蘇文光 朱潤(rùn)生

山西大同大學(xué)，山西大同 037003

雖然我國(guó)煤炭資源總量大，分布廣泛，但隨著我國(guó)工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，重工業(yè)的大力發(fā)展已經(jīng)消耗了大量的煤炭資源。除此以外，我國(guó)幅員遼闊，地理構(gòu)造呈現(xiàn)多樣化的特點(diǎn)，煤炭的儲(chǔ)存條件復(fù)雜，開發(fā)難度大。無(wú)人工作面開采技術(shù)的應(yīng)用能夠有效緩解現(xiàn)階段我國(guó)煤炭開采過(guò)程中遇到的問(wèn)題。煤礦無(wú)人工作面開采涉及的方面非常多，工序十分復(fù)雜，經(jīng)過(guò)相關(guān)人員的不懈努力，我國(guó)的煤礦無(wú)人工作面開采技術(shù)日趨成熟并越來(lái)越多的投入到應(yīng)用之中。

1 傳統(tǒng)煤礦開采技術(shù)中的常見問(wèn)題

1.1 嚴(yán)重破壞水資源

在自然條件下，煤炭資源與水資源共存于一個(gè)地質(zhì)體中，有著各自的變化規(guī)律并在自然環(huán)境中獨(dú)立的發(fā)揮作用。但在煤炭的實(shí)際開采過(guò)程中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)因開采而引起的漏斗式降落，地下水的水流速度會(huì)加快，地下水位也會(huì)明顯下降，這種情況的存在破壞了水資源自身的生態(tài)平衡。眾所周知，我國(guó)的淡水資源極為緊缺，煤炭開采所造成的水資源的污染和破壞問(wèn)題勢(shì)必會(huì)加重我國(guó)的淡水資源供應(yīng)壓力，不利于經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展。

1.2 嚴(yán)重破壞土地資源

現(xiàn)階段，采用傳統(tǒng)開采技術(shù)開采的煤炭產(chǎn)量仍然占有相當(dāng)大的比例，即使是國(guó)家重點(diǎn)煤礦的開采也多以長(zhǎng)臂式開采等傳統(tǒng)開采方法為主。這種傳統(tǒng)的開采方法會(huì)產(chǎn)生極大范圍的地表植物的破壞，并且能夠引起地表塌陷。地表的塌陷不僅會(huì)造成水土流失和土地荒漠化，還有可能誘發(fā)滑坡、泥石流等自然災(zāi)害，對(duì)地表植被及土地資源造成難以恢復(fù)的破壞。與此同時(shí)，因開采而形成的采空區(qū)還會(huì)對(duì)地表建筑物產(chǎn)生非常大的影響。因?yàn)榈叵卤徊煽罩螅叵碌膸r層、土層會(huì)發(fā)生流動(dòng)、崩塌的現(xiàn)象，建筑物地基的穩(wěn)定性遭到了嚴(yán)重破壞，地基沉降和受力會(huì)發(fā)生非常大的改變，大大降低了建筑物的安全性[1]。

1.3 瓦斯處理系統(tǒng)不完善，安全性差

安全是企業(yè)生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)順利進(jìn)行的重要保障，尤其在煤礦開采過(guò)程中尤為重要。但受傳統(tǒng)煤礦開采技術(shù)的限制，部分煤礦企業(yè)片面的追求經(jīng)濟(jì)效益，不重視企業(yè)的安全問(wèn)題。而因?yàn)榘踩ぷ髀鋵?shí)不到位而出現(xiàn)的安全事故在煤礦開采企業(yè)中頻繁發(fā)生。安全事故的發(fā)生不僅降低了企業(yè)的生產(chǎn)經(jīng)營(yíng)效益，而且大大損害了煤礦工人的生命安全，不利于企業(yè)的長(zhǎng)遠(yuǎn)發(fā)展。在煤炭的開采過(guò)程中涉及到非常多的技術(shù)，其中，瓦斯處理系統(tǒng)是煤炭開采過(guò)程中不可小覷的一項(xiàng)技術(shù)。因?yàn)橥咚固幚硐到y(tǒng)不僅會(huì)在使用過(guò)程中對(duì)環(huán)境造成較大的污染，而且因?yàn)橥咚箤儆谝兹嘉?，存在較大的安全隱患，所以，瓦斯處理系統(tǒng)的完善與否具有非常重要的意義。如果瓦斯處理系統(tǒng)不完善就有可能引發(fā)災(zāi)害或事故的發(fā)生，影響到企業(yè)的安全生產(chǎn)。

2 煤礦無(wú)人工作面開采技術(shù)的概念及特點(diǎn)

在工業(yè)化快速發(fā)展的大背景下，很多國(guó)家對(duì)煤炭開采技術(shù)的研究日益深入，尤其是在科技水平飛速提高的今天，無(wú)人工作面開采技術(shù)也逐步應(yīng)用到煤礦企業(yè)的日常生產(chǎn)中。煤礦無(wú)人工作面開采技術(shù)主要是指在工作面安全系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，采用有線或無(wú)線的方式傳遞監(jiān)測(cè)信息，控制相關(guān)生產(chǎn)設(shè)備[2]。通常情況下，煤礦無(wú)人工作面開采技術(shù)主要包括自主定位導(dǎo)航技術(shù)、煤巖識(shí)別技術(shù)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)等[2]。煤礦無(wú)人工作面開采技術(shù)的應(yīng)用不僅能夠?qū)崿F(xiàn)機(jī)器設(shè)備的自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程，而且可以有效優(yōu)化作業(yè)程序，進(jìn)而促進(jìn)煤炭生產(chǎn)智能化、無(wú)人化目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)。

2.1 煤層開采范圍廣

傳統(tǒng)煤礦開采技術(shù)條件下煤層開采的范圍非常窄，而無(wú)人工作面開采技術(shù)的應(yīng)用恰恰彌補(bǔ)了這一缺陷。無(wú)人工作面開展技術(shù)能夠有效的深入到各個(gè)煤層，如薄煤層、中厚煤層、厚煤層、特厚煤。而且不同煤層的開采技術(shù)和開采難度的要求是不同的；薄煤層的開采最為容易，只需要通過(guò)無(wú)人自動(dòng)化刨煤機(jī)就可以完成；中厚煤層可以采用一次性無(wú)人開采技術(shù)；特厚煤層的開采難度較大，需要采用無(wú)人放頂煤開采。

2.2 安全性高

受傳統(tǒng)煤礦開采技術(shù)的限制，煤礦開采設(shè)備較為落后，基礎(chǔ)設(shè)施不完善，存在較大的安全隱患，安全問(wèn)題頻發(fā)，其中瓦斯爆炸是最常出現(xiàn)的問(wèn)題之一，嚴(yán)重威脅到煤礦工人的生命安全。而無(wú)人工作面開采技術(shù)的應(yīng)用能夠提前釋放大量的瓦斯，降低瓦斯?jié)舛?，從而降低爆炸發(fā)生的可能性。并且，無(wú)人工作面開采技術(shù)在應(yīng)用的過(guò)程中往往采用遠(yuǎn)程控制的方式，不需要工作人員現(xiàn)場(chǎng)近距離操作，這就大大提高了煤礦開采的安全性。

2.3 技術(shù)先進(jìn)，自動(dòng)化水平高

無(wú)人工作面開采技術(shù)在摒棄傳統(tǒng)煤礦開采技術(shù)的缺點(diǎn)、保留傳統(tǒng)開采技術(shù)的基礎(chǔ)上，融入了大量現(xiàn)代科技元素，更多地采用智能化操作，因而，技術(shù)先進(jìn)、自動(dòng)化水平高。

3 煤礦無(wú)人工作面開采的關(guān)鍵技術(shù)

3.1 煤巖自動(dòng)識(shí)別技術(shù)

煤巖自動(dòng)識(shí)別技術(shù)主要是指通過(guò)特定視覺(jué)技術(shù)的運(yùn)用對(duì)煤巖的構(gòu)造進(jìn)行自動(dòng)分析和識(shí)別，從而將煤與巖區(qū)分開來(lái)的技術(shù)。在科技發(fā)展的推動(dòng)之下，現(xiàn)階段的煤巖自動(dòng)識(shí)別技術(shù)的水平已經(jīng)得到了非常大的提升。煤巖自動(dòng)識(shí)別技術(shù)包括記憶程序控制系統(tǒng)和振動(dòng)頻譜傳感系統(tǒng)，通過(guò)對(duì)噪聲技術(shù)、超聲波技術(shù)、雷達(dá)探測(cè)技術(shù)等技術(shù)的綜合運(yùn)用，實(shí)現(xiàn)煤巖的自動(dòng)識(shí)別[3]。但其不足之處在于雷達(dá)探測(cè)技術(shù)現(xiàn)階段還不能識(shí)別復(fù)雜的煤巖情況，因而，提高煤巖傳感器的分辨率迫在眉睫。為了充分發(fā)揮雷達(dá)探測(cè)技術(shù)在煤礦無(wú)人工作面開采中的作用，應(yīng)切實(shí)提高記憶程控煤巖識(shí)別系統(tǒng)的整體質(zhì)量。

3.2 采煤機(jī)自動(dòng)定位技術(shù)

作為無(wú)人工作面開采的前提，自動(dòng)定位技術(shù)的應(yīng)用能夠有效的提高煤礦開采的技術(shù)水平。但現(xiàn)階段，我國(guó)在這方面的技術(shù)仍然比較落后，尚未取得明顯的突破。為了解決這一問(wèn)題，我們必須不斷努力研發(fā)出適合我國(guó)國(guó)情的定位系統(tǒng)。采煤機(jī)自動(dòng)定位技術(shù)具體包括以下幾個(gè)方面：①構(gòu)建動(dòng)力模型。采煤機(jī)工作環(huán)境的復(fù)雜性使得采煤機(jī)的運(yùn)動(dòng)非常容易受到采煤路線、煤巖性質(zhì)等因素的影響，在這些因素的影響之下，采煤機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)極易發(fā)生改變。這種情況下，要想準(zhǔn)確的把握采煤機(jī)的速度、位置等運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就會(huì)變得更為復(fù)雜。因而，構(gòu)建采煤機(jī)的動(dòng)力模型，模擬各種因素對(duì)采煤機(jī)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的影響，確定采煤機(jī)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)已經(jīng)成為自主定位系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。②計(jì)算數(shù)據(jù)。在構(gòu)建好采煤機(jī)的動(dòng)力模型之后，必須要以大量的數(shù)據(jù)作為支撐才能夠進(jìn)行模型的分析工作。所以，加強(qiáng)對(duì)高效的數(shù)據(jù)處理辦法的研究，解決計(jì)算精度等問(wèn)題是不可獲取的重要步驟。③構(gòu)建航模推算誤差補(bǔ)償模型。在工作環(huán)境的影響之下，慣性傳感器會(huì)產(chǎn)生一定的誤差，而慣性傳感器的誤差會(huì)影響到航模推算系統(tǒng)的精度。所以，必須通過(guò)先進(jìn)的理論與方法對(duì)目標(biāo)位置進(jìn)行最優(yōu)估計(jì)，最大限度的降低傳感器誤差對(duì)位置狀態(tài)的影響，從而有效提高航模推算系統(tǒng)的定位精度。④導(dǎo)航系統(tǒng)。目前，煤礦無(wú)人工作面開采導(dǎo)航系統(tǒng)已經(jīng)可以通過(guò)高精度的電子地圖來(lái)實(shí)現(xiàn)其基本功能。在具體操作過(guò)程中，必須確保采煤機(jī)處于預(yù)定的軌道中，并且軌道數(shù)據(jù)已知，不斷優(yōu)化、調(diào)整采煤機(jī)的實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀況，從而確保采煤機(jī)處于正確的路線中。

3.3 數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)

因?yàn)閿?shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理功能，能夠有效減少使用者的麻煩，所以，數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的應(yīng)用幾乎涵蓋了所有的領(lǐng)域，并且已經(jīng)成為煤礦無(wú)人工作面開采技術(shù)研究中必不可少的一項(xiàng)技術(shù)。將數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)的相關(guān)理論與無(wú)人工作面開采的具體過(guò)程結(jié)合起來(lái)，建立相關(guān)的數(shù)據(jù)庫(kù)，加工、處理收集到的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)能夠?yàn)槲覀儾樵?、分析?shù)據(jù)提供便利的條件。

3.4 雙向高速通訊技術(shù)

在煤礦無(wú)人工作面開采中，雙向高速通訊技術(shù)能夠快速、準(zhǔn)確的收集、傳輸井下的各類環(huán)境指標(biāo)、設(shè)備工況等數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)井上、井下雙向信息交流與共享[4]。雙向高速通訊技術(shù)實(shí)現(xiàn)了信息由井下到井上的反饋，有利于幫助技術(shù)人員更好的安排工作。但遺憾的是，現(xiàn)階段我國(guó)的雙向高速通訊技術(shù)水平還不夠高，亟待提高。

4 結(jié)語(yǔ)

在科學(xué)技術(shù)是第一生產(chǎn)力的今天，提高我國(guó)煤炭行業(yè)的生產(chǎn)力水平必須切實(shí)采用煤礦無(wú)人工作面開采技術(shù)，從而提高煤炭生產(chǎn)的效率，保障煤炭生產(chǎn)的安全進(jìn)行。為此，煤礦企業(yè)應(yīng)該加大對(duì)無(wú)人工作面開采技術(shù)的研發(fā)和應(yīng)用力度，切實(shí)提高技術(shù)水平，從而提高我國(guó)煤炭行業(yè)的國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)力。

[1] 趙建平.煤礦無(wú)人工作面開采技術(shù)應(yīng)用分析[J].中國(guó)高新技術(shù)企業(yè)，2015 （10）：164.

[2] 沈慶華.試論煤礦無(wú)人工作面開采技術(shù)[J].能源技術(shù)與管理，2017（3）：172.

[3] 李華煒.師皓宇.薄煤層無(wú)人工作面機(jī)械化開采技術(shù)分析與實(shí)踐[J].中國(guó)安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)，2010 （6）：61.

[4] 李付崗.煤礦無(wú)人工作面的開采技術(shù)探討[J].科技與企業(yè)，2015（6）：148.