高效快速掘进系统的协同控制

高效快速掘进系统的协同控制需要以工作面采掘、支护、运输工艺为基础,实现采掘、破碎、支护等多个移动设备之间协同行走和运输系统联动控制。针对上述需求,将高效快速掘进系统中各设备的电控系统通过无线通信装置进行数据双向交互,实现了运输系统联动控制、可弯曲带式输送机和迈步式自移机尾的联动控制、掘锚机与破碎机的协同作业,达到了各设备协调、连续、高效、安全运行的目的。     

综掘系统视觉处理技术研究现状及发展趋势

机器视觉技术具有非接触测量、获取信息量大、数据处理能力强等优点,将其应用于综掘工作面,对于提高综掘工作效率、保障人员设备安全、减少事故发生具有重要意义。综述了近年来视觉处理技术在煤矿综掘系统中的具体应用与发展情况,依据综掘工作面的任务分工,结合具体实际案例,重点分析了机器视觉技术在视觉检测与定位、安全监测与事故预防、装备自动化与智能化等方面的应用。通过分析不同应用场景中各类视觉检测系统的结构与检测原理,明确了视觉处理技术在综掘工作面工程应用中的技术性能、工作流程及优缺点。分析了视觉技术在综掘工作面应用中存在的挑战,包括环境适应性问题、成像视野范围较窄、智能算法的鲁棒性和可靠性尚待提高等。指出多传感器信息融合技术、设备群协同控制技术与数字孪生驱动远程监控技术是基于机器视觉的煤矿智能化装备体系未来需要重点发展的新方向。     

岩巷综掘快速高效施工方法

随着矿井开采强度逐渐增大,为确保三量实现动态平衡,开掘工程实现机械化快速掘进势在必行。针对传统巷道开口采用炮掘施工,施工工艺复杂、工序繁多,施工效率低下,不能满足矿井安全高效生产需要的问题,以永城煤电控股集团有限公司陈四楼煤矿十八采区皮带下山为背景,提出了综掘机破岩+桥式转载机转载+皮带机出矸和综掘机破岩+耙装机出矸+皮带机出矸两种施工方法。系统地分析了巷道开口施工的关键因素,通过岩巷综掘快速高效施工方法,多设备配合联动,设置采区及水平矸石仓解决矸石转载运输问题,实现了工程综掘快速高效掘进。     

煤矿井下短壁工作面区域自动化研究

为了提高煤矿井下短壁工作面区域内多台设备间自动化协同控制水平,阐述了短壁工作面多种采掘设备在煤矿井下生产环节的作用及其电气控制系统组成。通过现场总线技术、无线通信技术的运用,构建区域内单台设备以及设备间协同控制网络;通过控制软件,既实现了煤矿井下生产过程中多台设备之间信息共享,又实现了连续采煤机、梭车、给料破碎机间的协同控制。应用结果表明,该系统提高了短壁工作面区域自动化水平,降低了井下工人的劳动强度,达到了减员增效的目的。     

采掘设备行走部牵引控制的实现

为了提高掘进工作面的掘进效率,有效缓解采、掘速度失调的矛盾,深入研究液压驱动及变频调速驱动这两种在采掘设备中常用的行走控制技术。解析了两种技术不同的控制原理及特点,并以履带行走式液压支架、连续采煤机作为两种控制方式实现的载体,分别介绍了行走电气控制的硬件配置原理、软件工作流程。着重说明手柄数据处理、脉冲宽度调制(PWM)输出控制、不同工况下变频行走控制策略及如何利用ST语言实现相关程序代码的编写。实际应用表明,液压驱动行走控制技术满足了液压支架对顶板支护速度的要求,保证了回采作业及人身的安全;变频调速驱动技术满足了连采机对电机频繁启停、快速响应、大启动转矩等工作性能的要求,提高了采煤机的工作效率及成巷质量。最后,提出以单机行走控制的应用经验为基础,并融合多种技术,展开对掘进工作面设备间协同行走方案的研究,以进一步提高巷道的掘进效率及设备的自动化水平。     

“三软”不稳定煤层综放工作面智能化应用与实践

本文针对“三软”不稳定煤层地质特点,在综放工作面智能化建设实践中,通过一系列装备技术和管理、控制程序优化,较好地解决了综放智能化工作面常态化运行中支架钻底、超高、倒架、邻架错差等支架姿态控制技术难题;在目前煤矸智能识别技术条件下,通过优化放煤程序,较好地实现了自动+人工辅助放煤功能;通过支架采高动态管理和护帮板位置控制,有效避免了煤机运行中干涉支架风险;通过视频联动技术和分布式通讯控制装置,初步实现了工作面沿线设备协同控制问题。     

唐口煤矿综掘机智能远程控制技术

针对目前我国综掘机自动化及综掘工艺智能化方面的研究和应用已初见成效,但在智能化感知与远程控制技术上仍欠缺的问题,从唐口煤矿综掘工作面实际情况出发,综合利用综掘机自动定位控制、自动截割控制、远程自动控制等技术,研发了一种综掘机智能远程控制系统。采用全自动防爆全站仪配合多种传感器实现综掘机定位;对综掘机操作系统、电控系统、液压系统进行升级改造,实现综掘机定位数据分析、截割动作自动规划等;采用远距离传输协议,实现综掘机自动定位与一键截割远距离控制。应用表明,实施综掘机智能远程控制系统后,唐口煤矿实现了综掘工作面30～50m范围内无人作业,提高了安全生产水平;每班只需1名操作人员,达到了减员提效的目的。     

煤矿智能化掘进关键技术研究

介绍了近年来煤矿巷道掘进主要技术（悬臂式掘进机综掘技术、连续采煤机掘进技术及掘锚一体化掘进技术）的研究成果,分析了这3种主要巷道掘进技术在我国的适用性及推广价值,指出：(1)悬臂式掘进机综掘技术仅能“前掘后锚”,掘进与支护的过程不能同时进行,限制了掘进效率。(2)连续采煤机掘进技术仅可在近水平煤层条件下进行,且对顶板的稳定程度有一定要求,适用性不强。(3)掘锚一体化掘进技术仅适用于巷道断面大的单巷快速掘进,所用到的掘锚一体机机身大且价格昂贵,并对所掘进巷道的底板稳定性有一定的要求。相比连续采煤机掘进技术,掘锚一体化掘进技术在我国有较好的应用前景。将原有掘进机的掘进功能拓展为掘进兼支护的功能,这对掘锚一体化掘进技术的研究与普及可起到推动作用。分析了近年来煤矿巷道机器人化智能掘进技术中智能截割、远程智能监控、智能协同控制3个方面的研究成果,得出：(1)智能截割技术主要集中在对煤岩自适应识别方面的研究。(2)远程智能监控技术已从远程实时监测向远程可视化监控方向发展,虚拟仿真技术的发展将井下掘进巷道的情况可视化地展现在地面,并将控制信号反馈到掘进工作面来对掘进工作面掘进机组进行远程同步控制,成...     

基于电力载波的综掘工作面监测系统设计

针对传统的综掘工作面监测系统采用敷设专用电缆信道为主、无线通信方式为辅的通信方法存在维护难度大、通信距离和可靠性受限的问题,提出了一种基于电力载波的煤矿井下综掘工作面监测系统。该系统利用煤矿现有电力电缆进行通信,不需要敷设专用通信电缆,大大降低了系统成本,减少了因通信链路故障而导致的通信中断问题,实现了对综掘工作面的稳定、可靠监测。     

综采工作面自动化控制系统设计

为了实现综采工作面设备的协同自动化运行,设计了一种综采工作面自动化控制系统,介绍了工作面"三机"控制系统、带式输送机控制系统、采煤机控制系统、液压支架电液控制系统、泵站控制系统的构成和功能实现。该综采工作面自动化控制系统的应用实现了工作面各子系统内部全面的信息集成,通过工作面集控系统可有效对综采工作面设备进行集中控制。     

从煤矿机械化到自动化和智能化的发展与创新实践——纪念《工矿自动化》创刊50周年

回顾《工矿自动化》杂志推动和见证中国煤炭50年从煤矿机械化到自动化和智能化发展与创新实践的发展概况,阐述了煤矿自动化和智能化的创新历程。对煤矿信息基础设施、自动化及智能化装备和系统的研发与实践进行了分析。实现异构网络融合与统一承载是煤矿自动化、智能化的信息基础。在主干网+接入网异构网络不断成熟的基础上,有线通信传输速率已达10 Gibit/s以上,5G和WiFi6等无线通信技术得到广泛应用,为煤矿智能化建设提供了可靠的通信平台;将有线通信、无线通信、IP广播、人员位置监测系统、视频监控系统融合,构建多网融合通信系统,实现了融合承载网络与统一位置服务。煤矿自动化、智能化装备发展迅速,采煤工作面在实现工作面采煤机记忆截割、液压支架自动跟机移架等技术的基础上,探索基于透明地质的工作面自适应截割技术、自动放煤控制技术等;掘进工作面在实现仿形截割、定位导航、远程控制的基础上,针对钻锚一体化、多机协同、基于地质模型的掘进截割模板规划等技术进行攻关,取得较好效果;智能变频节能传动支撑煤流运输系统智能装备发展;煤矿机器人集成研发及应用,巡检机器人成熟应用,智能辅助作业机器人得到攻关,多场景机器人集群调...     

我国煤巷掘进装备现状及发展趋势

介绍了中国煤巷掘进装备即掘进机组、连续采煤机组、掘锚机组、全液压钻车机组的组成及性能,分析了这几种装备的适用条件和技术特点,指出中国煤巷掘进装备的发展趋势:采用掘进支护平行作业实现掘锚机组快速掘进作业线;采用全断面掘进技术提高掘进效率;采用先进的自动化和信息化技术实现无人化作业。     

短钻孔快速抽采工艺在长距离掘进工作面的应用

针对目前高瓦斯煤巷长距离掘进工作面瓦斯治理措施存在成本高、因回风流瓦斯体积分数高而影响掘进速度等问题,提出在长距离掘进工作面应用短钻孔快速抽采工艺,即利用检修班时间采用短钻孔进行掘进工作面快速集中抽采,通过短时间、高强度抽采小范围瓦斯,减小掘进工作面及回风流通风压力,提高煤巷掘进速度。短钻孔快速抽采工艺从时间和空间上克服了现有技术的不足,将掘进工作面长距离长时间瓦斯抽采变为短距离短时间的高效抽采。在山西霍尔辛赫煤矿3605回风巷的应用结果表明,应用短钻孔快速抽采工艺可在控制回风流与工作面瓦斯体积分数和成本的前提下,将煤巷掘进月累计进尺由170 m提高到250 m,提高了近50%,实现了对低透气性煤层长距离掘进工作面瓦斯的有效治理。     

煤矿掘进多行为协同控制智能决策模型

智能决策支持的掘进多行为协同控制是煤矿掘进工作面智能化的核心之一,掘进多行为协同控制的最优时序规划是智能决策的关键。针对煤矿掘进多行为控制模式单一、固化、协同作业能力差等问题,设计了一种煤矿掘进多行为协同控制智能决策模型,实现了掘进多行为在最优时序下的协同作业。首先,提出了掘进多行为协同控制智能决策方法,确定了掘进多行为可行时序规划集和多目标最优时序规划策略;其次,根据掘进现场的规定和工艺要求,确定了掘进动作事件集,通过对事件集中两两动作事件之间时间关系的分析,求出掘进多行为时间关系约束矩阵;然后,根据时间点关系约束矩阵转换方法,将掘进多行为时间关系约束矩阵转换为时间点关系约束矩阵,再求出掘进多行为可行时序规划集;最后,定义不同掘进目标下的求解函数,求得不同掘进目标的最优时序。实验结果表明,在不同掘进目标下,按照模型决策出的掘进动作最优时序规划结果,掘进机器人可无干涉协同作业,且掘进作业1个工作循环的执行时间与决策模型计算的时间基本一致。     

综采工作面及两巷设备协同推进控制技术研究

针对目前综采工作面及两巷设备自动化程度低、协同控制性差等问题,提出了一种以综采工作面两巷支护、运输及辅助设备自移控制技术为基础,以基于Ethernet/IP通信协议的工业以太网为协同控制通信平台,以协同推进控制流程为决策依据的综采工作面及两巷设备协同推进控制技术方案。该方案能够实现综采工作面及两巷设备协同推进控制,有效减少作业人员数量,满足工作面快速、高效推进需求。     

利用国产装备实现综采自动化的研究与实践

文章分析了自动化综采设备的发展现状,提出了成套自动化综采设备的适应性研究、国产成套自动化综采设备选型及配套技术研究及实施方案。文章重点研究了自动化综采工作面控制系统集成中的工作面集中控制系统和通信、控制一体化系统。该系统已在平煤集团六矿成功投入运行,运行状况良好,有效提高了综采工作面的机械化、自动化和安全管理水平,降低了职工劳动强度,提高了生产效率,实现了综采工作面无人跟机作业。     

对称分量法在掘锚机组保护系统中的应用

针对掘锚机组异步电动机故障诊断可靠性和准确性不高的问题,提出将对称分量法应用到掘锚机组保护系统中,实现不对称性过流故障诊断。将三相电压分解为正序分量、负序分量和零序分量,通过有源移相电路和相序判别电路判别主回路的相序,通过负序分量采集电路得到负序电压值,根据负序电流值判断故障及其类型。工业性试验结果表明,对称分量法的应用提高了掘锚机组保护系统的灵敏度、可靠性、准确性和智能化水平,降低了系统维护成本,同时提高了掘锚机组异步电动机的使用寿命和掘进工作面的掘进速度。     

矿山智慧生产模式研究与实践

针对煤矿井下采、掘作业存在设备落后、生产效率低、作业环境恶劣且不安全因素多等问题,构建了以智慧化采、掘工作面为核心的智慧矿山生产模式,并具体对智慧化采、掘工作面设备组成、运行程序以及应用效果进行分析。结果表明,构建的智慧化采、掘工作面可以有效提高采、掘作业效率,作业点人数大幅降低,基本实现了采、掘作业的自动化、少人化,为其他矿井构建智慧化矿山提供了一定经验借鉴。     

轻型带式输送机及防逆风装置的研制与应用

针对现有普通带式输送机普遍存在故障点多、成本高、耗电量大、不易铺设和安装等缺陷,结合井下环境特点,研制了一种轻型带式输送机。该轻型带式输送机将原普通带式输送机传动部位改造为以卸载滚筒兼作电动机、联轴器、减速器、传动滚筒的传动装置,极大简化了普通带式输送机传动装置,实现了掘进工作面的集中控制;并利用手动蜗轮张紧装置替代了原有蜗轮、蜗杆张紧装置,使该轻型带式输送机具备结构简单、重量轻、安装维护方便等特点;同时实现了轻型带式输送机与防逆风装置的联锁,能有效防止掘进工作面原煤运输时风量流失,防止风流逆转和瓦斯进入进风流。     

掘锚交叉综掘工艺工业性试验研究

针对传统巷道掘进工艺存在掘进快、支护慢的难题,塔山煤矿引进了锚杆钻车,开发了掘锚交叉综掘工艺,并对其进行了工业性试验研究。通过对工艺实施过程相关参数进行监测,得出结论:巷道开挖支护60d后,左右围岩日收敛速率小于0.1mm/d,说明巷道收敛已经趋于稳定,最大锚杆受力为206kN,最大锚索受力为305kN,均在安全范围,锚固力大为提高,离层得到有效控制。该工艺实现了减员10%,支护效率提高41%,掘进工效提高33.3%,可以推广应用。