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。     

超大采高智能化综采成套装备及系统集成

研发了工作阻力为20 MN的超大采高液压支架及电液控制系统,提出了智能化大功率采煤机系统的参数要求,研发了基于变频控制的智能刮板输送机系统,并利用智能化集成供液系统保证了超大采高工作面液压支架快速跟机移架,为单一工作面实现产量15 Mt/a奠定了基础。通过视频监控系统、三机语音通讯系统及高可靠性工作面高速网络平台,实现了以工作面顺槽监控中心为基础的综采设备智能化集成设计,推动了我国煤矿厚煤层智能化开采技术的发展。     

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。     

浅埋深薄煤层高效开采关键技术及装备研究

通过对浅埋深薄煤层重型液压支架及工作面智能化电控系统的研究,实现了工作面设备的远程监控和操作;研究了浅埋深薄煤层综采工作面顺槽液压支架快速支护技术,保障了顺槽支架与工作面推进速度的协同。通过对浅埋深薄煤层高效开采关键技术及装备的研究与实践,使浅埋深薄煤层工作面采高在1.5 m时具备年产300万t的能力。     

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。     

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。     

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。     

坚硬薄煤层智能化开采成套关键技术及装备研究

坚硬薄煤层的绿色、安全、高效开采是世界性难题,以陕北侏罗纪煤田坚硬薄煤层为研究对象,深入分析了薄煤层开采难题,确定合理配套原则,研发了基于半悬式机身+悬截割电机的大功率、矮机身强力采煤机,优化设计了薄顶梁、高工阻、高可靠性液压支架和矮槽帮刮板输送机成套装备,通过智能联动集控与网络通信系统等成套关键技术及装备实现了最低采高1.1m薄煤层年产1Mt。     

黄陵智能化无人工作面开采系统集成设计与实践

基于黄陵一号煤矿十盘区1.4~2.2m较薄煤层首个智能化无人工作面开采的实践和总结,针对八盘区1.8~2.8m煤层设计了升级版智能化无人开采工作面系统集成配套方案,优化并完善了工作面智能化控制系统,应用高清摄像仪、高精度行程传感器和调控装置实现工作面割煤高度和直线度精准控制;应用高速截割采煤机和智能型刮板输送机实现采运双向协同控制;通过设计开发新型电液控制系统,实现工作面巷道带式输送机自移机尾、转载机自移、超前支架的自动化远程控制;该系统可实现工作面和巷道内成套装备智能化协同控制和采煤全过程自动化无人生产,系统具备年产400万t的生产能力。     

1.1m坚硬薄煤层智能化开采关键技术及装备——以陕北侏罗纪煤田为例

针对陕北侏罗纪煤田埋深浅、普氏系数达到3左右、煤层平均厚度在1.1 m左右、工作空间狭小、大功率设备布置及智能化实施难度高等开采难题,研究了煤层赋存情况与支护成套技术,提出了工作面设备高能积比时空协同及巷道端头大落差柔性系统配套方式、工艺及成套技术。构建了端头大落差柔性系统模型,能积比达到402,满足巷道与工作面1.4 m以上大落差需求,实现了1.1～1.3 m坚硬薄煤层的安全高效智能化开采。研发了1.1～1.3 m坚硬薄煤层智能化成套设备,采煤机采用半悬机身、全悬截割矮机身结构,机身高度759 mm,装机功率1 050 kW,最大牵引速度14.5 m/min;研发了高刚度抗动载液压支架,工作阻力达到9 000 kN,采用防冲击大伸缩比立柱、高强度薄板结构;研发了大运力、矮机身、重叠侧卸的刮板输送机,装机功率达到3×400 kW;研发了薄煤层精小化、智能化相关装置。开发了适用于薄煤层的记忆截割、自动精准找直、智能负荷控制、有线无线双网通信、多数据融合联动、设备远程故诊断和全生命周期管理的薄煤层智能化监控系统,实现了工作面内无人操作的常态化开采模式。通过构建1.1～1.3 m坚硬薄煤层综...     

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。     

薄煤层智能成套综采设备选型

为推进薄煤层工作面的智能化、无人化或少人化开采,实现薄煤层开采的安全、绿色、高产高效,深入研究了薄煤层智能工作面液压支架、采煤机、刮板输送机及智能控制系统的选型要求和原则。结合井下地质条件和煤层赋存状态,研制了国内首套由单一厂家提供的薄煤层智能成套综采装备,并在平煤股份二矿进行了井下工业性试验,实现了煤层厚度1.3 m的智能化高产高效开采。     

中厚煤层智能化工作面无人高效开采关键技术研究与应用

为实现中厚煤层智能化工作面无人开采系统可靠性、稳定性、适应性的提升和生产能力的进一步提高,在黄陵一号煤矿首个智能化工作面开采经验的基础上,以该矿八盘区1.8~2.8m煤层为研究对象,进行了工作面装备配套和智能化系统集成方案设计,通过工作面自动找直、刮板输送机煤流负荷平衡控制和工作面环境安全监测联动控制等关键技术和高速截割采煤机、"采"与"运"协调控制、生产组织及工艺保障的研究,实现了2人在监控中心监视、干预,工作面3人巡检的少(无)人配置的智能化生产和产能4.0Mt/a的目标。     

中薄煤层智能开采技术及其装备

针对我国薄煤层产量逐年增长和开采技术相对滞后的现状,提出了透明化自适应型中厚偏薄煤层智能开采模式。以神东矿区为例,对当前的中厚偏薄煤层智能化开采技术进行了总结,介绍了中厚偏薄煤层智能开采情况,由此提出厚度1.0～1.7 m的煤层称为中薄煤层的分类概念,以适应煤矿智能化开采和优先发展的需要。首先,在综合处理多源异构信息的基础上,将三维初始地质模型、激光扫描动态数字化工作面、顶底煤厚度探测结果以及煤机姿身数字化,实时提交给智能开采系统进行超前规划,生成动态透明四维地质模型。随后,根据实时生成的动态四维地质模型,获取每个截割位置的顶、底板高度数据,结合煤机姿态参数和采煤机的绝对位置坐标,及工作面平直度要求,对未来几个割煤循环的采煤机调高策略进行提前规划,形成基于动态透明工作面智能化割煤技术。提出了"十二工步"割煤工艺,建立采煤机电缆拖拽系统。最终,以动态四维地质模型构建、采煤机智能化割煤、工作面自动调直、机器人巡检、采煤机电缆拖拽、液压支架自动跟机以及智能协同联控等技术为依托,建立了具备综采工作面全面感知、设备远程集控、协同联动、自动控制、多维数据融合、隐患自动辨识、流程数据驱动、智能辅助决策的中厚偏薄煤层智能化综采工作面开采体系,实现由可视化远程干预型智能开采模式向透明化智能自适应型智能开采模式的转变。实践表明,动态四维地质模型的构建解决了薄煤层开采煤岩分界线识别,对未来10刀割煤循环给出调高策略,预设割煤轨迹与实际割煤轨迹趋势曲线位置偏差小于0.3 m。榆家梁煤矿43101工作面实践,日割煤15刀,年产量达221.6万t,生产工效提高15.08%;工作面无直接操作人员,仅有1人巡视。     

柠条塔煤矿较薄煤层刨煤机开采技术经济分析

较薄煤层的开采效率制约柠条塔煤矿主采煤层的开采,首先从矿井较薄煤层的埋藏特点出发,提出了刨煤机组的应对措施;其次,合理确定了刨煤机开采装备的技术参数并对刨煤机工作面生产能力进行了核算;最后从经济角度分析了刨煤机开采的优缺点,提出在0.9~1.7m煤层中进行刨煤机开采可以实现年产1.8Mt的生产能力,且具备较好的技术经济效益。     

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。     

较薄煤层综采工作面无人化开采技术实践

介绍了黄陵矿业公司为实现薄厚煤层合理配采,在黄陵一号煤矿开展较薄煤层无人化综采技术研究与实践,实现较薄煤层综采工作面无人化开采,填补黄陵矿区综采无人化、智能化开采技术的空白,使公司综采技术实现了质的飞跃。     

凉水井煤矿薄煤层综采面监控系统设计与应用

以神木汇森凉水井煤矿431盘区首采工作面存在的实际问题,对4-3薄煤层首采工作面矿压监测系统、采煤机远程控制、薄煤层智能开采远程的可视化监控、薄煤层综采工作面液压支架电液控制系统,构建具有故障诊断功能的监控系统,监测采煤机、刮板运输机和支架的工况信息,本文的研究对类似条件下的薄煤层开采有着一定的指导意义。     

以系统化思维打造智能化开采建设新模式

智能化开采是煤矿智能化的核心,是煤矿实现"安全、高效、绿色"发展的必由之路,更是增强企业竞争力的现实需要。陕煤集团2014年率先在黄陵建成了全国首个智能化工作面,实现了"无人跟机作业,有人安全巡视"的目标。作为智能化工作面建设的先驱,陕煤集团自2018年以来全面推进智能化建设,预计2021年底,陕煤集团所属煤矿将全面实现智能化采煤。通过总结陕煤集团目前智能化开采的现状及多样化的智能开采模式,分析了智能化开采建设过程中存在的问题。以系统化思维为指引,指出了智能化开采关键技术的发展方向,同时聚焦高可靠性装备研发与设备管理、巷道系统、灾害治理以及人力资源配置等方面,提出了智能化开采建设的新模式。     

薄煤层综采远程可视化无人工作面开采技术

以滨湖煤矿12210工作面为研究背景,提出了一套薄煤层综采远程可视化智能无人工作面开采技术,通过融合采煤相关的配套设备,来实现设备间的联动控制;介绍了智能化总体设计方案、工作面配套基本设备、系统平台监控中心功能。12210工作面采用智能无人工作面开采技术后,研究结果表明:缩短了回采周期、减少了工作面作业人员、增加了工作面产量。