煤矿智能化开采新进展

智能化开采是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。经过多年发展,我国智能化开采形成了薄煤层和中厚煤层智能化无人操作,大采高煤层人-机-环智能耦合高效综采,综放工作面智能化操控与人工干预辅助放煤,复杂条件智能化+机械化4种智能化开采模式。为了解决工作面综机装备智能决策难题,研发了工作面智能协同控制系统,实现采煤机自适应割煤与自主感知防碰撞,基于煤流量智能感知的采煤机、液压支架、刮板输送机等综采装备的协同联动,工作面综采装备与端头和超前支架的联动控制。上述研究成果在陕北侏罗纪1.1 m硬煤薄煤层、金鸡滩煤矿8 m超大采高综采、金鸡滩煤矿9 m以上硬煤特厚煤层综放开采进行应用,效果显著,实现了陕北侏罗纪1.1 m硬煤薄煤层高效智能化无人开采,8 m超大采高工作面人-机-环智能耦合高效综采,9 m以硬煤上特厚煤层超大采高智能化综放开采。     

煤炭安全高效绿色开采技术与装备的创新和发展

介绍0.6～1.3m薄煤层自动化综采成套技术与装备、7m超大采高综采成套技术与配套模式、20m特厚煤层大采高放顶煤成套技术与装备、35～55°大倾角煤层综采成套技术与装备和充填开采工作面成套技术与装备的创新成果,分析煤矿综采工作面自动化和智能化等关键技术,提出煤炭安全高效绿色开采技术与装备发展的战略思考与创新方向。     

煤矿智能化开采模式与技术路径

基于煤矿智能化发展现状与要求,系统阐述了煤矿智能化开采模式的定义、技术内涵与特征。针对不同煤层赋存条件,提出了薄及中厚煤层智能化无人开采模式、大采高工作面智能耦合人机协同高效综采模式、综放工作面智能化操控与人工干预辅助放煤模式、复杂条件机械化+智能化开采模式等4种煤矿智能化开采模式。根据截割工艺、工序与装备的差异,将薄及中厚煤层智能化无人开采模式细分为刨煤机智能化无人开采模式、滚筒采煤机智能化无人开采模式,详细阐述了滚筒采煤机定位导航与智能调高技术、半截深高速截割工艺等薄及中厚煤层智能化开采模式关键技术。分析了大采高工作面智能化开采的主要技术瓶颈,论述了基于液压支架与围岩耦合关系的围岩智能耦合控制逻辑、重型装备群的分布式协同控制逻辑等大采高智能化开采模式关键技术。分析了放顶煤工作面与一次采全高工作面智能化开采模式的差异,提出了基于时序控制放煤、自动记忆放煤、煤矸识别放煤等智能化放煤控制逻辑与工艺流程。针对复杂煤层条件,提出了采用局部智能化开采降低工人劳动强度、提高作业环境安全水平的技术思路。     

煤矿智能化开采模式与技术路径

基于煤矿智能化发展现状与要求，系统阐述了煤矿智能化开采模式的定义、技术内涵与特征。针对不同煤层赋存条件，提出了薄及中厚煤层智能化无人开采模式、大采高工作面智能耦合人机协同高效综采模式、综放工作面智能化操控与人工干预辅助放煤模式、复杂条件机械化+智能化开采模式等4种煤矿智能化开采模式。根据截割工艺、工序与装备的差异，将薄及中厚煤层智能化无人开采模式细分为刨煤机智能化无人开采模式、滚筒采煤机智能化无人开采模式，详细阐述了滚筒采煤机定位导航与智能调高技术、半截深高速截割工艺等薄及中厚煤层智能化开采模式关键技术。分析了大采高工作面智能化开采的主要技术瓶颈，论述了基于液压支架与围岩耦合关系的围岩智能耦合控制逻辑、重型装备群的分布式协同控制逻辑等大采高智能化开采模式关键技术。分析了放顶煤工作面与一次采全高工作面智能化开采模式的差异，提出了基于时序控制放煤、自动记忆放煤、煤矸识别放煤等智能化放煤控制逻辑与工艺流程。针对复杂煤层条件，提出了采用局部智能化开采降低工人劳动强度、提高作业环境安全水平的技术思路。     

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。     

特厚煤层综放工作面智能控制关键技术研究

煤矿智能化开采是实现我国煤炭工业高质量发展的核心支撑技术之一,特别是占我国煤炭产能比例最大的中厚及特厚煤层实现智能化开采意义重大。针对综放智能化成套设备系统可靠性、跟机自动移架及智能放煤可控性与放顶煤煤岩识别准确性三大特厚煤层综放工作面智能控制技术发展制约因素,提出了供液系统的多级过滤智能控制技术、综放工作面液压支架记忆放煤技术与放顶煤煤岩识别技术三大关键技术。在同忻煤矿8202工作面进行了现场工业性试验,该工作面通过集成综放自动化控制系统,实现了采煤机22种编辑状态下的智能程序割煤、支架智能跟机、智能放煤、视频智能监控和智能集成供液等系统的融合,实现了巷道和地面调度中心的远程集控智能化控制和人工干预,突破工作面年产量1 000万t以上,工作面回采率达到87%以上,吨煤耗电量小于9.1 k Wh,产值达到46.5亿元,利润达到5.0亿元,实现了特厚煤层综放工作面智能控制关键技术的突破性进展。并针对8202工作面在工业试验中就存在的问题提出了解决办法。该研究成果对提升高端重大装备适用性研究与实施效果形成示范经验,对我国煤炭行业快速发展具有重要的现实意义。     

综采工作面智能化开采现状及发展展望

简述了国内外综采工作面自动化、智能化开采技术发展历程及现状,重点介绍了综采工作面智能化开采的发展规划及目前的关键技术。总结了郑煤机承担的付村6 m超大采高厚煤层和贵州众一薄煤层2个综采智能化示范项目的研发情况及关键技术。结合实施现状展望了综采工作面智能化还需突破的关键技术和重点发展方向。     

薄煤层智能开采技术研究现状与进展

薄煤层储量占我国煤炭总储量的20，受狭小采掘空间等特殊条件制约，薄煤层开采效益差、智能化水平低，产量仅占煤炭总产量的10。基于薄煤层多样性赋存条件和提高工作面单产、卸压效果与采出率的不同开采需求，将薄煤层开采的技术需求分为3 类: 薄煤层长壁智能化综采、薄煤层保护层智能化开采和薄煤层高采出率开采技术。系统分析了我国薄煤层矿井开采设计、长壁综采装备、智能化开采技术、半煤岩巷道掘进和极薄煤层开采技术等方面的研究现状，详细介绍了3 类薄煤层开采技术的研究进展，具体包括: ①在长壁综采工作面智能化方面，提出了放大采区( 面) 尺寸、降低采掘高度的立体化设计方法，开发了薄煤层开采方法、设备配套等辅助决策专家系统，研制了大功率、矮机身半煤岩快速掘进机及其支护机具和矮型化超长综采工作面成套装备，研发了“基于煤层条件精准探测预设割煤轨迹+三机协同控制+视频监控”的智能化开采技术; ②在高瓦斯薄煤层保护层智能化开采方面，揭示了卸压开采的应力－损伤－渗流耦合作用机制，提出了长壁面极限卸压采厚与钻采面卸压增透合理参数确定方法，研发了基于瓦斯浓度调控的智能割煤技术; ③在提高薄煤层采出率方面，研发极薄煤层的长壁综采自动化技术和五钻头自动换钻螺旋钻采煤机，开发了不同种类的薄煤层沿空留巷技术。提高薄煤层采掘装备的适应性和控制精度，构建智能开采与灾害防控一体化理论与技术将是薄煤层智能开采技术的研究方向。     

煤炭安全高效开采技术与装备发展

基于我国煤炭工业"黄金十年"安全高效开采技术发展成就,阐述了液压支架与围岩刚度耦合、强度耦合、稳定性耦合关系理论的创立与应用;提出了大倾角煤层液压支架"自撑—邻拉—底推—顶挤"的稳定性控制策略及成套技术;解决了薄煤层超大伸缩比立柱、智能化开采技术难题,研发0.6~1.3m复杂薄煤层自动化综采成套技术与装备,实现工作面有人值守无人操作;开发了7m特大采高综采成套装备及大梯度过渡配套技术,实现大采高综采技术新突破;研发了特厚煤层大采高综放开采成套技术与装备,成功实现14~20m特厚煤层安全、高效、高回收率开采。基于煤炭市场发展趋势和技术发展要求,展望"十三五"煤炭安全、高效、集约、智能化开采技术与装备发展方向。     

大同千万吨矿井群特厚煤层高效综放开采技术创新与实践

综述大同矿区千万吨矿井群特厚煤层高效综放智能开采技术创新概况。首先研发了适用于塔山煤矿20 m特厚煤层大采高综放成套技术与装备,实现特厚煤层安全高效开采;其次,考虑资源利用率、环境保护、社会经济效益,实现了11个大型千万吨矿井之间的资源与设备的统一调配与管理,生产技术管理统一化、标准化;然后,在同忻煤矿进行了智能化综采放顶煤技术创新,应用智能放煤决策系统、智能放煤控制系统、采放运一体化协同控制三项关键技术,通过千兆工业环网、工作面通信、视频、集成控制系统,形成了综放面成套智能化开采系统,再结合灾害防治、污染监测、数字化矿山以及节能减排技术,最终形成千万吨级综放工作面智能控制关键技术体系;最后,提出同煤集团智能化综放开采发展方向。     

煤炭智能化无人开采的现状与展望

介绍了国外煤炭智能化无人开采技术发展现状和国内煤炭智能化无人开采技术进展,阐述了智能化无人开采的目标、技术模式与关键技术路径,提出了一种基于智能自适应开采技术模式的层次控制模型,并介绍了相关的关键技术。结合我国在煤炭智能化无人开采领域的实践探索经验,对煤炭智能化无人开采技术进行了展望。分析表明,我国目前正处于综采自动化结合远程可视化干预的智能化无人开采阶段,未来会朝智能自适应开采模式逐步发展演变,以最终实现真正的工作面智能化无人开采。     

综采工作面智能化开采路径及关键技术

智能化开采是煤矿开采技术演进的必由之路,目前我国总体处于智能化开采的初级阶段,智能化开采理论体系尚需不断完善。通过分析我国不同煤矿开采阶段在生产信息获取、处理及控制技术等方面的技术特点,发现信息感知、分析和控制技术是煤矿开采方式进步的本质原因;基于智能化开采的基本要素,明确综采工作面智能化开采的内涵是以"互联互通"的智能化成套综采装备为载体,以物联网技术、人工智能技术、大数据技术、云计算技术、通信技术等现代技术与煤矿生产技术的深度融合为基础,通过智能信息感知、智能信息分析决策、智能控制与反馈,实现具有人工智能特征的工作面自动化采煤技术。提出综采工作面智能化开采的技术路径包含生产物理场景智能感知与矿山大数据储存,矿山大数据关联分析与智能决策,智能化生产装备精准协同控制等3个方面内容。结合目前我国智能化开采发展阶段和发展方向,提出了综采工作面智能化开采亟须突破的关键技术:开采全生命周期地质精准探测与建模技术;工作面生产场景精准感知技术;建立通信协议标准化的信息传输系统;复杂生产环境下的智能决策技术;智能化综采装备系统可靠性增强技术。结合工程实践介绍了基于人-装备-环境多源信息数据的特厚煤层智能化综放开采模式的初步应用。     

薄煤层开采与成套装备技术的发展趋势

为了实现我国薄煤层高效开采,根据煤矿科学开采发展的要求,介绍了薄煤层开采与成套装备技术发展和应用情况;指出滚筒采煤机、自动化刨煤机和连续采煤机以及无人工作面螺旋钻机开采是薄煤层综合机械化开采技术,因此全面发展综采装备、尽快国产化是发展趋势,创新发展是薄煤层开采和装备的发展方向;全面掌握刨煤机开采技术,加快刨煤机装备国产化,实现开采装备智能化;提高薄煤层滚筒采煤机装备的创新速度,实现工作面装备高适应性、高性能和高可靠性以及智能化和无人化;研制薄煤层连续采煤机,完成薄煤层开采装备充分国产化;推广螺旋钻机极薄煤层开采,进一步完善螺旋钻机开采装备。薄煤层开采技术向自动化无人工作面高产高效生产发展,而且薄煤层无煤柱开采是发展趋势。研究和发展高产高效工作面无人化薄煤层开采装备是当前的主要任务,高速高效自动化、智能化、无人化滚筒采煤机开采装备和工作面巷道煤岩掘进装备是重要工作,为煤矿数字化绿色开采、智能开采和可持续发展打下基础。     

中国煤矿智能开采科技创新与发展

分析了近十年来国内外煤矿智能开采的技术发展过程,总结出国外智能化开采的技术思路是:通过地质勘探结合掘进技术方式描绘开采煤层的赋存分布,通过惯性导航采煤机实现智能开采;在国内智能开采方面则是提出了"无人跟机作业,有人安全值守"的开采理念,构建了"以工作面自动控制为主,监控中心远程干预为辅"的中国煤炭智能开采模式,并对国内厚煤层和薄煤层的智能开采工业试验和生产进行了技术总结。对未来智能开采的技术框架进行了设计,将智能开采的关键技术分为:智能探测、智能导航和智能控制3个主要部分,并对煤岩分界、煤矸识别、工作面超前探测技术创新进行了展望,指出煤矿智能开采科技创新依赖于开采装备、开采技术和开采理念的不断进步。     

黄白茨煤矿薄煤层工作面智能化控制系统的应用

基于黄白茨煤矿13上2层煤层特点和开采方式,进行了薄煤层综采工作面智能化控制系统的应用。系统采用全新平台架构,从硬件与软件2方面进行升级,制定工作面自动化采煤工艺,以采煤机智能控制、液压支架自动跟机及可视化远程监控为基础,利用Longwall Mind控制软件,建设具有自动感知、自动分析、智能处理的安全,高效,节能,少人化的智能综采工作面。     

煤矿高效开采技术与装备的最新发展

介绍了国外煤炭高效开采技术与装备的发展概况,系统总结了近年来我国在智能化开采、超大采高、大采高和超大采高综放等方面取得的重大技术突破;介绍了实现0.6~1.3m薄煤层、中厚煤层智能化高效开采的技术途径及效果;剖析了6~8m,8~20m特厚煤层一次采全厚开采技术难题,介绍了超大采高综采及综放关键技术及装备。     

综采工作面智能化技术与装备的发展

针对我国煤矿综采工作面生产过程复杂、开采装备系统庞大、作业环境恶劣等特点,通过对现阶段综采工作面智能化发展水平的研究,提出综采工作面智能化生产模式,并重点介绍了智能化工作面需突破的关键技术、应用效果及存在的问题,通过黄陵一矿中厚偏薄煤层智能化无人开采的试验,证明了智能化生产模式是煤矿井下综采工作面无人化开采一种行之有效的手段,具有在薄及较薄地质条件较好的工作面推广的应用价值。最后提出综采工作面智能化技术与装备下一步工作重点是解决煤矸自动识别及煤岩分界技术、刮板输送机直线度检测与控制技术和开发支持过程、视频、3D可交互多视窗系统等。     

伊泰宝山煤矿薄煤层智能化综采工作面建设和应用

智能化技术的引入在一定程度上实现了多年来无人化开采煤矿的目标,为煤矿自动化开采带来了巨大的进步。煤矿综采工作面无人化和少人化开采对于煤矿的安全生产至关重要,因此,智能化开采对图像采集、视频传输、无线通信、自动跟踪等技术提出了更高的设计要求。薄煤层智能化综采工作面建设与应用是伊泰宝山煤矿重点推进实施的项目,当前煤矿自动化开采技术虽已经成熟,但薄煤层自动化开采技术还需要进一步探索、研究。为了解决目前矿井薄煤层采煤工作面自动化采煤存在的问题,重点介绍了薄煤层智能化综采工作面自动化控制系统的建设和应用、管理经验和做法及应用效果,并对应用过程中出现的问题提出解决办法。     

智能化综采工作面全景视频远控技术研究及应用

针对智能化综采工作面建设中对井下少人化、无人化的目标诉求，依托先进的无线通信技术，发展全方位的视频监控系统，提升综采设备的远程操控能力，改善相关生产人员的作业环境，是煤矿智能化开采的重要方向。介绍了智能化综采工作面全景视频远控技术方案和该方案的整体架构，详细阐述了井下综采工作面5G网络部署、短物距下大视场摄像机成像、全景视频实时拼接算法等全景视频远控关键技术，以及对采煤机端侧远程操控进行的改造，同时分析了全景视频远控技术在工程实施过程中的难点。具体实践表明，应用综采工作面全景视频远控技术方案能够促进煤炭生产的减人增安，对煤矿智能化综采工作面的建设具有重要意义。     

让井下无人采煤成为引领未来煤炭发展新坐标——陕煤黄陵矿业公司实施智能化开采的调查与思考

黄陵矿业煤炭资源丰富,其中较薄煤层资源所占比重较大,由于薄煤层开采存在劳动强度大、跟机作业难、安全系数低等问题,造成这部分资源长期呆滞,严重影响了企业安全、高效、可持续发展。2013年,根据生产接续安排,黄陵矿业公司一号煤矿进入薄煤层开采区域,为保证安全生产,促进煤炭资源高效开发利用,2014年5月,黄陵矿业公司在信息化建设成果和综采、大采高综采技术的基础上,集全公司之智,在一号煤矿成功完成国产综采装备智能化无人开采技术研究与应用项目,在国内率先实现了地面远程操控采煤,填补了我国煤矿综采智能化无人开采技术的空白,为建设本质安全型矿井和煤炭生产方式变革进行了有益的探索和尝试。