千万吨级矿井智能化综采成套装备及关键技术

针对国内厚3～4 m煤层生产效率低、采煤机割煤速度慢、液压支架自移跟机可靠性差等问题,根据转龙湾煤矿Ⅱ-3号煤层233采区煤层赋存情况,为了实现转龙湾煤矿一矿一井一面的千万吨级智能化矿井建设目标,开展了3～4 m厚煤层液压支架、采煤机、刮板输送机等成套装备一体化设计,确定了成套装备的技术参数和关键结构,研制了高可靠性、智能化成套装备,突破了基于惯性导航系统的综采工作面直线度精确检测技术、采煤机记忆截割智能控制技术、基于煤流负荷模型的刮板输送机智能调速技术、工作面端头联合支护技术等关键技术,实现了采煤机自主定位、记忆截割,液压支架自动跟机移架、推移刮板输送机和自动矫直,刮板输送机智能柔性变频调速,2巷超前液压支架协同推进,设备列车的自动控制和快速自移。结果表明,上述关键技术保障了综采装备的成套协同作业和连续回采,工作面具备了年产1 000万t的水平,大幅减少了采煤工作面的操作工人数量,实现了远程监控和少人值守常态化模式的智能化采煤作业,自2015年10月在转龙湾煤矿23303工作面进行工程示范应用,效果显著,每班可减少操作工人5人,最高日产达到3.78万t,最高月产90.13万t,建立了3～4 m厚煤层年产千万吨的配套模式,可为类似煤层赋存条件高产高效生产提供经验。     

矿井综采工作面三机智能化控制研究

为提升采面综合智能化控制水平、提高煤炭开采效率,以3302综采工作面回采为工程背景,对采面三机智能化控制技术进行分析探讨。通过综合采煤机、液压支架及刮板输送机智能控制系统,实现三机智能化协同控制,采煤机记忆自动截割、液压支架跟机运行以及自动推溜、找直,对三机智能化控制系统整体结构及关键技术等进行分析。现场应用后,3302综采工作面生产人员数量由26人减少至12人、采煤机割煤速度由3.6 m/d提升至4.8 m/d,实现了预期目标并提升了煤炭生产效率。     

综采工作面智能开采关键技术实践

目前国内智能化开采技术与装备迎来了重要的历史发展机遇期,国内已累计建成200多个以"可视化远程干预智能化开采技术"为主的自动化工作面。通过分析智能开采应用现状,指出由于煤矿工作面开采条件的多样性与复杂性,智能开采发展必然是分阶段、逐步实现,同时智能开采常态化应用受限于综采装备与控制元件等基础可靠性的提高及从业人员素质与能力的提高,因此智能开采发展与应用是一个长期的过程;基于现阶段国内自动化工作面的技术应用现状,从系统感知技术能力与特征的角度将智能开采发展阶段划分为4个阶段,并指出现阶段国内总体应用水平还处于智能开采的初级阶段,部分矿井正在试验第2、第3阶段的关键技术,距离智能开采技术的理想目标还有很长的路要走。同时围绕智能开采第2阶段的关键技术,重点阐述了基于装备主体结构件机械模型的液压支架与采煤机姿态感知技术,基于自主导航系统的刮板输送机弯曲度检测技术,采煤机行走轨迹,开采刀识别以及工作面自动校直等技术原理与实践情况。通过工业性实践验证了液压支架与采煤机姿态感知技术以及工作面矫直方法等理论的工程可行性,为工作面的液压支架防倾斜,防咬架,快速移架,截割面的开采规划与采煤机滚筒姿态调整,采煤机干涉预警以及刮板输送机直线度调整等功能的具体实施提供了技术支撑。     

采煤机自主导航截割原理及关键技术

深部煤层构造较为复杂,实现采煤机无人驾驶开采更加困难。在总结采煤机结构和截割调控技术演变历程基础上,提出采煤机截割调控技术在经历了人工目测截割、机载探测截割、示教记忆截割3个发展阶段后,已经进入到自主导航截割的第4阶段,并提出了适用于深部煤层采煤机自动驾驶的导航截割理论与技术框架,包括导航地图、位姿感知、路径规划、姿态控制4项技术内涵和精细化煤层截割定位地图、精准化煤层截割导航地图、动态化煤层截割导控地图、采煤机融合定位方法、定位精度提升、智采机组全位姿参数矩阵建立、物理-虚拟模型驱动与交互、无人驾驶防冲撞路径规划、截割作业智能调高调直9项关键技术。系统阐述了采煤机自主导航截割相关核心技术基本原理:首先,构建煤层智能化开采导航地图,从精细化煤层截割定位、精准化煤层截割导航和动态化煤层截割导控3个关键步骤实现地图构建及更新;其次,通过融合定位和定位精度提升方法,完成了采煤机位姿精确感知;再次,创建智采机组全位姿参数矩阵,并结合物理-虚拟模型驱动与交互技术构建出导航截割数字孪生系统;最后,基于实时综采装备位姿状态和煤层导航地图信息,实现了无人驾驶防干涉防冲撞路径规划、截割滚筒自适应调高控制...     

煤矿采煤机智能化关键技术探析

随着开采技术的发展,煤矿无人化综采成为未来发展的趋势。基于智能化采煤机的功能需求,对采煤机智能控制、智能截割和智能感知技术进行了深入研究,以实现煤矿综采无人化作业。通过对智能化采煤机的自动调高、自动定位以及自适应牵引等方面的现场实践,为煤矿无人化综采作业提供了重要的参考。     

综采工作面智能化生产系统在淮南矿区的应用

淮南矿业集团张集煤矿1312(1)智能化工作面开采技术是通过智能化控制软件和工作面高速环网将采煤机控制系统、支架电液控制系统、工作面运输控制系统、三机控制系统、泵站控制系统及供电系统有机结合,实现采煤机记忆截割、液压支架和刮板运输机自动跟机作业以及地面和监控中心对工作面远程遥控等功能。     

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。     

智能化综采工作面开采装备关键技术研究

针对复杂地质条件下智能化综采工作面开采难度大问题,开展复杂地质条件下三维建模、数字孪生、液压支架自动化控制、采煤机程序化截煤、智能化远程集中控制及带式输送机尾自移、自动纠偏等关键技术研究;构建有人巡视、无人（少人）操作为主、远程干预为辅的智能化开采系统。通过在井下现场应用,工作面实现了采煤机自动记忆截割、支架自动跟机移架、自动调直、自动加刀甩刀、自动摆底、转载机和带式输送机机尾的自动推移及工作面设备故障自动诊断预警等功能,减少了生产人员,提高了矿井安全效益和经济效益,为类似条件下综采工作面智能化建设提供了借鉴。     

煤矿智能化(初级阶段)技术体系研究与工程进展

煤炭是实现清洁高效利用的最经济、最可靠的能源,煤炭资源的智能、安全、高效开发与低碳清洁利用是实现我国煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。基于我国煤矿智能化初级阶段的发展要求,开展了煤矿智能化技术体系研究和工程建设,进行了智能化煤矿顶层设计研究,以"矿山即平台"的理念将智能化煤矿整体架构分为设备层、基础设施层、服务层与应用层,实现煤矿生产、安全、生态、保障的智能化闭环管理。针对智能化煤矿存在的信息孤岛问题,开展了多源异构数据建模、特征提取与数据挖掘等技术研究,研发了基于数据驱动的信息实体建模与更新技术;研究了智能化煤矿高精度三维地质模型构建方法,通过在刮板输送机上布设巡检机器人与三维激光扫描仪,将三维激光扫描数据与地质模型数据、采煤机位姿数据、采煤机摇臂截割数据进行有效融合,获取采煤机的实时截割曲线,通过比对采煤机实际截割曲线与地质模型的煤岩层分界面曲线,实现基于地质模型动态更新的煤层厚度自适应截割控制方法;研发了工作面采掘接续智能设计技术,实现了接续工作面图纸、规程、规范的智能设计,大幅降低了采掘接续过程中的重复劳动;研究了掘锚一体机的位姿检测与导航技术、自动打锚杆技术、自动铺网技术、巷...     

创力系列采煤机智能化技术应用研究

采煤机的智能化程度对煤矿智能化水平具有重要影响。智能控制、智能感知、智能诊断和智能通信是采煤机智能化改造的核心技术。通过对采煤机智能截割、自动纠偏和智能感知等关键技术进行研究及现场实践,为煤矿无人化综采作业提供基本保障。     

采煤机自主截割系统架构及关键技术研究

针对当前国内煤矿智能化建设需求，分析了采煤机作为工作面开采核心装备的自主截割系统现状及问题，介绍总结了采煤机自主截割系统在煤矿智能化系统架构中的角色与定位，提出当前采煤机自主截割系统面临的闭环控制、通信交互、安全高效3个方面的实际问题与应用挑战。以中煤科工集团上海有限公司采煤机为例，围绕采煤机自主截割系统的实际问题，阐述采煤机自主截割系统的架构的实施思路与方法，通过截割建模与模型利用关键技术、增强感知与保护关键技术和冗余通信与协同控制关键技术3个方面建立以感知识别、决策规划、控制执行3个系统构成的采煤机自主截割系统架构，并结合在实际矿井应用中的经验，对榆家梁煤矿、麻地梁煤矿和鲍店煤矿的应用实践进行了分析，检验了该系统架构在一定场景的适应能力。     

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。     

大高差采煤工作面刮板输送机“上窜下滑”控制技术研究

为了解决采煤工作面刮板输送机"上窜下滑"的问题,从采煤工作面倾角、支架与刮板输送机位置关系、采斜、推移刮板输送机方向、采煤机截割方向、刮板输送机张力、采煤工作面面长变化及底板平直等因素中分析了影响刮板输送机"上窜下滑"的主导因素,详细阐述了刮板输送机"上窜下滑"控制技术。实际应用表明,该控制技术采取相应最优措施,最终能够实现刮板输送机"上窜下滑"的精准控制。     

MG300/700-WD2型窄机身大功率电牵引采煤机设计

主要针对目前可配套SGZ630刮板输送机的中厚煤层电牵引采煤机截割功率偏低、牵引力偏小及智能化功能欠缺等不足,通过整机扩容和优化、配套性能、可变机面高度、智能化系统、带负载敏感比例阀液压系统和防转防松型铰接销轴等方面的研究,设计了最小可配套SGZ630刮板输送机的MG300/700-WD2型窄机身大功率智能化电牵引采煤机,为经济性开采的中小矿井提供了一款新的设备。     

采煤机智能化控制技术研究

文章基于7LS-LWS638型采煤机进行采煤机智能化控制技术研究,以实现采煤机滚筒智能调高和记忆截割的智能化控制。通过遗传算法与PID控制器结合,并应用电液比例阀等装置,实现了采煤机滚筒调高和截割深度控制,同时通过优化采煤机自动截割流程,使得采煤机在完成两个循环煤层手动截割后可实现自动截割,与传统控制技术相比,智能化控制技术下设备运行更加稳定,抗干扰能力更强。     

煤矿综采工作面智能化系统的设计

对高山煤矿综采工作面智能化技术进行了全面、系统的研究,重点阐述了综采工作面智能化控制系统技术方案及关键技术,介绍了综采工作面各个智能化控制系统的技术路线以及目前综采工作面智能化存在的问题。智能化控制系统实现了液压支架自动跟机、采煤机记忆截割、远程集控与监控等功能。     

基于GIS系统的采煤机导航自适应截割技术研究

本文介绍了自动化、智能化煤矿开采技术研究现状,提出利用震波CT煤层地质探测技术进行煤层地质初探,同时采用巷探、钻探等地质实测技术反演煤层及顶底板岩层地质条件,从而构建精细化三维GIS煤层地理信息系统,基于GIS煤层地理信息系统,开发了采煤机自适应截割技术,实现了采煤机自动调高和截割路径自动规划,解决了工作面推进方向的采煤机调高难题,规划了采煤机过断层是截割路径。     

一种应用于褶皱地质的采煤机截割控制技术研究

目前,自动化及智能化采煤机自适应截割技术是综采工作发展的主要方向。针对在褶皱式地质结构中采煤机进刀的角度问题,提出了褶皱式地质构造下的截割路径算法。该算法以现有的自适应截割控制技术为基础,以实现高效的回采率为目标。仿真实验结果证明:该算法可显著提高采煤机滚筒的进刀角度及深度的定位,且定位误差不超过0.01 m。     

基于地理信息系统（GIS）的采煤机定位定姿技术研究

采煤机自主定位及其对煤层信息的感知是采煤机自动控制系统关键技术。以山西某煤矿18201工作面为试验地点,利用震波CT探测技术对工作面煤层进行了精细勘探,构建了工作面煤层地理信息系统。以具有自动寻北功能的惯性导航装置、轴编码器为传感元件,开发了基于工作面地理信息系统的采煤机定位定姿装置。经过工作面试验,采煤机定位装置可实时测量采煤机行走轨迹、截割轨迹及其与煤层顶底板关系,实现了采煤机在工作面煤层三维地质环境中的定位与煤层地质信息的感知。     

智能化高产高效综采工作面的研究与应用

以转龙湾煤矿23203智能化高产高效综采工作面的常态化应用为例,介绍了智能化综采工作面的建设方案和取得的实际效果。结合23203工作面实际情况,根据采煤机程序化+记忆截割、液压支架自动跟机降移升的速度,确定了智能化采煤工艺流程;实现了采煤机中部记忆截割和两端头程序化截割模式,液压支架在采煤机机身中部自动跟机移架,设备远程集控的智能化生产工艺。从生产效率和人员投入方面进行对比分析,得出智能化综采工作面在减人提效方面取得了一定成效。总结了下一步建设方向,指出要实现智能化开采常态化,需积极推进大数据的管理与研究