综采工作面智能开采技术研究及工程应用

综采智能化工作面开采作为煤矿开采中较为常用的方法,可保证所开采煤矿质量免受破坏,所以综采工作面智能开采技术应用较为广泛.在社会主义现代化新时期,随着市场经济快速发展,如果沿袭使用老旧煤矿开采技术将会制约煤矿开采效率.因此,应对综采工作面智能开采技术及实际应用进行深入探索,为煤矿企业发展奠定坚实基础.     

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。     

煤矿智能综采工作面安全高效开采适应性评价

为研究煤层赋存情况、地质构造特征、开采技术条件等因素对智能综采工作面的影响程度,掌握不同条件下智能综采工作面安全高效开采的适应程度,对神东煤炭集团多家矿井智能综采工作面开展实地调研,通过现场技术咨询及分析工作面地质条件、开采技术条件、装备水平及智能综采过程中存在的问题,确定煤层稳定性、工作面倾斜长度、断层影响程度是影响智能综采适应性的主控因素。由此归纳出煤矿智能综采适应性评价指标体系,基于模糊综合评价法,通过对评价指标进行量化,采用AHP法确定因素权重,建立了智能综采适应性评价模型,实现了对智能综采工作面开采效能和安全性的智能评价,可为工作面采前地理信息系统提供静态决策支持。     

综采工作面远程智能监控系统研发及应用

针对中厚煤层地质条件复杂、煤与瓦斯突出等动力灾害威胁大、井下安全系数低等问题,根据蒙大纳林河二号井煤层赋存情况,为实现中厚煤层综采工作面智能化发展,研发了集本地控制、顺槽集中控制和地面远程控制于一体的中厚煤层综采工作面远程智能监控系统。通过视频监测技术对设备及环境等信息进行监测,在控制面板上实现了设备的“一键启停”;运用多传感器技术、数字孪生驱动技术和VR/AR技术实现综采工作面的三维可视化以及设备的实时监测与控制;采用EtherNet/IP通信技术实现地面监控中心与顺槽控制中心的数据交互。将上述关键技术在蒙大纳林河煤矿进行应用,实践结果表明,综采工作面远程智能监控系统实现了中厚煤层综采工作面远程监控,提高了井下生产效率和工作人员的安全系数,实现了综采工作面少人化智能开采,为无人化开采奠定了基础。     

长走向大落差断层条件下智能化综采研究

为了提高智能化综采适应性,促进工作面地质构造段安全高效回采,通过对龙滩煤电公司3124S工作面构造条件及开采难点进行全面分析,制定了地质钻孔探测断层形态、注浆钻孔加固断层围岩、优化改造巷道系统、超前铺设高冒假顶、补充强化灾害治理和煤机破岩智能开采等一系列成套技术方案,总结了智能化综采工作面过长走向大落差断层开采实践效果和经验,为类似条件推广实施提供借鉴。     

大采高综采智能化工作面开采关键技术研究

大采高综采智能化工作面开采是采用综采智能化成套装备一次开采全厚达3.5~8.8m厚煤层的开采技术,其具有生产过程复杂、设备种类众多、矿压显现剧烈等特点。研究指出,矿压显现特征是围岩破坏强度明显增大、支承压力与峰值明显增大和煤壁极易发生片帮冒顶等,分析了其存在的问题并提出解决思路;提出大采高综采智能开采系统是一个复杂的系统工程,其关键控制技术是工作面总控制网络技术、围岩支架耦合控制技术、高清可视化技术、快速移架控制技术和设备三维虚拟现实技术。现场工程实践的应用是对大采高综采智能化工作面开采的一次有益探索。     

大倾角液压支架防倒防滑机构及安全防护装置研究

为解决倾斜及急倾斜煤层工作面综采设备稳定性和工作人员安全防护难题,在全面总结多年来大倾角综采工作面工程装备应用实践的基础上,开展倾斜综采工作面装备技术系统性研究,完整地开发出了倾斜煤层综合机械化开采工艺的安全可靠技术装备。采用了大倾角液压支架的防倒防滑机构,探讨了安全防护装置在倾斜综采工作面的研究设计及应用。有效解决了该条件下综采设备使用中稳定性控制,实现了在倾斜煤层条件下安全高效开采。     

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。     

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。     

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。     

黄陵二号煤矿多维度地质模型大数据融合精准开采

为实现黄陵二号煤矿自动化精准开采,研究分析了工作面多源地质信息透明化技术、大数据分析智能决策平台、综采设备空间导航定位及精准控制。其中,信息透明化技术主要包括综合地质勘探及动态解释、三维可视化动态建模等部分;大数据分析智能决策平台主要包括开采工艺大数据决策、预警等部分;综采设备空间导航定位及精准控制方法主要包括导航定位技术大数据决策精准控制等部分。采用该技术后实现了工作面内多源地质信息的透明化,包括瓦斯赋存条件的可视化,确保了规划截割开采方式的常态化稳定运行,解决了大采高工作面找直和上窜下滑问题,达到对大采高开采装备的智能精准控制,实现智能安全高效开采。     

综采工作面智能化关键技术研究现状与发展方向

为实现综采工作面的智能化,解决目前我国矿井普遍存在的开采装备技术落后、资源采出率低等突出问题,通过分析国内外综采工作面智能化开采技术应用现状,构建了综采工作面智能开采系统的主干模型,并就其中涉及到的采煤机位置监测、工作面自动取直及水平控制、煤岩界面识别、溜坡控制等关键技术进行了分析与总结,指出应用惯性导航技术是实现工作面取直的有效方法,应用热红外线技术进行煤层特征追踪技术是解决煤岩界面识别问题的有效途径;最后对综采工作面智能化的发展方向进行了展望。     

矿井综采工作面智能开采系统建设与分析

随着智能化开采在我国煤矿的应用推广,多处煤矿智能化建设已经卓有成效。本文通过构建煤矿智能综采适应性评价指标体系,确定影响智能综采适应性的主控因素,实现对智能综采工作面开采效能和安全性的智能评价。许疃煤矿8224工作面智能化开采以采煤机记忆截割、液压支架自动跟机和可视化远程监控为基础,实现在地面调度指挥中心或井下智能化工作面集控中心对综采设备的智能监测与集中控制。本文以许疃煤矿8224工作面为例阐述了智能化开采关键技术在煤矿的应用效果,并对其当前智能化建设现状及问题进行分析研究。     

倾斜长壁大倾角回采工艺系统及其特点

本文在对大倾角倾斜长壁综采工作面开采实践的大量实际数据统计的基础上，应用可靠性理论，对倾斜长壁综采工系统各环芤运行和故障时间的分布规律及系统可靠性进行了分析，得出了衡量系统可靠性的计算指标。经多元非线性相关分析，得到俯斜综采工作面煤层倾角、工作面长度、产量和工艺系统有效之间的相关关系。应用电子计算机模拟手段，得出影响俯斜综采工作面工艺系统的主次因素，并对大倾角下系统各环节的开采特点进行了分析。     

大倾角破碎顶板综采工作面俯采、调采支护技术

在大倾角俯采、综采工作面开采过程中,针对俯采、调采工作面不利开采因素,加强设备改进及支护技术改进。通过实践,成功实现了综采工作面大倾角俯采、调采,有效地提高了大倾角俯采、调采支护效果,为今后类似条件下煤层开采提供了借鉴经验。     

大采高综采工作面回采工艺设计研究

本文针对轩岗某矿井2#煤层高产高效采煤的要求,完成了大采高综采工作面回采工艺的设计,确定了工作面推进长度、工作面长度、采高及产能.结合煤层实际情况,规划了初采高度及采煤进刀方式,提出了大采高综采工作面回采工艺应用中的注意事项.应用实践表明,满足2#煤层高产高效开采的要求,实现了产能目标.     

综采工作面收尾技术研究与应用

陈四楼煤矿于1997年投产,随开采年限的增加矿井开采深度逐渐增加,综采工作面回采条件日益复杂,综采工作面布置受地质构造影响越来越大,致使小储量的综采工作面出现次数和综采工作面搬家次数逐渐增多,综采工作面收尾越发频繁。采取合适的综采工作面收尾方法,对提高综采工作面收尾速度、确保综采工作面收尾安全起到至关重要的作用,对确保综采工作面安全、高效回撤起到至关重要作用,对缓解矿井采掘接替紧张也起到一定作用。介绍了陈四楼煤矿2802综采工作面地质条件、主要生产系统及设备布置,通过对比、分析,总结和说明了综采工作面收尾上网上绳阶段及扩通道阶段采用的两种不同方法的优缺点,为今后综采工作面收尾方法的选取提供了理论和实践依据。     

高河矿智能化工作面建设探索与实践

为实现综采工作面智能开采,建设智慧矿山,高河矿在综采工作面应用先进数字化控制技术,建设实时工业以太网络通讯平台和自动化集中控制系统,综采工作面液压支架、大型采煤机、刮板输送机操作运行"一键启动",实现自动控制为主、远程干预为辅的自动化生产模式,提升综采工作面生产过程自动化控制功能,达到矿井减人提效、安全生产的发展理念,最终实现工作面"无人化"开采的目的。     

影响煤矿无人化工作面开采技术的因素分析

无人化开采技术是我国煤矿开采生产工艺由粗放到集约生产逐步演变过程的结晶,通过分析无人化综采工作面智能开采技术研究的背景及意义,阐述了影响无人化综采工作面开采技术实现的重要因素,预测了未来矿井无人化工作面开采技术的发展趋势。     

华丰煤矿特采技术破解生产难题

山东新汶矿业集团华丰煤矿经过长期的理论研究及现场实践,摸索总结出了一整套复杂条件大倾角条件下综采（综放）工作面特殊开采技术,保证了矿井的安全生产及经济效益的不断提高。随着矿采深人、地压加剧,自然灾害突出．威胁着矿井安全开采,原来采用的采面单体柱梁支护模式因其支护强度有限,无法满足深部大倾角开采,为解决这一开采难题．该矿研究应用了复杂条件大倾角条件下综采（综放）工作面特殊开采技术。该技术现场可操作性强,解决了大量技术与实践难题．形成了复杂条件大倾角条件下的综采（综放）特殊开采技术体系,