煤礦綜采工作面無(wú)人化開(kāi)采技術(shù)探析

車勇

摘 要：針對(duì)煤礦生產(chǎn)綜采工作面無(wú)人化開(kāi)采研究現(xiàn)狀，在簡(jiǎn)單介紹無(wú)人化開(kāi)采定義的基礎(chǔ)上，明確了無(wú)人化開(kāi)采發(fā)展過(guò)程中面臨的影響因素，并結(jié)合生產(chǎn)要求與現(xiàn)實(shí)狀況，提出無(wú)人化開(kāi)采實(shí)現(xiàn)方法，為煤礦安全生產(chǎn)的發(fā)展提供參考。

關(guān)鍵詞：煤礦綜采工作面無(wú)人化開(kāi)采；影響因素；實(shí)現(xiàn)方法

如今，煤礦生產(chǎn)安全形勢(shì)越發(fā)嚴(yán)峻，在此期間促成了很多煤礦安全生產(chǎn)技術(shù)，而同時(shí)擁有遏制超產(chǎn)與減少工作面人員數(shù)量?jī)煞矫鎯?yōu)勢(shì)的技術(shù)當(dāng)屬綜采工作面無(wú)人化開(kāi)采，并且這也是未來(lái)煤礦生產(chǎn)主流方式。

1 綜采工作面無(wú)人化開(kāi)采

我國(guó)學(xué)者針對(duì)綜采工作面無(wú)人化給出了兩種定義：其一，工作面無(wú)人，在工作面之外的區(qū)域?qū)C(jī)電設(shè)備進(jìn)行操作與控制，從而完成各項(xiàng)工序，包括采掘、裝卸、運(yùn)輸、支護(hù)與采空區(qū)的規(guī)范處理等；其二，工作面有人，但不對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作，僅負(fù)責(zé)巡檢。

煤礦綜采指的是利用綜合機(jī)械進(jìn)行采煤，依托機(jī)械完成采掘與裝卸，并由井下輸送機(jī)與液壓支護(hù)進(jìn)行運(yùn)輸和支護(hù)，即實(shí)現(xiàn)主要工序的機(jī)械化作業(yè)。根據(jù)實(shí)際范圍，可將綜采工作面分成狹義與廣義兩種。其中，廣義回采工作面主要包含運(yùn)輸巷與回風(fēng)巷，共涉及14余種設(shè)備；狹義回采工作面則包含刮板輸送機(jī)、端頭支架和液壓支架。

根據(jù)上述分析結(jié)果，可將綜采工作面無(wú)人化開(kāi)采定義成：依托于智能化和自動(dòng)化的方式，當(dāng)工作面處于正常生產(chǎn)狀態(tài)時(shí)，使原來(lái)處于危險(xiǎn)點(diǎn)的工作人員轉(zhuǎn)移至安全性較高的地點(diǎn)，并對(duì)采場(chǎng)實(shí)行無(wú)人控制與操作，以此確保工作面內(nèi)不出現(xiàn)任何人員[1]。

2 主要影響因素分析

2.1 環(huán)境因素

在無(wú)人化開(kāi)采中，環(huán)境是最為重要的影響因素。因?yàn)楣ぷ髅骓敯鍡l件、底板條件、煤礦壓力、開(kāi)采高度、俯角仰角與瓦斯都會(huì)影響到工作面實(shí)際開(kāi)采。

2.2 設(shè)備因素

無(wú)人化開(kāi)采對(duì)機(jī)械設(shè)備提出了更高的要求，設(shè)備除了要有良好的穩(wěn)定性與可靠性，還需具備一定自動(dòng)化水平。以采煤機(jī)為例，其應(yīng)實(shí)現(xiàn)以下功能：①在線檢測(cè)；②故障診斷；③記憶割煤。另外，無(wú)人化開(kāi)采還應(yīng)配置可實(shí)時(shí)掌握設(shè)備實(shí)際運(yùn)轉(zhuǎn)情況的技術(shù)。

2.3 技術(shù)因素

就目前來(lái)看，井下的智能化與自動(dòng)化技術(shù)水平依然很低，與預(yù)期的目標(biāo)還存在很大的差距?；诖?，利用類似于人類感官與大腦運(yùn)作方式的具體方法，是開(kāi)展無(wú)人化開(kāi)采技術(shù)研究的捷徑。對(duì)于常見(jiàn)的礦業(yè)智能化技術(shù)，包括煤巖識(shí)別、煤巖分界以及直線度控制等，現(xiàn)階段仍處研究與發(fā)展階段，這也是制約無(wú)人化開(kāi)采實(shí)行與發(fā)展的主要因素。

2.4 人的因素

人的因素在某種程度上決定了無(wú)人化開(kāi)采能否順利實(shí)行。由于缺乏成功案例，所以很多人都認(rèn)為無(wú)人化開(kāi)采僅僅是一種設(shè)想，無(wú)論在技術(shù)上還是在成本上，離真正實(shí)現(xiàn)無(wú)人化都有很長(zhǎng)的一段路要走，出于對(duì)各項(xiàng)技術(shù)要求的畏懼，也很難組織更多技術(shù)人員開(kāi)展專項(xiàng)科研，因此造就了無(wú)人化開(kāi)采長(zhǎng)期止步不前的局面。

2.5 管理因素

在應(yīng)用無(wú)人化開(kāi)采之后，必定會(huì)使原本的生產(chǎn)結(jié)構(gòu)與管理模式發(fā)生變化，采煤機(jī)司機(jī)與支架工都會(huì)出現(xiàn)本質(zhì)上的角色轉(zhuǎn)變，由現(xiàn)場(chǎng)操作人員變成巡檢人員或遠(yuǎn)端控制人員，這無(wú)論是對(duì)工作人員自身，還是生產(chǎn)管理模式，都提出了嚴(yán)峻的考驗(yàn)。

3 實(shí)現(xiàn)思路與方法

（1）由簡(jiǎn)單的地質(zhì)條件逐漸向復(fù)雜的地質(zhì)條件過(guò)渡。綜采工作面往往有著極為復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，這不僅是實(shí)現(xiàn)無(wú)人化開(kāi)采難點(diǎn)所在，而且在某種條件下還會(huì)形成制約因素。因此，可以事先在地質(zhì)條件相對(duì)簡(jiǎn)單的工作面開(kāi)展無(wú)人化開(kāi)采試點(diǎn)，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，并對(duì)技術(shù)方案進(jìn)行調(diào)整，加強(qiáng)對(duì)各類先進(jìn)技術(shù)的引入力度。然后再向地質(zhì)條件較為復(fù)雜的工作面平穩(wěn)過(guò)渡，從而逐步實(shí)現(xiàn)預(yù)期的目標(biāo)。

（2）由遠(yuǎn)程遙控至智能化無(wú)人開(kāi)采。對(duì)以遠(yuǎn)程遙感為核心的工作面無(wú)人化開(kāi)采而言，它將人類感官延伸到綜采工作面，將原本處在危險(xiǎn)環(huán)境下的人員轉(zhuǎn)移到控制中心，繼而在監(jiān)控中心內(nèi)實(shí)現(xiàn)對(duì)各類設(shè)備的操作控制，以此完成無(wú)人化開(kāi)采。遠(yuǎn)程遙控對(duì)智能化技術(shù)與自動(dòng)化技術(shù)的實(shí)際要求較低，在部分關(guān)鍵設(shè)備無(wú)法實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)的情況下，也能達(dá)到預(yù)期的目標(biāo)，但從總體角度講，以遠(yuǎn)程遙控為核心的無(wú)人化開(kāi)采缺乏適應(yīng)能力，一旦地質(zhì)條件出現(xiàn)變化，或者是系統(tǒng)中有設(shè)備發(fā)生故障，就要有人員進(jìn)場(chǎng)對(duì)設(shè)備進(jìn)行干預(yù)調(diào)整[2]。

而對(duì)以智能化技術(shù)為核心的工作面無(wú)人化開(kāi)采而言，它成功研發(fā)并應(yīng)用了井下信息傳輸技術(shù)、煤巖自動(dòng)識(shí)別技術(shù)、線形控制技術(shù)、安全感知響應(yīng)技術(shù)、設(shè)備定位技術(shù)、遠(yuǎn)程監(jiān)控技術(shù)，構(gòu)建一套一體化工作面智能控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)不僅能為無(wú)人化開(kāi)采提供必要條件，還能在煤礦安全生產(chǎn)中發(fā)揮舉足輕重的作用，保證各項(xiàng)設(shè)備都能連續(xù)、高效、穩(wěn)定運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)對(duì)工作面的無(wú)人化開(kāi)采與智能化管理[3]。伴隨礦業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展，未來(lái)必然會(huì)涉及到更復(fù)雜的地質(zhì)情況、機(jī)械設(shè)備與綜采工作面，而通過(guò)對(duì)先進(jìn)技術(shù)成果的應(yīng)用，例如液壓支架與采煤機(jī)方面的智能化技術(shù)，將為無(wú)需人工干預(yù)的綜采工作面無(wú)人化開(kāi)采營(yíng)造良好的外部環(huán)境。

4 總結(jié)

（1）綜采工作面無(wú)人化開(kāi)采不僅是減少井下事故人員傷亡數(shù)量的有效舉措，還是有效遏制工作面超產(chǎn)現(xiàn)象發(fā)生的主要技術(shù)措施。

（2）無(wú)人化開(kāi)采除了要對(duì)工作面各項(xiàng)非技術(shù)條件進(jìn)行分析，還應(yīng)加強(qiáng)井下監(jiān)控與通信技術(shù)發(fā)展，以此為無(wú)人化開(kāi)采提供可靠的技術(shù)支撐。

（3）由簡(jiǎn)單的地質(zhì)條件逐漸向復(fù)雜的地質(zhì)條件過(guò)渡是無(wú)人化開(kāi)采早期的常用實(shí)現(xiàn)方法，它在掌握無(wú)人化開(kāi)采要求等方面意義重大。

（4）以遠(yuǎn)程遙感為核心的工作面無(wú)人化開(kāi)采與以智能化技術(shù)為核心的工作面無(wú)人化開(kāi)采是現(xiàn)階段綜煤礦綜采工作面無(wú)人化開(kāi)采兩種主要模式，但從本質(zhì)上講智能化無(wú)人開(kāi)采是遠(yuǎn)程遙感無(wú)人化開(kāi)采的延伸，相信在礦業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展的推動(dòng)下，智能化無(wú)人開(kāi)采將成為綜采工作面開(kāi)采主流形式。

參考文獻(xiàn)：

[1]張良，李首濱，黃曾華，王旭鳴.煤礦綜采工作面無(wú)人化開(kāi)采的內(nèi)涵與實(shí)現(xiàn)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2014（09）：2629，51.

[2]徐光宇.煤礦綜采工作面無(wú)人化開(kāi)采技術(shù)探析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2015（36）：143144.

[3]索智文.煤礦綜采工作面無(wú)人化開(kāi)采技術(shù)研究[J].工礦自動(dòng)化，2017（01）：2526.