煤矿智能无人采煤工作面开采关键技术分析

贵州文家坝矿业有限公司 贵州 织金 552100

1 采煤工作面的发展现状

1.1 自燃问题 在煤矿采集过程中，煤矿通过接触氧气发生氧化，产生热量，加上硫元素、磷元素、硫化铁元素自身具备一定的水作用，更加引发其产生发热自燃现象。同时，煤炭表面一旦收到氧化作用后便产生氧化热量现象，一旦采煤现象通风不良，所产生的热量不易散发，那么，采矿现场的整体温度就会慢慢上升，致使煤矿的氧化作用也就快速加剧，如此长此以往，达到一定温度后，煤炭极有可能产生自燃现象，引发火灾。面对此类问题，技术人员应该针对采煤现场的环境因素进行探讨，比如，地质结构、采煤技术、生产流程、设备管理等因素，均会对采煤工作面的整体长度形成一定制约条件。

1.2 顶板问题 在煤矿采集现场，顶板事故发生的概率较大，通常按照按冒顶范围的大小可分为：局部冒顶问题以及压垮型大面积冒顶问题。在矿山局部强大压力的作用下，由于山体局部产生空帮、空顶或支撑保护不当、不及时造成煤炭、岩石局部垮落的事故叫局部冒顶。而产生大面积冒顶的原因是因矿山自身结构的压力过大，其主要因素是由于直接顶或老顶产生高强度压力时，由于支撑体系整体密度不够，或者顶板沉降不均衡而造成的支撑支架断裂、垮塌现象，致使采集、挖掘以及维护的相关工作大面积垮落的事故，被称为压垮型大面积冒顶。

1.3 爆炸问题 在煤矿采集过程中，根据瓦斯爆炸现象的本质而言，主要由于当适量浓度的瓦斯与空气中的氧气进行充分接触，如果氧气内部温度较高，会产生剧烈的爆炸现象。而煤炭粉尘产生爆炸，其内部结构中必须具备三个条件：煤尘本身具有一定的爆炸性；煤尘长期在空中处于悬浮状态，在环境结构中达到一定浓度；周边存在高度热量源头。

1.4 水资源泄漏问题 除了以上问题可以引起煤矿危险，水资源的泄漏也同样需要开采人员的注意，其中，引起矿井水灾的关键性决定因素有水源、水流通道、水流聚集地聚集以及通道自身排水条件等。加上煤矿在开采过程中，所接触到的水源有地表水源和地下水源两种形式。其中，地表水源主要指的是河流、湖泊、水库等；而地下水源则是指地下层间水源、土质构造裂隙水源、溶洞内部结构水源、老窑积水等。而涌水通道指的是土层内部产生构造性断裂带、土层陷落柱及土质结构裂隙、封闭性不佳的导水钻孔等问题。

1.5 施工健康问题 由于在煤矿的开采、挖掘以及运输等生产工艺过程中，会产生大量煤炭粉尘，其颗粒的主要直径均小于1毫米。而当煤炭粉尘的颗粒直径小于5μm的时候，被称为呼吸性粉尘。煤尘在开采过程中除了自身具有一定爆炸危害性能以外，对人体健康具有很大危害。煤炭粉尘中含有大量的SiO2元素，尤其是呼吸性粉尘，可以直接致使人体呼吸道产生炎症。严重甚至导致尘肺病的危害。

2 采煤工作面开采关键技术分析

2.1 煤炭机械定位技术 在进行煤炭开采时，综合采集工作面的主要流程是由双滚筒式采煤设备、自动移动式液态压力支架以及可弯曲刮板运输设备进行实现和完成。在日常的煤炭开采过程中，为了方便维护煤炭开采现场的顶板结构安全和稳定性，其液态压力支架大多数采用的是及时支撑维护的方式，其中进行煤炭采集过程中，采煤设备首先需要进行割煤操作，随后使用采煤设备以及8～12台移动模式的支架，再次滞留后，将8～12台移动模式的支架推移至移动刮板运输设备中。而为了有效地实现割煤、移动支架、推动运输设备等操作方式的智能化，采煤设备应该及时并且准确地将现场需要采集的区域进行定位，只有这样，操作才能致使采煤工作顺利开展。而现阶段，我国现有的采煤设备定位方式主要有电磁感应开关系统、超声波数据探测系统以及红外线探测系统等。而这些技术虽然在小范围内的综合采矿工作进行实验和测试，但仍然需要进一步实验和数据验证。

2.2 煤炭岩层分辨技术 煤炭与岩石自身的相关硬度系数差别较大，如果使用煤炭采集设备切割岩石，会损坏大量的设备截齿，甚至会导致滚筒结构受到破坏而更换，而在实际的采煤工作中，要想完整地将整个煤炭层取出，就需要设备结构中摇臂的调节进行实现。所以，采煤设备进行割煤的过程中，煤炭与岩石额分辨系统应该与结构中滚筒摇臂进行紧密地结合，实现有效开采。

2.3 抗干扰技术 对于无人采煤工作面开采技术来说，有效的通信系统是实现智能化无人工作面的重要保障，而通信系统结构中，可以通过发出与接受相关信号，实现针对综合采煤设备的准确控制，其中，综合采煤控制系统的重点结构主要由三机配套系统、设备控制端头以及超前支撑保护段控制系统组成。

2.4 设备监控诊断技术 由于采煤工作中，实际的作业面所面对的采煤环境十分复杂，设备极易出现各种异常问题和情况，所以技术人员在进行煤炭开采过程中，应该针对设备运行的实际状态和煤炭开采环境，布置和设置设备应用参数的监控。比如，设备油液的实际位置、设备油液的实际温度、截齿自身的磨损程度、煤炭设备整体倾斜角度以及传输设备弯曲角度等。

2.5 地质判断处理技术 我国煤炭井下的地质结构复杂性处于世界的首位，而在实际的煤炭开采过程中，要想真正实现无人化状态的综合开采面，就必须要求煤炭开采设备结构中，具备强大的地质构造识别系统，并且通过了解地质的主要构造，比如，地质断层参数等，检测到相关的断层数据参数，并且在系统结构中快速并且准确地分析出解决地质断层的技术方法。

3 结语

综上所述，煤矿智能无人采煤工作面技术，全面打破了传统煤炭开采技术的限制和约束，但是，面对科技和社会的快速发展，仍然存在着许多技术、安全性的问题需要进一步探索和解决，只有不断地进行技术突破，建立更加完善、明确的技术体系，才能使煤炭开采工作发挥出自身更大的资源和经济价值。