煤矿智能无人采煤工作面开采关键技术分析

（国家能源集团国电建投内蒙古能源有限公司察哈素煤矿，内蒙古 鄂尔多斯 017200）

采煤工作面是煤矿井下进行煤炭生产的场所，综采工艺的出现，使得采煤效率急剧提升，安全事故大幅降低。目前，我国绝大多数现代化煤矿的采煤工作面基本已经实现了综合机械化开采。煤矿生产发展的过程中是必定要经历无人值守这个过程的煤矿生产的无人值守是煤矿生产发展的必由之路，是目前减少煤矿事故伤亡事件的解决办法之一。因此，无人采煤工作面开采技术的研究尤为重要，是实现煤矿零伤亡率的重要技术保障。

一、采煤工作面常见灾害

（一）顶板灾害

随着矿山压力与岩层控制理论、支护理论的不断完善，以及巷道支护技术、工作面支护技术的不断提高，大范围的冒顶事故已经杜绝，而局部冒顶事故时有发生。目前，最容易发生局部冒顶事故的场所为采煤工作面，其中工作面端头、超前支护段以及支架前探梁处尤为突出。顶板灾害中的顶板大面积来压和冲击地压对于煤矿的生产带来灾难性的打击。其中，顶板大面积来压目前尚可通过高压注水或松动爆破等顶板软化技术来解决，而冲击地压无法根治，只能进行预防。

（二）瓦斯灾害

瓦斯灾害主要表现为两种形式：煤岩与瓦斯突出、瓦斯爆炸。前者多发生在掘进巷道，尤其是石门揭煤时；后者多出现在采煤工作面。随着采煤机的割煤，煤层中吸附的瓦斯会游离出来，使瓦斯的积聚，导致瓦斯爆炸事故的发生。虽然目前采煤工作面有多种技术措施、多种设备来预防瓦斯爆炸，但是采煤工作面的工作人员仍然会一直处于危险的作业环境中。

（三）矿井水灾

矿井水灾中危害最大的为老空水和承压水。老空水对掘进巷道有着致命的威胁，给采煤带来危险的多为煤层底板承压水。如果对煤层底板的治理措施不当，会使底板承压水涌入工作面，造成人员伤亡和财产的损失。矿井火灾可以分为煤的自燃、人为火灾、电气设备火灾等，其中影响采煤工作面安全生产的多为煤的自燃发火。在易发火的煤层中，如果技术措施不到位，会导致整个工作面乃至全矿井的火灾。

二、煤矿无人工作面开采的关键技术

（一）采煤机智能定位系统

目前煤机智能定位在国内外还没有较为成熟的技术支持。因此，实现采煤机自主定位是采煤机智能定位系统的关键技术。要实现这一系统的有力开发，就要对以下方面进行重点研究。一方面构建采煤机动力模型，采煤工作需要面临复杂多样的地理环境因素，合理的采煤机动力模型的建设，保证采煤机在符合开采要求的前提下稳定运作。这需要参考大量的动态数据，并充分考虑现实地质环境，将所有对传感器有影响的干扰因素考虑在内，以此构建采煤机的运动轨迹。在大数据采集分析的基础上构建科学采煤机动力模型。另一方面是精准确定动态目标的位置与速度。通过提高计算的精度，计算的量，计算的时间和坐标的转换研究出合理高效的求解方法。此外还应建立地下电子导航数据。通过收集的采煤机的运动轨迹数据和地图数据库的数据进行对比，进而正确匹配地图。通过对信息的监测收集，利用地下电子地图，随时监测采煤机运行状态。

（二）综采可视化

无人值守工作面可视化无线监控系统是将网络传输技术、通讯技术和监控技术结合到一起，如果工作的环境粉尘比较严重、照明度也很差、区域也很狭隘，那么就不适合铺设固定的路线，需要根据实际情况灵活的变通，这个系统是非常重要的，操作的人员可以通过这个系统及时了解很多的情况，对于煤层的变化等都可以在第一时间掌握到，在必要的情况下还可以采取手段进行远程干扰，可以避免地质条件变化或者煤层变化的时候采煤机切割到岩石的情况，此项技术可以让工作面设备更加安全稳定的运行。工作面视频图像监控系统是实现工作面可视化的重要组成部分，可以将地下探测的数据通过互联网技术传输到监控平台上，让图像可以跟着采煤机来移动，可以跟着采煤机实时监控，不管采煤机到哪个地方都可以对相应位置的图像进行切换，实现远程监控。

（三）无人值守工作面集控平台

无人值守是将施工过程中所有用到的设备都能够进行检测并且实现集中控制，通过和视频监控技术的结合，实现远程遥控的操作，和控制中心采用高性能的计算机以及实时的数据库采集软件，来对数据进行采集的监控，采用综采工作面专用控制装置，来实现对相关设备的控制，最终让整个工作环境内的生产情况和设备的情况都能够监控在内，实现对采煤机的远程监控并且进行控制，每一个支架动作的远程控制和远程的操作都能够得到相应的控制。还需要根据工艺的具体要求来对采煤机和支架电液控制系统进行协调控制，根据运输系统的自动调控采煤机运行的情况、运输的程序以及保护和报警来对软件的以往数据和现在的实时数据进行分析记录，还有权限的管理功能，这样就可以对整个工作系统的设备等进行视频化的远程控制，结合告诉的通信技术可以和工作人员进行视频对话，要选择高速的远程网络化运输，让工作人员能够掌握实时的情况。地面的操作平台和控制中心一般采用的都是一千兆的宽带数据通讯，这样就可以对工作中的设备运行情况和具体的生产情况实时的监控，如果出现紧急的情况也可以及时的进行远程干预。地面的集中控制中心的计算机可以对无人的工作环境进行三维的模拟仿真，并且和工作面可以通过可视系统的视频信号结合，这样模拟的场景就能够和真实的场景一体化并且随意的切换。

煤矿智能无人采煤工作面开采关键技术的发展打破了传统开采技术的壁垒，还有许多技术性问题需要解决。未来应不断突破技术难题，创立更完善的技术体系，使其在煤炭开采工作发挥更大的价值。