟决策等推动煤矿开采作业向智能化和信息化方向发展，并推动煤矿开采效率的提升。
2采煤工作面常见灾害
一是顶板灾害。在我国煤矿开采的安全事故中，顶板灾害的占比较大，虽然在目前矿山压力与岩层控制理论、支护理论等不断完善的同时，也在不断提升相应的巷道支护技术、工作面支护技术等，大大减少了大范围冒顶事故的概率，但是无法杜绝局部冒顶事故，且此问题通常在采煤工作面中的端头、超前支护段以及支架前探梁等位置出现。此外，在此类灾害中，危害比较大的还有顶板大面积来压以及冲击地压等类型，会大大影响煤矿安全生产，而且在此灾害发生之后也只能通过高压注水或松动爆破等方式来解决其中的大面积来压问题，但是针对其中的冲击地压问题则无法彻底处理，需要做好相应的预防控制工作。
二是瓦斯灾害。煤矿生产中的瓦斯灾害主要有煤与瓦斯突出以及瓦斯爆炸等形式。其中前者主要在掘进巷道中、尤其是石门揭煤时发生，而后者则容易在采煤工作面中发生。主要表现在采煤作业中不断开展割煤作业的过程中会出现煤层中瓦斯的释放和积聚，增加出现瓦斯爆炸事故的概率。针对瓦斯灾害问题一直以来都在对各种技术措施以及预防措施进行研究，但是仍然具有较高的发生概率，且在灾害发生之后表现出较大的危害性。
三是矿井水灾。此类灾害主要表现出老空水以及承压水的危害，其中前者会严重危害掘进巷道，而后者则主要表现在煤层底板承压水会严重危害采煤作业的问题，容易由于处理不当而导致涌入工作面而导致人员伤亡和财产损失的问题。
四是矿井水灾。此类灾害主要表现出自燃、人为火灾和电气设备火灾等类型，而且其中的自燃发火问题会对采煤工作面的安全生产造成严重影响。且容易由于相应的技术措施不到位而导致出现整个工作面或者是全矿井中的火灾问题。
五是粉尘灾害。煤层爆炸和尘肺病是粉尘的主要危害形式，而通过防止煤尘大量积聚的方式则可以有效预防煤层爆炸灾害，通过负压降尘以及气幕隔尘等技术来缓解尘肺病，但是目前最有效的方式仍然是个体防护。
六是地热灾害。此种灾害会影响采煤作业人员的精神和体力，增加采煤作业中出现重大隐患的概率，这也是影响现代化煤矿安全高效生产的重要因素之一。
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3无人工作面开采的优势及限制条件
正如前文所述，煤矿采煤工作面中容易出现上述灾害而威胁作业人员的生命安全，而且目前也没有其他有效的技术措施来从源头和根本上有效预防和处理上述灾害问题，为此，为了保障采煤工作面中的作业安全，提出了无人工作面开采技术的策略。通过此技术的应用，可以在开展采煤工作面中的各项采煤作业过程中，通过智能无人化的方式来开展，作业人员则可以在远离采煤工作面的巷道或硐室内进行操控。通过此中技术的应用，由于采煤工作现场中无需人员出现，因此有效保护了作业人员的安全，减少了由于安全事故的发生而导致的经济损失等问题。此外，在目前煤矿开采量不断增加以及储量不断减少的过程中，煤矿开采技术也在向纵深方向发展，但是在开采深层煤矿资源的过程中表现出较低的安全系数和工作效率。而通过此无人工作面开采技术的应用则可以解决此技术问题，实现煤层开采范围的拓宽。同时在此技术的应用中，由于应用了信息技术和机械控制技术，大大提升了开采作业效率，且在应用开采信息化机械化技术的同时，也减少了环境因素对正常作业的干扰，保障开采作业的高效开展。
即便如此，在上述技术的应用中也会由于煤层的赋存条件会造成一定的限制。这主要表现在我国目前的煤矿地质条件通常比较复杂，表现出断层、褶皱、火成岩入侵等地质构造不断涌现，对采煤自动化和智能化发展造成了一定的阻碍，这也使得此技术无法得以广泛应用，目前也仅在具有较为均匀的煤层赋存和无地质构造的采煤工作面中成功应用。因此，未来还需要继续加强对无人工作面开采技术的深入研究和技术突破，实现其应用范围的进一步扩大。
4无人工作面开采技术
4.1采煤机智能定位系统
为了实现无人采煤工作中对采煤机的精准定位，所采用的智能定位技术有红外探测、超声波探测以及电磁感应技术等，而且上述智能定位技术的应用也不够成熟。为此，就需要在今后的研究和应用中，重点做好结合采煤工作面复杂地理环境因素来进行采煤机动力模型的构建。为了实现上述要求，就需要对地质环境等大量的动态数据进行采集和分析参考，并且在考虑所有对传感器造成影响的干扰因素的基础上来进行采煤机运动轨迹的构建，然后通过大数据技术的应用来进行科学的采煤机动力模型的构建。此外，还要提高对动态目标位置和速度确定的精准性。为了满足此要求，就需要在保证计算精度、计量量、计算时间和坐标转换的基础上来研究合理高效的求解方法。通过通过电子导航数据的建立来对采煤机的运动轨迹数据进行收集并与地图数据库的数据进行对比，实现对地图的正确匹配。而且在收集监测信息且结合地下电子地图的基础上实现对采煤机运行状态的随时监测。
4.2精准双向通讯技术
为了确保无人工作面开采技术的应用和实现，保障采矿作业的顺利完成，需要保证井下作业过程中各种信息的高效和精准传递。这就需要通过精准双向通讯技术的应用来保证信息的时效性、完整性，实现对井下作业环境和采煤机运行状态的监测，这也是未来技术研究和突破的重点。
4.3工作面综合体系模型
在实际的煤矿开采作业中，需要通过安全警报系统、安全分析系统、三机自动控制系统、诊断监测系统等系统的建立和联合应用来构件工作面综合体系模型，并且在此模型和系统的应用中，需要通过组合式的软件来保证其具有多种功能并满足不同品类和型号设备的应用与控制。
5结语
基于目前开展煤矿井下开采作业中仍然表现出较高危险性以及危害种类多、难以有效处理等现状，文章提出了采用智能无人采煤工作面开采技术的策略，可以在有效保障作业人员安全的同时，实现煤矿开采作业效率的提升。针对目前此技术应用中表现出的阻碍与限制条件，在未来需要重点研究采煤机智能定位相关技术以及精准双向通讯技术、工作面综合体系模型的构建和应用等关键技术要点，打破技术壁垒并实现更完善技术体系的构建，发挥此技术在煤矿开采中更大的价值。
参考文献：
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[2] 徐玉晨. 煤矿综采工作面无人化开采技术研究[J]. 山东工业技术, 2019(13).
[3] 况华义. 煤矿无人工作面开采技术分析[J]. 山东工业技术, 2018(11).
论文作者:王亚朋1,陈元祯2,孟科3
论文发表刊物:《科技新时代》2019年11期
论文发表时间:2020/1/7
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