（國家能源集團國電建投內(nèi)蒙古能源有限公司察哈素煤礦，內(nèi)蒙古 鄂爾多斯 017200）

采煤工作面是煤礦井下進行煤炭生產(chǎn)的場所，綜采工藝的出現(xiàn)，使得采煤效率急劇提升，安全事故大幅降低。目前，我國絕大多數(shù)現(xiàn)代化煤礦的采煤工作面基本已經(jīng)實現(xiàn)了綜合機械化開采。煤礦生產(chǎn)發(fā)展的過程中是必定要經(jīng)歷無人值守這個過程的煤礦生產(chǎn)的無人值守是煤礦生產(chǎn)發(fā)展的必由之路，是目前減少煤礦事故傷亡事件的解決辦法之一。因此，無人采煤工作面開采技術(shù)的研究尤為重要，是實現(xiàn)煤礦零傷亡率的重要技術(shù)保障。

一、采煤工作面常見災(zāi)害

（一）頂板災(zāi)害

隨著礦山壓力與巖層控制理論、支護理論的不斷完善，以及巷道支護技術(shù)、工作面支護技術(shù)的不斷提高，大范圍的冒頂事故已經(jīng)杜絕，而局部冒頂事故時有發(fā)生。目前，最容易發(fā)生局部冒頂事故的場所為采煤工作面，其中工作面端頭、超前支護段以及支架前探梁處尤為突出。頂板災(zāi)害中的頂板大面積來壓和沖擊地壓對于煤礦的生產(chǎn)帶來災(zāi)難性的打擊。其中，頂板大面積來壓目前尚可通過高壓注水或松動爆破等頂板軟化技術(shù)來解決，而沖擊地壓無法根治，只能進行預(yù)防。

（二）瓦斯災(zāi)害

瓦斯災(zāi)害主要表現(xiàn)為兩種形式：煤巖與瓦斯突出、瓦斯爆炸。前者多發(fā)生在掘進巷道，尤其是石門揭煤時；后者多出現(xiàn)在采煤工作面。隨著采煤機的割煤，煤層中吸附的瓦斯會游離出來，使瓦斯的積聚，導(dǎo)致瓦斯爆炸事故的發(fā)生。雖然目前采煤工作面有多種技術(shù)措施、多種設(shè)備來預(yù)防瓦斯爆炸，但是采煤工作面的工作人員仍然會一直處于危險的作業(yè)環(huán)境中。

（三）礦井水災(zāi)

礦井水災(zāi)中危害最大的為老空水和承壓水。老空水對掘進巷道有著致命的威脅，給采煤帶來危險的多為煤層底板承壓水。如果對煤層底板的治理措施不當(dāng)，會使底板承壓水涌入工作面，造成人員傷亡和財產(chǎn)的損失。礦井火災(zāi)可以分為煤的自燃、人為火災(zāi)、電氣設(shè)備火災(zāi)等，其中影響采煤工作面安全生產(chǎn)的多為煤的自燃發(fā)火。在易發(fā)火的煤層中，如果技術(shù)措施不到位，會導(dǎo)致整個工作面乃至全礦井的火災(zāi)。

二、煤礦無人工作面開采的關(guān)鍵技術(shù)

（一）采煤機智能定位系統(tǒng)

目前煤機智能定位在國內(nèi)外還沒有較為成熟的技術(shù)支持。因此，實現(xiàn)采煤機自主定位是采煤機智能定位系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。要實現(xiàn)這一系統(tǒng)的有力開發(fā)，就要對以下方面進行重點研究。一方面構(gòu)建采煤機動力模型，采煤工作需要面臨復(fù)雜多樣的地理環(huán)境因素，合理的采煤機動力模型的建設(shè)，保證采煤機在符合開采要求的前提下穩(wěn)定運作。這需要參考大量的動態(tài)數(shù)據(jù)，并充分考慮現(xiàn)實地質(zhì)環(huán)境，將所有對傳感器有影響的干擾因素考慮在內(nèi)，以此構(gòu)建采煤機的運動軌跡。在大數(shù)據(jù)采集分析的基礎(chǔ)上構(gòu)建科學(xué)采煤機動力模型。另一方面是精準確定動態(tài)目標的位置與速度。通過提高計算的精度，計算的量，計算的時間和坐標的轉(zhuǎn)換研究出合理高效的求解方法。此外還應(yīng)建立地下電子導(dǎo)航數(shù)據(jù)。通過收集的采煤機的運動軌跡數(shù)據(jù)和地圖數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)進行對比，進而正確匹配地圖。通過對信息的監(jiān)測收集，利用地下電子地圖，隨時監(jiān)測采煤機運行狀態(tài)。

（二）綜采可視化

無人值守工作面可視化無線監(jiān)控系統(tǒng)是將網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)、通訊技術(shù)和監(jiān)控技術(shù)結(jié)合到一起，如果工作的環(huán)境粉塵比較嚴重、照明度也很差、區(qū)域也很狹隘，那么就不適合鋪設(shè)固定的路線，需要根據(jù)實際情況靈活的變通，這個系統(tǒng)是非常重要的，操作的人員可以通過這個系統(tǒng)及時了解很多的情況，對于煤層的變化等都可以在第一時間掌握到，在必要的情況下還可以采取手段進行遠程干擾，可以避免地質(zhì)條件變化或者煤層變化的時候采煤機切割到巖石的情況，此項技術(shù)可以讓工作面設(shè)備更加安全穩(wěn)定的運行。工作面視頻圖像監(jiān)控系統(tǒng)是實現(xiàn)工作面可視化的重要組成部分，可以將地下探測的數(shù)據(jù)通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)傳輸?shù)奖O(jiān)控平臺上，讓圖像可以跟著采煤機來移動，可以跟著采煤機實時監(jiān)控，不管采煤機到哪個地方都可以對相應(yīng)位置的圖像進行切換，實現(xiàn)遠程監(jiān)控。

（三）無人值守工作面集控平臺

無人值守是將施工過程中所有用到的設(shè)備都能夠進行檢測并且實現(xiàn)集中控制，通過和視頻監(jiān)控技術(shù)的結(jié)合，實現(xiàn)遠程遙控的操作，和控制中心采用高性能的計算機以及實時的數(shù)據(jù)庫采集軟件，來對數(shù)據(jù)進行采集的監(jiān)控，采用綜采工作面專用控制裝置，來實現(xiàn)對相關(guān)設(shè)備的控制，最終讓整個工作環(huán)境內(nèi)的生產(chǎn)情況和設(shè)備的情況都能夠監(jiān)控在內(nèi)，實現(xiàn)對采煤機的遠程監(jiān)控并且進行控制，每一個支架動作的遠程控制和遠程的操作都能夠得到相應(yīng)的控制。還需要根據(jù)工藝的具體要求來對采煤機和支架電液控制系統(tǒng)進行協(xié)調(diào)控制，根據(jù)運輸系統(tǒng)的自動調(diào)控采煤機運行的情況、運輸?shù)某绦蛞约氨Ｗo和報警來對軟件的以往數(shù)據(jù)和現(xiàn)在的實時數(shù)據(jù)進行分析記錄，還有權(quán)限的管理功能，這樣就可以對整個工作系統(tǒng)的設(shè)備等進行視頻化的遠程控制，結(jié)合告訴的通信技術(shù)可以和工作人員進行視頻對話，要選擇高速的遠程網(wǎng)絡(luò)化運輸，讓工作人員能夠掌握實時的情況。地面的操作平臺和控制中心一般采用的都是一千兆的寬帶數(shù)據(jù)通訊，這樣就可以對工作中的設(shè)備運行情況和具體的生產(chǎn)情況實時的監(jiān)控，如果出現(xiàn)緊急的情況也可以及時的進行遠程干預(yù)。地面的集中控制中心的計算機可以對無人的工作環(huán)境進行三維的模擬仿真，并且和工作面可以通過可視系統(tǒng)的視頻信號結(jié)合，這樣模擬的場景就能夠和真實的場景一體化并且隨意的切換。

煤礦智能無人采煤工作面開采關(guān)鍵技術(shù)的發(fā)展打破了傳統(tǒng)開采技術(shù)的壁壘，還有許多技術(shù)性問題需要解決。未來應(yīng)不斷突破技術(shù)難題，創(chuàng)立更完善的技術(shù)體系，使其在煤炭開采工作發(fā)揮更大的價值。