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

采煤工作面是煤礦井下進行煤炭生產的場所，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實現(xiàn)了綜合機械化開采。煤礦生產發(fā)展的過程中是必定要經歷無人值守這個過程的煤礦生產的無人值守是煤礦生產發(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的研究尤為重要，是實現(xiàn)煤礦零傷亡率的重要技術保障。

一、采煤工作面常見災害

（一）頂板災害

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、工作面支護技術的不斷提高，大范圍的冒頂事故已經杜絕，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。頂板災害中的頂板大面積來壓和沖擊地壓對于煤礦的生產帶來災難性的打擊。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來解決，而沖擊地壓無法根治，只能進行預防。

（二）瓦斯災害

瓦斯災害主要表現(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措施、多種設備來預防瓦斯爆炸，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

礦井水災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，會使底板承壓水涌入工作面，造成人員傷亡和財產的損失。礦井火災可以分為煤的自燃、人為火災、電氣設備火災等，其中影響采煤工作面安全生產的多為煤的自燃發(fā)火。在易發(fā)火的煤層中，如果技術措施不到位，會導致整個工作面乃至全礦井的火災。

二、煤礦無人工作面開采的關鍵技術

（一）采煤機智能定位系統(tǒng)

目前煤機智能定位在國內外還沒有較為成熟的技術支持。因此，實現(xiàn)采煤機自主定位是采煤機智能定位系統(tǒng)的關鍵技術。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。一方面構建采煤機動力模型，采煤工作需要面臨復雜多樣的地理環(huán)境因素，合理的采煤機動力模型的建設，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)實地質環(huán)境，將所有對傳感器有影響的干擾因素考慮在內，以此構建采煤機的運動軌跡。在大數(shù)據(jù)采集分析的基礎上構建科學采煤機動力模型。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換研究出合理高效的求解方法。此外還應建立地下電子導航數(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)是將網絡傳輸技術、通訊技術和監(jiān)控技術結合到一起，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，此項技術可以讓工作面設備更加安全穩(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)網技術傳輸?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)控技術的結合，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)對相關設備的控制，最終讓整個工作環(huán)境內的生產情況和設備的情況都能夠監(jiān)控在內，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)調控制，根據(jù)運輸系統(tǒng)的自動調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，還有權限的管理功能，這樣就可以對整個工作系統(tǒng)的設備等進行視頻化的遠程控制，結合告訴的通信技術可以和工作人員進行視頻對話，要選擇高速的遠程網絡化運輸，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備運行情況和具體的生產情況實時的監(jiān)控，如果出現(xiàn)緊急的情況也可以及時的進行遠程干預。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鍵技術的發(fā)展打破了傳統(tǒng)開采技術的壁壘，還有許多技術性問題需要解決。未來應不斷突破技術難題，創(chuàng)立更完善的技術體系，使其在煤炭開采工作發(fā)揮更大的價值。