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[摘 要]根据现代化煤矿无人工作面的定义，国内外综采工作面无人、少人采矿技术的发展现状，分析了自动化综采工作面所需的关键技术和国内自动化综采设备完全集中自动控制要解决的技术难题，
[关键词]自动化 采煤 研究
中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）41-0250-01
引言：我国煤炭总体资源短缺，目前全国各地煤炭产量逐年上升，与之对应的矿工意外事故死亡率也有所升高，由于国内总体开采技术水平相对落后，导致煤炭资源浪费严重，事故频繁。所以因地制宜建设无人、少人自动化采煤工作面降有利于降低一线工人劳动強度、提高员工工作安全及工作效率。自动化综采工作面能实现采煤机记忆截割，液压支架自动降移升，无需人员操作，自动完成采煤过程。采煤机根据示范刀的存储数据，随着工作面地质变化，摇臂自动升与降，使滚筒达到合适的高度自动割煤。液压支架随着采煤机的运行自动完成收护帮板、移架、推溜等各种动作。自动化工作面能大大降低劳动强度，提高生产效率，值得推广研究。
一、工作面控制系统组成
工作面控制设备主要包括1、主控系统 2、顺槽皮带子系统 3、乳化液泵站子系统 4、喷雾泵站子系统 5、VOITH软启动设备子系统 6、工作面三机（转载机、破碎机、刮板运输机）子系统
综采工作面综合自动化通讯连接系统包括：三机通讯控制子系统、顺槽胶带机通讯控制子系统、泵站控制系统、工作面供电系统、采煤机控制系统（采煤机系统和支架电液控系统进行通讯，采煤机的数据信 息由支架电液控系统传给主控制器）
二、控制功能
1、由中央控制器对各个子系统进行信息检测、控制、显示、报警、上传等功能。
2、采煤机控制系统与液压支架控制系统之间进行通讯。采煤机控制系统和液压支架控制系统两个子系统的全部数据经液压支架控制系统通过光缆汇报给地面监控系统，实现地面采煤机和液压支架联动控制的远程操作。
3、液压支架控制系统同中央控制器之间的通讯。液压控制系统与中央控制器之间通过协议连接，支架控制系统将采煤机位置及支架控制系统的主要技术数据传给中央控制器，通过中央控制器上传地面。
4、供电系统和中央控制器之间的通讯监控设备为：采煤机开关、运输机开关、破碎机开关、转载机开关、喷雾泵开关、乳化泵开关、皮带机CST。
5、泵站和中央控制器之间的通讯。 泵站子系统控制器带有监控接口与中央控制器进行连接直接通讯。
三、无人工作面的定义
国外无人工作面的定义：利用最先进的地下通讯、定位、工艺设计、监视和控制系统操纵采矿设备与采矿系统。我国国内最早对无人工作面采煤技术的定义：工人不出现在回采工作面内，而是在回采工作面以外的地点操作和控制机电设备，完成工作面内的破煤、装煤、运煤、支护和处理采空区等各项工序。根据国内外对无人综采工作面的定义，我们可以看出国外对综采工作面控制系统的研究较我国早期研究更加具体化，尤其是提出了综采工作面实现无人化需要的具体先进的技术，且分专业学科进行了描述，指明了实现无人、少人采矿必须具备的哪些条件和具体研究方向。目前，美国、澳大利亚、芬兰、德国等国家在自动化采矿技术方面走在了全世界的前列，这几年我国对自动化无人、少人采矿技术也进行了深入的研究和应用，但受到复杂地质条件的影响进展相对缓慢，诸多技术攻关在进一步的探索和试验当中。
四、自动化采矿关键技术
根据本人多年在采矿一线工作经验和对采煤工作面自动化技术的研究总结， 研究中国煤矿工作面自动化水平，基于自动化无人工作面的具体分析，要实现符合中国国情的无人工作面，需要对现代化先进机电运输设备进行科学技术创新。完成以下关键技术的攻关：工作面环境感知技术（包括矿压观测、自动喷雾降尘系统、温度监测系统、视频可视化监控系统等）采煤机自动定位与自动导航技术、采煤机自动调高技术、煤岩自动识别技术、液压支架电液控制技术（包括单架移架和成组移架）、刮板输送机自动推移技术、三机工况检测和故障诊断技术、井下高速双向通讯技术、矿山软件与模型技术，数据库技术以及井下传感器技术等。
五、技术难题
1、采煤机自动截割功能
德国Eickhoff公司生产的SL-750型采煤机就具有自动记忆截割功能，也是当前自动化采煤比较成功的采煤机。它的使用方法是：即事先由人工操作采煤机来割一个示范刀，采煤机内部存储器就会自动记下在采煤机一个示范刀过程中各个位置时滚筒的截割高度数据。如果要实现无人化采煤就要打开自动截割功能后，采煤机会严格按照示范刀的数据自动升降摇臂，自动割煤，无需人员干涉。煤机还能随着工作面的倾角的变化，自动调整数据，进行自动补偿，使工作面在遇到地质条件变化时依然能自动割煤，并保持平直。
考虑到我国90%左右的现代化矿井井下地质条件极其复杂：有顶软、帮软、低软的三软煤层、采煤工作面坡度陡、有不可预见的复杂地质构造带、工作面淋水大等现象，故自动记忆截割只能适应地质条件好的井下采煤工作面，对于井下地质条件复杂的矿井采煤机自动存储记忆的采煤数据并不一定适合下一刀的隔煤条件。这样的话就极大的制约了自动化无人采煤技术的发展，所以研究设计开发适合国内煤矿井下条件的自动化采煤机对促进我国自动化无人采矿具有划时代的意义。
2、工作面无人感知技术
众所周知，煤矿井下综采工作条件复杂多变，所以通过各类传感设备准确感知井下工作面煤层厚度及其变化、顶底板岩层组合及其空间分布，构造（断层、褶曲），矿井水文地质及瓦斯地质、煤层中的地质异常体、煤层夹矸、地应力、地温、工作面顶板状态、瓦斯爆炸、地热害以及由它们诱发地震、突水、煤与瓦斯突出等基础信息；将监测的信息传送至控制中心，进行专家平台分析处理，为保证工作面的生产效率提供地质数据和分析判断，从而避免因地质条件的复杂性和无序变化造成井下工作面事故的发生，所以井下各种传感器和精密设备安全装备可靠运行显得尤为重要。当前，能够精准、全面感知以上信息的自动化设备在我国还存在一定的技术缺陷，且没有形成系统性、可靠性、全面性实践应用。
3、移架自动化
移架自动化是以采煤机的具体位置为依据的支架自动移动控制功能。电液控制系统是通过红外线传感器检测到现场采煤机位置的具体信息，让后再把此信息传送到主机，主机经过内部程序的自动化处理，自动发出相应的控制命令，使相应的支架控制器自动完成相应的自动移架操作功能，比如在采煤机前方自动收护帮板，在采煤机后方自动移架，推溜等。操作员只需在控制主机上提前做好参数设置，点击开始，一切任务全部交给计算机，支架的所有动作过程完全靠自动地进行，不需要现场人员人工去操作。这样，工作面的支架就实现了无人化操作。采用移架自动化可以极大地提高了生产效率，减少了工作面作业人员。
结论：
实现无人、少人的自动化采矿是当前我国乃至国际采矿专业研究的焦点，针对不同的采矿区域和采矿条件，研究开发适合各自不同条件下的自动化采煤技术对提高采矿效率，节约资源浪费、减少劳动成本、降低工作强度有着十分重要的意义。国内大多数煤矿地质条件复杂，工作面倾角大，如何在复杂地质条件下提高综采工作面的自动化程度。这就要求我们不断克服各种困难，敢于尝试，加大研究和投入力度，不断实践和总结经验，为煤矿综采工作面实现高度自动化提供技术支持。
参考文献
【1】吴建国； WEB SERVICES构架下的地质信息集成平台研究[D]；中国矿业大学；2008年.
【2】孙继平； 矿井通信与监控关键科学技术问题[R]北京中国矿业大学（北京）2009..
【3】赵永德； 宋鹏；陈爽；钱伯军；；综采工作面自动化技术[J]；煤炭技术；2010年01期.
【4】王建国； 提高科技自主创新能力 保障煤矿安全[J]；煤炭科学技术；2007年07期.
【5】于励民； 利用国产装备实现综采自动化的研究与实践[J]；工矿自动化；2009年07期.
罗进堂 男 毕业于回族自治区宁夏大学，机电专业 助理工程师.
[关键词]自动化 采煤 研究
中图分类号：TD82 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2014）41-0250-01
引言：我国煤炭总体资源短缺，目前全国各地煤炭产量逐年上升，与之对应的矿工意外事故死亡率也有所升高，由于国内总体开采技术水平相对落后，导致煤炭资源浪费严重，事故频繁。所以因地制宜建设无人、少人自动化采煤工作面降有利于降低一线工人劳动強度、提高员工工作安全及工作效率。自动化综采工作面能实现采煤机记忆截割，液压支架自动降移升，无需人员操作，自动完成采煤过程。采煤机根据示范刀的存储数据，随着工作面地质变化，摇臂自动升与降，使滚筒达到合适的高度自动割煤。液压支架随着采煤机的运行自动完成收护帮板、移架、推溜等各种动作。自动化工作面能大大降低劳动强度，提高生产效率，值得推广研究。
一、工作面控制系统组成
工作面控制设备主要包括1、主控系统 2、顺槽皮带子系统 3、乳化液泵站子系统 4、喷雾泵站子系统 5、VOITH软启动设备子系统 6、工作面三机（转载机、破碎机、刮板运输机）子系统
综采工作面综合自动化通讯连接系统包括：三机通讯控制子系统、顺槽胶带机通讯控制子系统、泵站控制系统、工作面供电系统、采煤机控制系统（采煤机系统和支架电液控系统进行通讯，采煤机的数据信 息由支架电液控系统传给主控制器）
二、控制功能
1、由中央控制器对各个子系统进行信息检测、控制、显示、报警、上传等功能。
2、采煤机控制系统与液压支架控制系统之间进行通讯。采煤机控制系统和液压支架控制系统两个子系统的全部数据经液压支架控制系统通过光缆汇报给地面监控系统，实现地面采煤机和液压支架联动控制的远程操作。
3、液压支架控制系统同中央控制器之间的通讯。液压控制系统与中央控制器之间通过协议连接，支架控制系统将采煤机位置及支架控制系统的主要技术数据传给中央控制器，通过中央控制器上传地面。
4、供电系统和中央控制器之间的通讯监控设备为：采煤机开关、运输机开关、破碎机开关、转载机开关、喷雾泵开关、乳化泵开关、皮带机CST。
5、泵站和中央控制器之间的通讯。 泵站子系统控制器带有监控接口与中央控制器进行连接直接通讯。
三、无人工作面的定义
国外无人工作面的定义：利用最先进的地下通讯、定位、工艺设计、监视和控制系统操纵采矿设备与采矿系统。我国国内最早对无人工作面采煤技术的定义：工人不出现在回采工作面内，而是在回采工作面以外的地点操作和控制机电设备，完成工作面内的破煤、装煤、运煤、支护和处理采空区等各项工序。根据国内外对无人综采工作面的定义，我们可以看出国外对综采工作面控制系统的研究较我国早期研究更加具体化，尤其是提出了综采工作面实现无人化需要的具体先进的技术，且分专业学科进行了描述，指明了实现无人、少人采矿必须具备的哪些条件和具体研究方向。目前，美国、澳大利亚、芬兰、德国等国家在自动化采矿技术方面走在了全世界的前列，这几年我国对自动化无人、少人采矿技术也进行了深入的研究和应用，但受到复杂地质条件的影响进展相对缓慢，诸多技术攻关在进一步的探索和试验当中。
四、自动化采矿关键技术
根据本人多年在采矿一线工作经验和对采煤工作面自动化技术的研究总结， 研究中国煤矿工作面自动化水平，基于自动化无人工作面的具体分析，要实现符合中国国情的无人工作面，需要对现代化先进机电运输设备进行科学技术创新。完成以下关键技术的攻关：工作面环境感知技术（包括矿压观测、自动喷雾降尘系统、温度监测系统、视频可视化监控系统等）采煤机自动定位与自动导航技术、采煤机自动调高技术、煤岩自动识别技术、液压支架电液控制技术（包括单架移架和成组移架）、刮板输送机自动推移技术、三机工况检测和故障诊断技术、井下高速双向通讯技术、矿山软件与模型技术，数据库技术以及井下传感器技术等。
五、技术难题
1、采煤机自动截割功能
德国Eickhoff公司生产的SL-750型采煤机就具有自动记忆截割功能，也是当前自动化采煤比较成功的采煤机。它的使用方法是：即事先由人工操作采煤机来割一个示范刀，采煤机内部存储器就会自动记下在采煤机一个示范刀过程中各个位置时滚筒的截割高度数据。如果要实现无人化采煤就要打开自动截割功能后，采煤机会严格按照示范刀的数据自动升降摇臂，自动割煤，无需人员干涉。煤机还能随着工作面的倾角的变化，自动调整数据，进行自动补偿，使工作面在遇到地质条件变化时依然能自动割煤，并保持平直。
考虑到我国90%左右的现代化矿井井下地质条件极其复杂：有顶软、帮软、低软的三软煤层、采煤工作面坡度陡、有不可预见的复杂地质构造带、工作面淋水大等现象，故自动记忆截割只能适应地质条件好的井下采煤工作面，对于井下地质条件复杂的矿井采煤机自动存储记忆的采煤数据并不一定适合下一刀的隔煤条件。这样的话就极大的制约了自动化无人采煤技术的发展，所以研究设计开发适合国内煤矿井下条件的自动化采煤机对促进我国自动化无人采矿具有划时代的意义。
2、工作面无人感知技术
众所周知，煤矿井下综采工作条件复杂多变，所以通过各类传感设备准确感知井下工作面煤层厚度及其变化、顶底板岩层组合及其空间分布，构造（断层、褶曲），矿井水文地质及瓦斯地质、煤层中的地质异常体、煤层夹矸、地应力、地温、工作面顶板状态、瓦斯爆炸、地热害以及由它们诱发地震、突水、煤与瓦斯突出等基础信息；将监测的信息传送至控制中心，进行专家平台分析处理，为保证工作面的生产效率提供地质数据和分析判断，从而避免因地质条件的复杂性和无序变化造成井下工作面事故的发生，所以井下各种传感器和精密设备安全装备可靠运行显得尤为重要。当前，能够精准、全面感知以上信息的自动化设备在我国还存在一定的技术缺陷，且没有形成系统性、可靠性、全面性实践应用。
3、移架自动化
移架自动化是以采煤机的具体位置为依据的支架自动移动控制功能。电液控制系统是通过红外线传感器检测到现场采煤机位置的具体信息，让后再把此信息传送到主机，主机经过内部程序的自动化处理，自动发出相应的控制命令，使相应的支架控制器自动完成相应的自动移架操作功能，比如在采煤机前方自动收护帮板，在采煤机后方自动移架，推溜等。操作员只需在控制主机上提前做好参数设置，点击开始，一切任务全部交给计算机，支架的所有动作过程完全靠自动地进行，不需要现场人员人工去操作。这样，工作面的支架就实现了无人化操作。采用移架自动化可以极大地提高了生产效率，减少了工作面作业人员。
结论：
实现无人、少人的自动化采矿是当前我国乃至国际采矿专业研究的焦点，针对不同的采矿区域和采矿条件，研究开发适合各自不同条件下的自动化采煤技术对提高采矿效率，节约资源浪费、减少劳动成本、降低工作强度有着十分重要的意义。国内大多数煤矿地质条件复杂，工作面倾角大，如何在复杂地质条件下提高综采工作面的自动化程度。这就要求我们不断克服各种困难，敢于尝试，加大研究和投入力度，不断实践和总结经验，为煤矿综采工作面实现高度自动化提供技术支持。
参考文献
【1】吴建国； WEB SERVICES构架下的地质信息集成平台研究[D]；中国矿业大学；2008年.
【2】孙继平； 矿井通信与监控关键科学技术问题[R]北京中国矿业大学（北京）2009..
【3】赵永德； 宋鹏；陈爽；钱伯军；；综采工作面自动化技术[J]；煤炭技术；2010年01期.
【4】王建国； 提高科技自主创新能力 保障煤矿安全[J]；煤炭科学技术；2007年07期.
【5】于励民； 利用国产装备实现综采自动化的研究与实践[J]；工矿自动化；2009年07期.
罗进堂 男 毕业于回族自治区宁夏大学，机电专业 助理工程师.