综采工作面无人开采研究

李政洋（北京天地玛珂电液控制系统有限公司，北京101300）

0 引言

综采工作面无人开采是指借助机械设备和系统，使工作者不需要进入矿区即可完成煤矿开采操作的综采工作面煤矿开采模式，有助于煤矿产业生产力的可持续优化发展，因此，工作者应当深入研究综采工作面无人开采，并采取有效措施，来提升煤矿开采的自动化水平，加快推进煤矿开采工作的进步。

1 “3+1 ”智能开采模式

1.1 采煤智能工作面

3+1模式是指通过人机、设备对设备、设备与采场之间的智能交互，配合远程无线遥控桌面式采煤智能工作面来实现综采工作面无人开采的煤矿开采模式。在该模式下，人们通过在300m左右的工作面上安装摄像、传感、无线基站等设备，构建出一个在信息控制之下的单元连接系统，然后利用无线遥控技术，在监控指挥中心控制设备的细微动作，了解设备的性能水平，打造出一个智能化的综采工作面，提升了煤矿开采施工的智能化水平。以宁夏煤业枣泉矿的开采为例，公司构建出了220704智能工作面，并在2020年3月20日正式启动，该智能工作面支出复杂地质条件，工作者只需要在监控指挥中心操作即可完成开采任务，落实了综采工作面的无人开采。

1.2 配套信息传输处理系统

“3+1”智能开采模式下的配套信息传输系统主要分为三个部分，即人机交互、设备交互、设备采场交互。在人机交互中，工作者在指挥中心内可以通过全覆盖的可视化监控以及数据处理系统，来获取生产信息，并借助信息系统编辑、调整采煤工艺，实现对机械的调动。在设备交互中，基于4G“无线+有线”专网“一网到底”的通讯技术，使设备之间能够相互传递信息，构建了系统的智能控制功能。在设备采场交互中，技术人员通过在控制系统中构建数据模型和逻辑体系，使液压支架可以自动移位、调整、定位，提升了采煤机的智能化运作水平。

2 中厚煤层无人开采模式

2.1 煤岩识别问题消除

煤岩识别问题作为煤矿开采领域中的世界性难题，在很大程度上影响了中厚煤层条件下综采工作面开采技术的研发。现阶段，人们通过规避该项问题，基于网络通信，采用液压支架自动跟机、采煤机记忆切割等方法，可以在可视化的条件下，在指挥中心直接对自动化开采模式进行干预，实现了综采工作面开采技术的研发和推广。此外，人们借助中厚煤层无人开采模式可以有效应对地质条件复杂的中厚煤层开采工作，使工作者免于瓦斯、油气井、煤尘等有毒有害干扰因素的影响，增强了煤矿开采工作的安全性，提升了产业生产力水平。

2.2 煤层厚度变化问题的消除

一般来说，中厚煤层矿井中的煤层厚度变化较大，使得液压支架、输送机、综采工作面煤壁，难以保持“三直一平”的标准开采作业状态，影响了综采工作面无人开采技术的顺利落实。为此，专业技术人员研发了综采工作面移动巡检找直技术，使机械作业时能够自动进行工作面找平，使无人开采技术得以有效应用。在此过程中，工作者利用工作面移动巡检装置、导航、高清摄像机，帮助系统获取实时的生产信息，使其能够根据这些信息，操控机械进行工作面找平，消除煤层厚度变化问题所造成的技术落实障碍，推动了煤矿开采工作的发展。

3 “少人巡视，无人值守”的无人开采模式

3.1 地面调度指挥

“少人巡视，无人值守”的无人开采模式是几年前就已经研发出的综采工作面无人开采技术，黄陵矿业公司早在几年前就应用该技术达到了200万吨的煤矿年产量，就目前来看，各个煤矿公司正在陆续实现了基于远程地面调度指挥的无人开采常态化。在此过程中，工作者可以在调度指挥中心获取开采活动的实时全景视频，并结合先进的两顺槽超前支架设备，能够进一步减少联合操作人员数量以及巡视人员数量，实现“少人巡视，无人值守”的综采工作面无人开采，而且获得了高效率、高产量的煤矿开采工作效果。

3.2 开采安全保障系统

在基于“少人巡视，无人值守”的综采工作面无人开采模式下，技术人员为了保障开采工作的准确性和安全性，构建了一系列安全保障系统，在无需工作者承担矿区安全风险的同时，实现了自燃发火、瓦斯爆炸等事故的预防，深入优化了无人开采技术的应用效果。以同忻煤矿8202综采工作面为例，同忻煤矿借助“少人巡视，无人值守”的无人开采技术，构建了智能监控系统，能够实时追踪机械的运行状态，并根据现场情况针对煤尘、瓦斯等容易引起事故的因素，采取安全防控措施，提升了煤矿产业的安全生产水平。

4 “3上1008工作面”无人开采模式

4.1 开采能耗与产量

“3上1008工作面”是指一个由智能化控制系统、视频监控系统、无线通讯系统组成的6m高无人化综采工作面，使工作者可以在此基础上，进行地面远程煤矿开采控制操作，增强煤矿产业的生产力。就目前来看，基于该工作面的开采操作，相较于传统开采操作，能够节省生产能耗10%以上，同时，由于电液技术、集中控制技术、视频监控技术等无人开采技术的集成，提高了该开采模式下的生产效率，一般来说，当前工作面回采率已经可以达到98%以上，增加了矿井的煤矿产量，优化了煤矿产业的发展水平。

4.2 紧急操作

在“3 上1008 工作面”无人开采模式下，远程、智能控制技术的应用，使技术人员可以针对各种情况，构建出便捷、有效的紧急操作功能，提高了无人开采模式的可靠性，有助于综采工作面无人开采技术的推广。在远程智能控制技术下，巡检人员只需要跟随采煤机进行巡检，并在发现异常情况时，及时按下手中控制器上的急停按钮，或启动语音闭锁按钮，即可停止工作面机械的运行，同时，指挥中心操作人员也可以利用控制按钮，来关停或启动采煤机，使采煤活动在人工可控的范围内，增强了紧急操作功能的使用性能。

5 薄煤无人开采模式

5.1 薄煤无人开采应用技术

现阶段，由于常规的开采方式，难以应对薄煤问题，所以当前大量的薄煤层、急倾角煤层、及薄煤层大多都处于被废弃的状态，为了解决该项问题，专业技术人员研发了矿井设备小型化轻量技术、60度以上倾角煤层开采技术、无人采掘技术，有效解决了薄煤层的开采问题，全面实现了煤矿无人开采模式，提高了煤矿资源的利用率，使煤矿产业的发展迈入了一个新的台阶。此外，这种集约化的机械无人开采模式，大幅度降低了煤矿开采能力，使煤矿这一传统产能，逐渐转化为了新产能，增强了综采工作面无人开采模式的效用[1]。

5.2 高压水上开采

通常情况下，薄煤层的开采往往需要面对高压水上开采的难题，而当前技术人员借助工作面采后充填、巷道矸石充填这两项技术，可以有效突破高压水上环境对薄煤层开采的制约，推动了综采工作面无人开采技术的顺利落实。在此过程中，工作者利用高新填充技术，能够减少顶板的下沉，保持工作面的完整，使各类自动化机械被稳定、可靠地布置在工作面上，将大量在高压水上薄煤层环境下的呆滞煤矿变成了可采资源，深入优化了综采工作面无人开采技术的落实效果，推动了煤矿产业的可持续发展[2]。

6 结语

综上所述，全面推广综采工作面无人开采技术，能够提高煤矿开采工作的效率。在煤矿开采工作中，综采工作面无人开采技术可以实现智能化的开采控制、有效应对中厚煤层条件、节约人力资源、增加了我国煤矿产量、优化薄煤条件下的开采效果，从而强化煤矿产业的生产力，提升产业发展水平。