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。     

采煤机工作面截割试验分析

由于当前针对采煤机的有关研究中,缺乏来自工作面现场的截割载荷研究。因而从分析螺旋滚筒主要截割载荷的角度,对具有记忆截割功能的采煤机在人工示教截割试验阶段拾取的截割电流和牵引转矩信号及螺旋滚筒主要截割载荷进行了分析。对采煤机螺旋滚筒截割含有不同煤岩界面煤层时载荷特征地分析表明：采煤机截割力响应信号的均值特征能真实反映截割介质的本质差别;采煤机实际工作过程中,在各典型截割工况下,螺旋滚筒截割力响应信号服从正态分布,且在正常截割工况下,截割力响应信号的方差最小,即截割力响应信号的波动最小;滚筒高度和截割状态持续时间可用于滚筒截割状态的精确识别;截割功率约占总消耗功率的70%。     

截割参数对采煤机截齿受力影响研究

分析了采煤机截割实际情况，确定了截割半径、牵引速度、滚筒转速、煤层介质等截割影响参数；运用仿真和试验的方法研究了采煤机截齿在实际工况下作业时受力情况。仿真和试验结果表明：不同截割参数下，采煤机截齿截割力均呈现先增加后减小的趋势；不同截割参数下，截齿截割力峰值不同；采煤机截齿截割力试验值与仿真值基本一致，且最大相对误差为5%，试验验证仿真分析准确性，该研究为采煤机截齿受力特性的改善和疲劳寿命的提高提供借鉴。     

采煤机记忆截割系统设计

对采煤机截割滚筒自动调高控制技术进行了介绍,并对采煤机记忆截割控制系统进行了设计,以便实现对采煤机牵引、截割和调高的自动控制。     

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。     

煤矿井下采煤机截割特性的优化

晋圣亿欣煤业井下所使用的MG300/730 WD型采煤机在使用过程中存在着截割作业振动大、截齿磨损严重的缺陷。为克服这个问题,对不同截割滚筒与采煤机的匹配性进行了研究。结果表明：新的错齿分布的截割滚筒显著提升了采煤机运行过程中的稳定性,降低了截齿磨损,提升了截齿的使用寿命,采煤机截割作业时的截割阻力矩波动比优化前降低了66.7%,截割功率波动比优化前降低了58.3%,截齿使用寿命提升了37%。     

中厚煤层采煤机截割部设计

介绍了中厚煤层采煤机截割部的设计,着重介绍了截割部电机功率的计算和选择、截割部结构和特点、截割部基本设计参数和整体参数的确定、关键零件材料的选择,并对截割部各个零部件创建三维实体模型。     

连续采煤机截割参数的确定及计算

通过系统地阐述连续采煤机的截割参数的意义和它们之间的相互关系,利用类比和试验的手段总结出了截割部主要参数的计算方法,为连续采煤机截割部参数的计算提供了完整的思路。为装运、行走、整机的设计、计算提供了有益的参考。     

高瓦斯突出煤层组井筒快速揭煤关键技术

潘一东项目部第一副井主要是服务于-850m以上的开采水平,该井筒要穿越13-1煤与12煤组成的高瓦斯突出煤层组,为了实现安全快速的揭煤,该项目部根据现场的实际情况,采用了多项新技术实施防突措施:首先使用高压充气法快速测定了煤层瓦斯压力,与此同时利用自行研制的取芯器实现完整钻取煤芯,掌握了煤层具体信息;在验证所揭煤层无突出危险性后,再利用扩槽钻头施工大直径的钻孔以加快瓦斯的排放。经过一系列严密组织和紧张施工,整个揭煤过程不到20天,较常规工艺缩短了近1/3的时间,取得了经济效益和安全效益的双赢。     

深部倾斜煤层沿空掘巷围岩变形特征与控制技术研究

通过对深部倾斜煤层沿空掘巷掘、采两阶段围岩应力场与位移场的分析,揭示了该类巷道围岩非对称大变形特征：窄煤柱帮与底板变形量远大于实煤体帮及顶板,巷道整体断面收敛率大。产生该变形破坏特征的原因：1)巷道埋深大,围岩处于较高的应力环境中;2)护巷煤柱宽度及支护阻力过小,使其过早进入残余承载阶段;3)无支护底板作为变形破坏能量主要释放通道,加剧了巷道顶帮围岩整体下沉。通过对不同宽度护巷煤柱方案的数值模拟,合理确定了试验巷道护巷煤柱宽度及试验巷道支护技术与参数。工程实践表明,采用新支护技术后,巷道窄煤柱与底板非对称变形大变形得到了有效控制,保持了巷道长期稳定。     

深部倾斜煤层沿空掘巷上覆结构稳定与控制研究

采用理论分析方法,建立了深部倾斜煤层沿空掘巷上覆结构力学模型,分析了回采期间上覆关键块体稳定性与煤层埋深、倾角间的关系,发现沿空掘巷回采期间关键块体主要以发生转动失稳为主,控制关键块体转动失稳是维护巷道整体稳定的前提条件;并通过巷内支护阻力对关键块体转动失稳系数作用规律分析,得知关键块体转动失稳系数对窄煤柱与顶板承载能力的敏感性远大于实煤体帮,提高二者承载能力可有效抑制关键块体转动下沉。基于高强锚杆支护体系,提出以顶板高阻让压支护和倾斜穿层锚索加固窄煤柱为核心的深部倾斜煤层沿空掘巷非对称耦合控制技术,采用系统信息设计方法确定了试验巷道锚杆支护参数,成功地应用于工程实践。     

深埋煤层开采顶板基岩含水层渗流规律及保水技术

我国西部黄陇煤田降雨量少、蒸发强烈,属于干旱半干旱地区,做好煤炭开采过程中对含水层的保护工作极为重要。为研究适用于黄陇煤田深埋煤层开采顶板洛河组砂岩含水层的保水技术,以彬长矿区为研究区,采用砂岩孔隙度测试,结合非线性回归分析方法,研究洛河组地层不同深度砂岩渗透性变化;开展水化学测试,分析非均质洛河组含水层垂向水化学场特征;结合地面和井下水文地质探查,进一步定量化研究洛河组含水介质的非均质性。在查明洛河组含水地层非均质性的基础上,建立含水层下段受裂隙带波及条件下地下水渗流数值模型,研究基岩含水层局部受裂隙带影响条件下的渗流规律。根据渗流规律研究深埋煤层开采顶板基岩含水层保水开采技术,结合彬长矿区工作面开采实际揭露水位变化情况对其进行验证。研究表明,洛河组含水层渗透性随地层深度的增加而呈负指数降低,随着埋深增大含水层水化学类型由HCO_3-Ca型转化为SO_4-Na型,同时上段的单位涌水量约为下段的7倍,可知洛河组含水层上、下段地下水渗流条件不同,垂向非均质性较强。工作面开采裂隙带仅波及含水层下部时,含水层仅受波及层和相邻层的水位下降明显,上部未受到波及段水位降深有限,整个含水层不会出现水位统一下降的现象,而是呈现出不同层位水位降深差不同的差异性渗流规律。鉴于此,提出利用含水层非均质性特征,以控制含水层上段水位降深为核心,允许导高适当波及含水层下段的"控水开采"技术,有助于缓解深埋煤层采煤与保水的矛盾。通过彬长矿区胡家河煤矿现场应用表明,洛河组含水层实际渗流特征符合本次研究成果,控水开采技术可实现洛河组砂岩含水层保水开采的目的。     

“高科技煤矿”信息化建设的战略思考及关键技术

在相当长的时间内,煤炭仍将是我国的主要能源,逐步实现对我国煤炭工业的现代化改造,最终形成少人或无人的高科技矿山就是时代赋予我们的艰巨任务。基于先进的机电一体化技术、计算机技术、通讯技术、空间信息技术、煤矿专有技术是实现煤矿现代化管理和安全生产的惟一道路。以高科技采矿的理念为指导,结合我国煤炭工业信息化建设取得的成果、存在的问题以及行业发展的战略规划,阐述了数字煤矿、智慧煤矿、少人或无人煤矿的科学内涵和系统架构,并对高科技采矿涉及的部分核心技术和关键问题进行了探讨,为高科技煤矿建设提供了可供研讨的思路和方法。     

深井煤层群首采层Y型通风工作面采空区卸压瓦斯抽采与综合治理研究

以朱集煤矿1111(1)工作面为例,针对深井高瓦斯低透气性煤层群首采层开采卸压瓦斯治理难题,将Y型通风工作面采空区瓦斯运移规律与采空区内部空隙储存卸压瓦斯的优势相结合,提出并实施了强化留巷墙体封闭和Y型通风工作面留巷段采空区卸压瓦斯抽采技术,结合地面钻井抽采采动上部卸压煤层瓦斯,实现了深井煤层群首采层工作面的安全高效回采。1111(1)工作面回采期间,绝对瓦斯涌出量最大72.39 m3/min,平均为43.64 m3/min,在工作面风量2290~2700 m3/min条件下,回风流瓦斯体积分数0.6%以下,平均瓦斯抽采量34.27 m3/min,其中埋管抽采瓦斯纯量平均为21.94 m3/min,占瓦斯抽采总量的64%,工作面回采期间瓦斯平均抽采率为78%,研究成果为今后类似深井煤层群首采层开采的卸压瓦斯抽采和治理提供技术指导。     

深部煤层的AVO属性分析

根据岩石物理理论和深部煤田测井数据,建立了利用AVO属性预测深部煤层岩石物性的方法.由于煤层与上覆岩层一般有较大的阻抗差异,煤层的AVO特性类似于油气勘探中典型的第三类含气砂岩特性.不同于油气勘探的砂岩储层预测,煤层的特性类似于泥岩.在此基础上,通过建立AVO梯度截距交汇图,可以很好地将多数煤层与炭质泥岩或者泥质炭等岩性识别出来.利用梯度截距的AVO交汇图,还可指示出高孔隙含水砂岩的分布范围.     

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。     

大倾角放顶煤工作面放煤规律的研究

分析了对大倾角煤层放顶煤回采工艺中的顶煤放出规律，从实验室到现场实际应用，系统地研究了放顶煤的过程，从而得出实用规律。     

7m厚煤层采煤机发展现状与关键技术

分析了7 m厚煤层采煤机的主要技术参数和应用情况,指出了国产7 m厚煤层采煤机与同类进口设备的主要差异,介绍了7 m厚煤层采煤机的主要技术与结构特点,提出了影响7 m厚煤层采煤机可靠性的关键技术,并指明了7 m厚煤层采煤机的后续研究方向。