盾构技术在煤巷掘进中的应用探讨

盾构设备在硬岩巷道中掘进效率高于其他设备,技术日趋成熟。针对现阶段掘进设备中掘、锚、运失衡问题,煤炭企业积极寻求快速掘进解决方案,盾构掘进系统逐渐在煤矿全岩巷道掘进中得到应用。结合煤巷掘进现状及盾构机的结构特点,对岩巷掘进的应用实例进行了分析,并探讨了其在掘进中的优缺点。此外,总结提炼出盾构技术在煤巷掘进过程中可能面临的掘支运平衡作业、巷道成型、快速适应顶底板变化、快速拆装、易于检修、施工联巷等方面的问题,为盾构机在煤巷掘进中的研发和应用提供参考。     

我国煤矿巷道掘进技术和装备的现状与发展

针对我国煤矿巷道高效掘进的现状及特点,对煤巷、半煤岩巷及全岩巷3种不同类型的巷道掘进技术及典型掘进设备的性能参数进行了详细介绍;重点分析了我国煤矿主要掘进设备及技术在破岩能力、适应性及可靠性等方面与国外掘进设备存在的差距,指出国产重型掘进设备在设计制造、加工工艺、自动化技术和关键技术等方面还需进一步完善和优化;结合我国煤矿巷道高效掘进技术与装备存在的不足,对其发展趋势作了分析和预测。     

煤矿智能快掘关键技术与工程实践

掘进智能化为智慧矿山建设提供不可或缺的科技支撑,智能快掘技术是煤炭安全高效生产的客观需求,是解决采掘失衡问题的根本途径。我国煤矿井下巷道掘进作业呈现作业环境恶劣、地质条件复杂、施工工序多、安全性差等问题,智能掘进主要面临掘进单机装备完备性、可靠性和能力不足、围岩时效控制技术薄弱、掘进工序高效协同和掘进装备群的智能化协作技术欠缺三大难题。针对智能掘进保障性技术不足的问题,提出了掘进设备可靠性、巷道围岩状态在线感知、巷道围岩时效控制、低比能耗高效截割、掘进粉尘综合防治5类智能掘进保障技术;基于掘支运一体化技术,提出了以"边缘感知、平台决策、设备执行、远程运维"4个维度的智能掘进系统基本架构,分析和讨论了掘锚(探)一体化、自动截割、智能支护、掘进导航、远程集控5种智能掘进关键技术;为扩大智能掘进核心技术支撑的覆盖面,针对不同掘进设备配套和不同煤层赋存条件,提出了掘支运一体化、全断面掘进机、双锚掘进机及5G+连续采煤机4种智能掘进模式,并在国能、中煤、山能、陕煤等集团得到推广应用;最后,提出巷道掘进智能化的发展方向和建议,建议研究井下空间定位导航新技术、支护效果动态监测与支护工艺精确调整、掘锚一体机器人、掘进工作面高精度智能感知与数字孪生、掘进系统平台化。     

煤矿远程智能掘进面临的挑战与研究进展

煤矿巷道掘进智能化相关理论与技术研究是当前解决"采掘失衡"难题的基石.远程智能掘进是实现少人甚至无人化掘进作业的根本目标和远景,面临单一掘进装备定位与控制、设备群协同、人-机-环感知与呈现,以及远程智能决策等瓶颈问题.聚焦巷道近程或地面远程智能掘进场景控制需求,提出了数字孪生驱动掘进装备远程智能控制技术构架,通过构建掘...     

深部矿井岩巷TBM掘进设备选型及适应性设计

为了推进深部复杂条件巷道安全高效智能掘进,总结分析了TBM装备煤矿应用情况,结合陕西高家堡煤矿西区辅运大巷工程地质特征,从TBM掘进机型、掘进性能参数、地质条件适应性等三个方面,提出煤矿TBM掘进适应性条件,明确采用敞开式TBM的科学原理,并基于应用实践提出了掘进系统主参数适应性设计和工程运输系统适应性技术.研究表明:...     

德国煤矿掘进装备技术研究

德国煤矿在长期复杂地质条件下掘进施工,研发了一系列适合自身条件的掘进装备,掘进工效和安全系数高、作业环境好,对我国掘进装备研发有很好的借鉴意义。     

煤矿巷道智能掘进关键共性技术

依据我国煤矿智能化发展战略,深入分析了国内外智能掘进研究现状,结合我国煤炭赋存条件复杂,巷道掘进问题突出,智能掘进挑战严峻等实际,提出了直接影响和制约我国煤矿巷道智能掘进加快发展的智能截割、智能导航、智能协同控制和远程智能测控四大关键共性技术并给出了解决思路和方法。针对掘进系统智能截割问题,提出了基于视觉伺服的掘进系统智能定形截割控制方法和基于遗传算法优化的BP(GA-BP)神经网络的自适应截割控制方法,旨在提高巷道截割成形质量和效率;针对掘进系统智能导航问题,提出了基于惯导与视觉信息融合的履带式掘进系统智能导航控制方法和基于惯导、数字全站仪与油缸行程信息融合的液压推移式掘进系统智能导航控制方法,旨在提高掘进定位定向精度,实现智能导航;针对掘进系统中掘进、支护、钻锚、运输等多系统协同控制和多任务并行控制问题,提出了基于强化学习的并行作业控制方法和基于Agent的并行控制方法,以及leader-follower法和基于行为法的智能协同控制方法,旨在实现多机器人系统或智能设备的智能协同控制和并行作业,提高掘进效率;针对掘进系统智能测控问题,创建了本地控制层、近程集控层和远程监控层的智能测控系统架构,提出了数字孪生驱动的虚拟远程智能控制方法,旨在保证掘进系统安全、可靠、高效运行,实现身临其境的虚拟远程智能测控。     

我国煤矿巷道掘进技术和装备的现状与发展

我国的煤炭资源丰富,能源的综合利用在能源需求上催生了煤炭开采行业的发展。随着煤炭开采技术进步和变革,煤炭开采的装备也越来越先进。在掘进技术与设备的支撑下,我国煤炭产值不断升高。针对我国煤矿巷道的分布与特点,结合煤层掘进技术的要素,为解决煤炭采掘失衡以及采掘接续不对称问题,通过分析我国煤炭采掘的主要技术与采掘设备的现状,为我国煤矿巷道掘进技术和设备的发展提出展望。     

盾构法在煤矿掘进施工中的应用

为研究长大巷道快速掘进施工作的诸多问题,设计研制了1种基于钻、掘、护、运于一体的盾构设备。通过研究盾构法煤矿巷道掘进的技术方案、施工工序、导向系统组成和原理、方向定位、超前探测和新型支护等新技术,分析传统的巷道掘进方式和盾构法掘进方式在实际生产中应用效果,表现出盾构法煤矿掘进快速、高效、安全、降成本的优势。     

煤矿掘进机的机器人化研究现状与发展

基于煤矿巷道掘进智能化、无人化的发展要求,综述了悬臂式掘进机综掘技术、连续采煤机掘进技术和掘锚一体化掘进技术3条掘进作业线的国内外发展现状,依据国家煤炭安全监察局发布的《煤矿机器人重点研发目录》中对煤矿掘进机器人的规划,从感知、决策、执行3个层面分析了煤矿掘进机的机器人化应具备的特征,感知层通过多类传感器对煤矿井下巷道环境信息进行采集感知,决策层分析和求解作业任务,并融合感知层传输的环境信息,制定规划出最适合的控制策略,执行层接收决策层的指令,对机器人化掘进群组的位姿和运动进行控制。系统阐述了机器人化掘进群组关键技术:掘进机器人的自主定位、煤岩识别与自动截割、远程监控与故障检测等技术;临时支护机器人的自动支护技术;钻锚机器人的平行钻锚技术;辅助装载输送机器人的同步运输技术等。对比分析国际先进机器人化掘进装备和群组,结合我国煤矿巷道掘进技术与装备的现状,提出了煤矿掘进机的机器人化技术与装备发展思路和研究方向:冲击致裂-快速掘进新技术;远程前探-精准惯导新技术;协同掘支-自适护顶新装备;钻锚一体-智能锚固新装备,实现钻探-掘进-支护-锚固-运输协同作业的机器人化掘进群组快速掘进技术,最终达到煤矿巷道掘进作业少人化、无人化的目标。     

煤矿智能连采工作面建设方向研究

连采掘进主要应用在煤矿双巷快速掘进系统中，完成煤矿井下大巷、顺槽、切眼、回撤通道及联络巷道的施工工作，后配套设备有梭车、锚杆机、给料破碎机、带式输送机、铲车等，采用连采机掘进、梭车运煤、锚杆机支护、破碎机转载、胶带机运输、铲车清煤及辅助运料的施工工艺。为了积极响应国家煤矿安全监察局关于智能矿山建设相关要求，不断提升掘进工作面自动化、智能化水平，结合现阶段连采掘进工作面生产作业现状，提出了基于连采机远控割煤、梭车自动运行、锚杆机自动钻锚、破碎机自动运行、局部通风机智能变频控制、分散设备集中控制的智能连采工作面建设方向，促使掘进工作面不断向无人、少人、自动化、智能化方向发展，改善工人作业环境，提高掘进效率。     

煤炭精准开采地质保障技术的发展现状及展望

我国绿色煤炭资源量有限,实施煤炭精准智能开采是未来绿色采矿的必由之路,其中地质保障技术体系是重要的基础。从煤炭开采基础地质及其勘探、综合地球物理探测、地质钻探和矿井地质信息技术平台等方面,系统地分析了我国矿井地质保障技术体系的现状,提出了煤炭精准智能开采模式下矿井地质保障技术的发展趋势和方向。通过大数据、云计算、互联网等技术平台,采用地质调查、钻探、物探、化探、GIS等多种地学参数信息,构筑基于天空、地面、井孔、地下、采煤工作面、长钻孔等全空间、全方位地质动态模型的保障技术体系,为煤炭精准智能开采提供所需的透明地质条件;研发三维和四维地球物理精细探测新方法、新技术,研制震、电、磁、核、声、光等物理参数主、被动源综合探测与成像智能化仪器设备,实现对开采地质条件的精准判识;发展由探测到监测,以及与掘进机械、采煤机械等一体化的监控预报识别体系,对影响开采的多灾源地质因素进行智能预测及监控,不断建设和完善煤炭资源综合开发保障技术体系;结合移动智能终端APP,逐步完成煤炭资源开发过程中井下图、景、物、人、设备等人机共享共管,实现高度信息化和智慧化,切实保障矿井安全高效生产;通过进一步加强高素质复合型地质专业技术人才培养,开展大尺度模拟实验和技术攻关,做到创新发展和技术引领,着力推进煤炭资源开发利用的新发展。     

煤矿智能化——煤炭工业高质量发展的核心技术支撑

提出了煤矿智能化是煤炭工业高质量发展核心技术支撑的科学思想,阐述了煤矿智能化的定义和总体要求,明确了煤矿智能化发展的目标是建设智慧煤矿,分析了煤矿智能、智慧、信息化、数字化等术语的内涵和关联关系,提出了我国煤矿智能化建设原则和阶段目标。进行了煤矿智能化顶层设计,提出了统筹规划煤矿智能化发展模式、科学设计智慧煤矿总体架构、建设100个智能化示范煤矿的发展思路。探讨了井工煤矿精准地质探测与4D-GIS系统、智能化开拓规划与工作面设计、智能化巷道快速掘进成套技术、智能化综采工作面成套技术、智能化主/辅运输技术、危险源智能感知与预警技术、智能化洗选系统、智能化综合保障技术、矿井物联网综合管控系统和操作平台等主要环节的发展路线。阐述了露天煤矿智能化发展方向,提出了建设露天煤矿信息化系统、开发露天煤矿智能化连续开采技术、建立露天煤矿空-天-地一体化安全预警系统、推进露天煤矿生态环境协调绿色发展的理念。大力发展煤机装备智能制造,提高煤机装备的可靠性与适应性,促进煤炭资源开发的机器人化替代,为煤矿智能化发展提供智能装备保障。提出了加大煤矿智能化发展政策支持、设立煤矿智能化标准体系建设专项、建立国家级煤矿智能化技术创新研发实验平台等政策建议。     

智慧煤矿信息逻辑模型及开采系统决策控制方法

针对数字矿山向智慧矿山发展过程中信息关联层次不清晰、框架结构不完善、缺少智能决策依据及有效控制方法的问题,提出了智慧煤矿信息逻辑模型,基于本体和语义网技术建立了煤矿多源、异构关系数据的信息"实体"和虚实映射机理,提出基于知识需求模型的信息实体主动匹配与推送策略,构建基于开采行为预测推理的智慧逻辑模型进化机制,形成了层级清晰、结构明确、全面覆盖的智慧煤矿信息模型;构建了综采设备群空间位姿关系模型,提出了考虑随机误差的强耦合设备群空间坐标统一描述及各设备关联坐标系转换方法,建立了多参量融合分析和评估的开采环境-生产系统耦合关系模型,为煤矿装备位姿控制及智能决策提供支撑;给出了时变多因素影响下的开采设备群全局最优规划和分布式协同控制方法。将综采设备群全局最优规划归结为一个二次积分模型的燃料最优规划问题,提出了基于多模态控制的综采设备群全局最优推进路径规划及控制策略,可兼顾开采条件、设备能力、工艺流程及能量消耗,确保生产成本、效率的有效改善。给出了同时考虑环境干扰和传感器数据时延特性的液压支架群组分布式协同控制方法。上述基础架构和数学模型为深层次挖掘智慧煤矿海量信息之间的关联关系、解决大数据环境下开采系统的最优化协同控制、实现复杂地质条件下连续稳定开采提供了基础理论支撑,可有效推动智慧煤矿技术的发展。     

基于自动化信息化融合的智慧矿山建设研

采煤技术及采煤装备正在向高产高效、安全可靠、减人增效的趋势发展,煤矿企业生产已经由粗放型、分散型、人工型生产的模式逐步转变为集约化、大型化、自动化和无人化的方向发展。分析了前期综合自动化系统建设情况,基于此,采用自动化信息化融合技术,研究了万兆工业以太环网平台、基于GIS的“一张图”安全生产智能管控平台、智能化采煤工作面、矿井车辆运输大数据分析及科学调配系统、主煤流节能智能控制系统等。研究应用表明,该技术提高了矿井的综合自动化水平,取消了采煤工作面两巷超前支护支架,实现各固定岗位的无人值守。研究为类似矿井智能化建设提供了技术支持。     

曹家滩煤矿智能快速掘锚成套装备应用

为提升掘进速度,缓解采掘失衡问题,针对大断面煤巷采掘接替紧张、掘进装备落后的现状,曹家滩煤矿引进中国铁建重工集团研制的智能快速掘锚成套装备,打造掘支平行作业.在明确工程背景后,对装备在井下应用出现的问题进行了分析与改进,掘进速度逐步提升,月平均进尺1501.5 m,单月最高进尺2020 m.该套装备的应用,有效改善了曹...     

车寨矿1506采煤工作面智能化控制系统研究

智能化矿井建设成为提升矿井生产安全保障能力以及煤炭开采效率的重要举措之一。以车寨矿1506采面为研究对象,对采面智能化控制系统总体结构以及采煤机、刮板输送机智能控制系统等关键子系统进行结构设计,并进行现场应用。结果表明,1506采面实现智能化控制后,采煤、运输等设备开采、运输效率等均得到一定程度提升,采面作业人员数量由26人降低至16人,实现了采面智能化、少人化开采。     

麻地梁煤矿智能化装备应用与生产管理变革的思考

随着互联网技术、5G、智能装备等高新技术的快速发展，以智能感知、智能决策和智能控制为代表的的智能化开采越来越成为煤炭安全高效开采的发展方向。本文首先从检修班、生产班、设备库存、生产管理等方面对传统煤矿装备及生产管理现状进行阐述，分析现有煤矿装备及管理模式存在的问题。然后，以内蒙古智能煤炭有限责任公司麻地梁煤矿智慧矿山智能化工作面建设为工程背景，从智能化装备的组建、功能、库存管理、生产管理、运行优势和成功实践等角度介绍智能化装备的应用与生产管理，构建了以煤矿大数据库为基础的管理体系，提出了 “管设备，就是管生产、管安全”的新的管理理念。该体系的建立及理念的提出，可为突破传统生产管理模式、进行新型智能化煤矿建设提供借鉴和参考。     

深部煤炭资源智能化开采技术现状与发展方向

深部煤炭资源开采采场地应力高、采动影响强烈,冲击地压灾害时有发生。智能化开采是深地资源开采的重要手段,深部资源安全绿色、智能高效开采技术与装备亟需研发,以加快开展千米深井智能开采实践。根据兖矿集团多年来煤矿开采的技术经验,在分析智能化开采技术现状的基础上,围绕煤炭资源深部开采灾害防治和探-掘-采等关键生产环节,分别对矿井地质探测与建模、深井灾害防治技术、智能化掘进与开采技术现状及存在的问题进行了阐述,展望了深部煤炭资源智能化开采趋势,提出了各项技术相对应的具体研究内容及预期研究目标。目前三维地质建模技术可基本辅助规划井下安全生产,但仍处于起步阶段,探测精度不够,缺乏实时处理功能,实现地层精准模型构建有待高精度探测技术与数据处理方法展开研究;矿震观测系统的引进及发展有助于冲击地压防治,但仍需在关键层运动特征监测及灾害治理手段方面深入研究,同时须进一步提升矿井热害防治智能化水平;智能化采掘技术在基础理论、装备研制等方面取得长足进步的同时,应该向复杂地质条件下煤层及装备协同控制方面投入更多研究。     

智慧煤矿的建设路径探讨

随着信息化和工业化的进一步深入融合,人工智能、物联网、云计算、大数据等技术的飞速发展,智慧煤矿是煤炭行业未来发展的方向。在明确了智慧煤矿的建设目标后,从6个方面阐述了建设智慧煤矿的措施,认为智慧煤矿的建设必须在制定相关技术规范和标准的前提下用好各种新技术。应在一张图建设的基础上,加快智能采煤装备和快速掘进装备研发,构建大数据平台,探索智慧决策的应用模型。