综采工作面智能化关键技术研究现状与发展方向

为实现综采工作面的智能化,解决目前我国矿井普遍存在的开采装备技术落后、资源采出率低等突出问题,通过分析国内外综采工作面智能化开采技术应用现状,构建了综采工作面智能开采系统的主干模型,并就其中涉及到的采煤机位置监测、工作面自动取直及水平控制、煤岩界面识别、溜坡控制等关键技术进行了分析与总结,指出应用惯性导航技术是实现工作面取直的有效方法,应用热红外线技术进行煤层特征追踪技术是解决煤岩界面识别问题的有效途径;最后对综采工作面智能化的发展方向进行了展望。     

煤岩界面识别技术研究

煤岩界面识别系统是综采工作面智能化生产的重要环节,总结了目前国内外各种煤岩界面识别的技术方法,分析了各种方法的优缺点及其应用场合,展望了未来煤岩界面识别技术的发展方向,对煤矿的智能化生产具有重要意义。     

长壁综采工作面无人自主开采发展路径与挑战

智能化无人开采是实现煤矿安全高效开采的技术途径。根据无人控制系统发展的一般规律,分析了综采工作面控制系统发展历程包括远程遥控、自动控制和自主控制3个阶段。综采工作面自主控制需要解决综采工作面环境实时感知、综采“三机”协同控制、高精度煤层地理信息系统、开采工艺智能决策与无人综采工作面评估试验方法5个方面的问题。总结了综采工作面控制系统的3个目标任务：可靠割煤与装煤、保持工作面几何关系、围岩可靠支护;凝练了综采工作面控制系统的8项关键技术：液压支架电液控制技术、综采装备协同控制技术、工作面通信技术、工作面可视化技术、采煤机定位技术、采煤机自动调高技术、工作面自动调直技术、工作面围岩支护控制技术,并分析了综采工作面控制系统关键技术与其目标任务之间的逻辑关系。通过分析综采工作面控制系统关键技术的功能需求和综采工作面自主控制的研究问题,提出了综采工作面由自动控制迈向自主控制首要解决的问题,即工作面煤层地理信息系统精细化、采煤机截割规划策略、工作面围岩智能支护策略以及综采工作面控制系统适用性评估检验方法。     

基于图像识别的煤岩界面识别方法研究

采掘工作面是煤矿事故多发地点.减少煤矿采掘工作面作业人员既是煤矿安全生产的需要,又是减轻作业人员劳动强度和改善作业环境的需要.煤岩界面识别是实现无人采煤的关键技术之一.研究了用于无人采煤工作面等的煤岩界面识别方法,指出了现有煤岩界面识别方法存在的问题.提出了基于可见光图像和红外图像识别的煤岩界面识别方法:提取色彩、灰度...     

基于精确煤层三维模型的采煤机煤岩界面识别系统

为了实现无人工作面采煤机滚筒的自动调高,需要解决煤岩界面自动识别技术,但到目前为止该技术仍然是采煤工作面自动化建设中的难点。本文提出了一种基于精确煤层三维模型的采煤机煤岩界面识别技术,通过地质测量获得的煤层数据建立煤层三维模型,通过采煤机模型在煤层模型中的运动、界面碰撞检查,实时调整采煤机摇臂高度,进而实现自动化无人开采。     

综采工作面智能化开采系统关键技术

简要回顾煤矿智能无人开采发展历程,在分析综采工作面智能化开采需求的基础上,提出了综采工作面智能化开采系统架构,包括精准煤层三维地质模型及其动态调整、智能化开采控制、智能化无人巡检装置和智能化协同集控等4个部分,提出了综采工作面智能化开采模式。分析了综采工作面初始三维地质模型、三维激光扫描技术,确定综采工作面三维地质数字化模型动态调整步骤,形成动态调整的综采工作面三维数字化地质模型,实现综采工作面的有限透明。指出综采工作面智能化开采三项关键技术:采煤机智能化割煤技术、液压支架自适应控制技术和综采工作面直线度控制技术。在神东榆家梁煤矿43101综采工作面进行技术应用,动态调整的综采工作面三维数字化地质模型精度为0.2 m,日割煤可达15刀;采煤机和支架自动化率95%以上,人工干预率20%左右;综采队全员工效125.69 t/工,较之前提高95.98%;工作面无直接操作人员,仅有1人巡视。研究成果可为煤矿智能无人开采提供借鉴。     

安山煤矿智能化无人综采技术研究

以安山煤矿为工程背景,论述智能化无人综采技术的应用现状,通过对智能化无人综采技术的研究与实践,提出“可视远程人工干预+地面操控+井下巡检”的智能化无人综采技术,其主要关键技术为采煤机记忆截割与远程人工干预技术、液压支架跟机自动化与远程人工干预技术、工作面高清晰视频监控技术等。现场应用表明,智能化无人综采技术减员效果明显,大幅提升生产效率和经济效益,推动行业转型发展。     

智能采煤机煤岩识别分析与设计

煤岩识别是实现无人化采煤工作面的关键技术之一,利用采煤机滚筒接触到不同媒介时反映出的截割电机负载变化进行初步煤岩识别,进一步通过分析调高油缸前后腔体压力的变化进行煤岩识别,该煤岩识别方法具有实用、可靠、稳定的特点。     

不同煤层地质条件下智能化无人综采技术

为进一步提升煤矿智能化开采技术装备水平,引领行业智能化开采技术科学发展,实现煤炭行业在新时代下的升级转型,结合陕煤集团黄陵矿业公司智能化无人开采成功实践经验,重点研究了复杂地质条件下薄煤层、中厚煤层和厚煤层智能化开采实践技术,得到了中厚及较薄煤层智能化无人综采的关键技术是液压支架全工作面跟机自动化与远程人工干预技术、采煤机全工作面记忆截割与远程人工干预技术、综采自动化集中控制技术、工作面视频监控技术、智能化集成供液控制技术和超前支护自动控制技术;厚煤层智能化无人综采的关键技术是大采高工作面防片帮智能控制技术、大采高工作面底软智能控制技术、大采高工作面高清晰视频监控技术和大采高工作面环境安全保障技术;得出了煤矿智能化无人开采支撑体系建设分为科技创新、信息化标准、安全保障技术、企业精细化管理和员工素质提升工程五大体系;提出了通过提高整体技术创新性与适应性和提高装备的可靠性与适应性方面的攻关研究,是不断推动煤炭智能化无人开采技术向智能开采高级阶段迈进的努力途径。最后,分析了目前国内外智能化无人开采技术应用现状及推广制约因素,并结合人工智能及新一代工业革命发展方向对煤炭智能开采技术进行了展望。     

基于卷积神经网络和语义分割混合模型的煤岩识别系统研究

综采工作面煤岩识别是实现煤矿智能化无人开采的关键技术。目前,基于图像的煤岩识别研究主要是对煤岩进行分类识别,对煤岩复杂混合层界面的识别研究较少。因此,提出了一种基于卷积神经网络的煤岩信息识别边缘计算系统,该系统包括煤矸石智能分类单元以及煤岩层智能语义分割和视觉重构单元。在煤矸石智能分类单元,采用数据增强模块和图像显著化处理模块处理图像,获得的显著化图像经过 VGG16深度网络模型进行分类识别。试验结果表明,在自制煤矸石数据集上该模型测试准确率可达99.07%;在煤岩层语义分割和视觉重构单元,将通道注意力模块(ChannelAttention,CA)嵌入到 DeepLabv3+的主干网络中,并采用Poly自适应学习策略自动调整网络训练的学习率,构建了一种适用于煤岩层图像分割的 CA_Poly_DeepLabv3+ 网络,在自制 煤 岩 分 割 数 据 集 上 的 平 均 交 并 比 定 量 指 标 为66.81%,相较于 DeepLabv3+基准网络提高了7.74个百分点,实现了较好的界面分割识别和视觉重构。     

急倾斜俯伪斜长壁综采机械化研究

急倾斜煤层开采条件恶劣,国内外没有长壁综采成功的先例,通过采用俯伪斜综合机械化开采工艺,减小了工作面实际倾角,克服了传统采煤方式落煤飞矸窜入液压支架伤人的现象,采煤机、刮板输送机、液压支架配套中,建立稳定一致的梁端距以及通畅的行人通道是基本的要求,为此创新研发了菱形液压支架,导向输送机为采煤机提供割煤过程依托,论述了菱形液压支架及其与特型采煤机、输送机的配套关键问题,液压支架的调整能力是保证采煤推进过程中设备不下滑的基础。通过工程实际应用,急倾斜俯伪斜长壁综合机械化开采效果显著,是急倾斜煤层开采方式的重大突破,设备之间协调运转,顶底板维护良好,对复杂难采煤层综采技术具有重大的推动意义。     

莒山煤矿复采工作面矿压显现规律与控制技术研究

根据莒山煤矿在刀柱式老采区残留煤体采用综采工艺进行回收资源的具体条件,对长壁复采工作面F3101矿压显现进行全面观测和分析研究,初步掌握了矿压显现规律,合理进行综采工作面的布置和采取控制技术措施预防冲击矿压,安全顺利实现长壁综采回收残留煤炭资源。     

综采工作面跨石门开采在土城矿的应用

为了提高煤炭采出率且实现对石门集中应力的释放,针对土城矿1512-18采面煤层赋存地质条件,分析了常规的走向长壁采煤法煤柱留设大,采出率低的原因.因此,提出了综采工作面跨石门开采方法,通过对跨石门开采技术巷道布置、支护方式、回采工艺以及开采效果的分析,说明近距离倾斜突出煤层采用走向长壁后退式采煤方法跨石门开采不但技术、安全上可行,而且还能获得较好的经济效益.     

大采高综采工作面煤壁片帮机理及控制技术

为控制大采高综采工作面煤壁片帮,通过理论分析、数值模拟、现场实测等研究方法,研究了大采高综采工作面煤壁片帮机理,在此研究基础上,根据淮南张集矿1215(3)大采高综采工作面具体条件,提出了俯斜开采、采用高阻力结构合理的液压支架、加快工作面推进速度、加固煤壁和及时带压移架等控制煤壁片帮技术,应用实践表明,控制煤壁片帮效果良好.     

薄煤层综采数字化无人工作面技术研究与应用

为实现薛村矿薄煤层94702综采工作面数字化无人开采,根据该工作面地质条件,介绍了采煤机、液压支架、刮板输送机三机设备选型过程;设计并实现了采煤机位置检测、记忆截割自动调高、运行状态实时监控以及液压支架电液控制系统的自动控制等功能。结果表明:通过采用合理的采煤方法和回采工艺,综采数字化无人工作面开采技术安全可靠,可实现自动完成割煤、移架、推移刮板输送机和顶板支护等生产流程。     

超长综放面煤层自燃火灾防治技术研究

在确定超长综放面煤层自燃危险区域的基础上,提出了有针对性、高效的综合防灭火技术体系,建立了超长综放面煤层自燃火灾快速应急防灭火系统,成功地对兴隆庄煤矿4324超长综放面煤层自燃火灾进行治理,为超长综放面的安全生产提供了重要的技术保障。     

综采放顶煤技术在千秋煤矿特厚煤层中的应用

分析了千秋煤矿特厚煤层综采放顶煤存在的问题,介绍了特厚煤层综采放顶煤技术研究与应用及取得的效果。     

黄土充填开采从地表至井下运输系统的设计

为了提高煤炭资源的采出率、减少资源浪费、改善矿区地表周边环境质量，霍州煤电集团率先提出建筑物下长壁综合机械化采煤黄土充填技术。本文根据黄土充填开采运输系统在建筑物下长壁综合机械化采煤黄土充填技术中的重要性，分析了黄土运输的自然特性，并对黄土充填开采地表至井下重要运输环节一投料井进行了设计及研究。结果表明，黄土充填开采地表至井下运输系统可满足工作面充填开采的需要。     

急倾斜煤层伪俯斜走向长壁工作面煤壁破坏机理

急倾斜煤层走向长壁工作面煤壁和底板容易发生破坏,严重影响工作面的正常推进。通过理论建模、底摩擦实验、数值计算等方法,研究了煤层顶板破断与冒落矸石滑动特征,揭示了不同煤层赋存和开采条件下煤壁破坏机理,并提出了防治煤壁破坏与底板滑移的具体措施。研究发现:急倾斜煤层走向长壁工作面顶板冒落的矸石会对采空区形成不同程度的充填,自下而上依次为“密实充填段”、“不均匀充填段”、“非充填段”3段,而工作面中上部区域由于充填不充分,动压现象明显,容易造成严重的煤壁片帮和底板滑移现象,支架的工况随之也会变差,成为整个工作面围岩稳定性最脆弱的区域,严重影响到工作面的安全高效生产,是采场围岩控制的重点区域;工作面底板稳定性显著影响煤壁的稳定性,实际生产中发现,在煤层赋存和开采条件不同时,煤壁破坏一般会呈现出“塑性-流动”、“挤出-滑移”、“剪切-滑移”3种破坏模式;工作面采用伪俯斜布置不仅可以显著提高煤壁和底板的稳定性,也可以有效阻止液压支架倾倒和下滑,还可以避免工作面飞矸发生,配合整体推刮板输送机和“柔性加固煤壁”等技术可以实现急倾斜煤层走向长壁工作面安全高效开采,有效解决急倾斜煤层机械化开采所面临的一系列岩层控制难题。     

综放采煤法中沿空巷道煤层自然发火预测模型研究

根据综放工作面巷道自然环境及条件,对巷道煤层自然发火物理模型进行简化。在此基础上,建立了巷道煤层自然危险性二维预测模型,分析了模型边界条件的确定方法;并采用有限差分法对模型进行数值求解,根据计算结果对巷道松散煤体自然发火进行预测。最后,以东淮矿4308综放工作面沿空轨道运输巷自然发火为例进行预测,精度可达88．9％以上,证明该模型基本能满足现场自燃性预测的需要。