采煤工作面多智能系统协同控制技术探讨

以山东能源集团有限公司为例,分析当前采煤工作面智能化建设现状,论述液压支架、采煤机、刮板输送机等主要技术装备发展情况,指出当前智能采煤系统只是以采煤工作面"三机"协同为出发点的局部系统控制,存在各系统间交互融合与协调配合差,不能多系统联动进行智能协同分析决策等问题。借鉴多智能体系统概念,提出采煤工作面全要素、多系统协同控制的思路和模型。通过将多系统作为一个有机整体,全面分析系统间相互影响,统筹进行感知层-动作层-决策层建设,构建形成智能综合协同控制暨"煤矿大脑"系统,实现真正的智能感知、智能控制、智能决策,建设符合常态化运行需求的智能化矿山。     

数字孪生智采工作面技术架构研究

为了进一步提高煤矿井下智能化采煤工作面系统自主运行和人机交互能力,达到真正的无人化开采境界,提出数字孪生智采工作面系统(Digital Twin Smart Mining Workface)的概念、架构及构建方法,融合应用5G通信技术、物联网技术和仿生智能技术,从而搭建一个智采工作面的数字孪生远程操作平台。首次定义数字孪生智采工作面是一个数据可视化、人机强交互、工艺自优化的高逼真采煤工作面三维镜像场景,它由物理工作面、数字工作面和数据信息3个部分组成。介绍了DTSMW系统涉及的物理工作面、虚拟工作面、孪生数据、信息交互、模型驱动、边缘计算、沉浸式体验、云端服务、信息物理系统、智能终端等10项关键技术。新的DTSMW系统具有开采过程仿真、优化和监控功能,可以实现开采工艺数字孪生、开采过程数字孪生、设备性能数字孪生、生产管理数字孪生和生产安控数字孪生。研究了智采工作面的仿生智能特性,阐述了物理模块(躯干)、信息模块(大脑)、通信模块(神经)、控制模块(脑肌)、孪生模块(映像)的基本功能特征,特别描述了采煤机、液压支架和刮板输送机的仿生智能要素。针对DTSMW系统数据的高度依赖性,首次将智采...     

宁夏天地奔牛实业集团有限公司系列产品介绍

1 630系列刮板输送机成套设备 1.1 SCZ630系列刮板输送机 SGZ630系列刮板输送机是高档普采和经济综采工作面最适宜的机型,可与多种滚筒采煤机、液压支架或单体液压支柱配套使用,实现综合机械化采煤.     

工作面旋转开采配套设备部件的改制

分析了工作面旋转开采配套设备性能,以及液压支架与输送机,输送机与采煤机在生产过程中存在的弊端。为确保采煤工艺达到煤壁直、输送机直、液压支架直的要求,实现生产过程中按大比例加快工作面输送机尾的推进,对液压支架框架与输送机挡煤板连接存在的问题,输送机与采煤机之间配合行走易掉道的问题,特别是对工作面输送机尾端头支架与输送机挡煤板出现“空当”的现象,提出了液压支架与挡煤板之间制作特殊“连接板”的建议。针对输送机与采煤机互相配合行走易掉道的弊端提出了改进采煤机平滑靴重点部位加宽的措施,满足了生产实际需要。     

大倾角采煤工作面设备的防倒防滑措施

随着大倾角采煤工作面煤层倾角的增大,液压支架高度的增高,液压支架的倾倒倾向加大,沿工作面倾角方向下滑的倾向加大,同时,工作面输送机上窜、下滑的趋势也同样加大。因此,对于大倾角采煤工作面来说,考虑液压支架的防倒防滑以及输送机的防滑问题就显得尤为重要。从综采工作面的三机设备—液压支架、采煤机、输送机来看,其三者之间的相互关系都是以液压支架为基础的,只有液压支架站稳了才能拉住输送机不至于下滑,输送机相对稳定了,才能为采煤机提供一个稳定可靠的运行通道。鉴于以上相互关系,着重从液压支架的设计出发来综合考虑大倾角采煤工作面设备的防倒防滑措施。     

液压支架自动跟机控制技术在综采工作面的应用

屯兰矿为建设北三盘区22301大采高智能化工作面,引进了液压支架自动跟机控制技术协同采煤机、刮板输送机,实现了跟机拉架和自动成组推移刮板输送机作业,通过集控中心对液压支架远程操作,满足了大采高综采工作面复杂环境下液压支架的自动跟机控制.     

巴彦高勒煤矿采煤工作面自动化控制关键技术研究

针对巴彦高勒煤矿311308采煤工作面顶板条件复杂,工作面机电装备自动化程度不高的问题,对311308采煤工作面自动化控制关键技术展开研究。立足于煤层约束条件,完善适用于采煤工作面机电设备的自动控制技术,以自动化控制体系为依据,设计多传感器融合技术获得采煤机和液压支架的准确位置和支护状态、基于液压支架位姿的"降-移-升"调控技术、采煤机与刮板输送机顺序推移控制技术,使采煤机、液压支架、刮板输送机能达到较好的推移位姿状态。利用solidworks进行建模,将建立好的采煤机、液压支架和刮板输送机的三维模型导入Adams中进行仿真分析,验证各控制技术在采煤工作面工况下的适应性,有效解决311308采煤工作面自动化水平不高的问题。     

采煤机概念设计生态学模型构建与实现

为提高采煤机概念设计和综采工作面三机协同设计的效率和质量,面向采煤机概念设计中内部结构之间以及综采三机之间协同配合过程,将生态学理论引入到采煤机概念设计中,构建基于生态学的采煤机概念设计模型。在对比综采工作面与生态学相似性的基础上,提出综采工作面生态学模型和采煤机个体生物学模型。研究了采煤机与刮板输送机和液压支架多种群之间的参数耦合关系以及采煤机内部部件之间的协同配合关系,通过同质种群的竞争与异质种群的协同合作筛选出优势功能结构基因解,并根据三机的参数耦合关系运用公式计算与模型推理相结合的方法,实现了采煤机功能结构的设计和总体技术参数的求解。在上述理论研究基础上,基于web平台开发出具有友好交互界面的采煤机多种群协同概念设计系统,实现了该方法的应用。最后以大采高工作面采煤机的协同设计实例验证了该方法的有效性。     

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。     

冲击地压矿井大截深综采设备配套应用与研究

分析了耿村矿的地质情况、采煤方法和工作面配置,确定了通过增加截割深度来实现冲击地压条件下的综放采煤工作面安全高效生产的采煤工序及其相应的设备改造方案;通过改造采煤机的滚筒、控制方式和控制设备,改造液压支架的推移千斤顶、顶梁、推移框架整体结构及牵引装置等,采煤机截割深度由630 mm增加至800 mm,实现了采煤机、液压支架和刮板输送机的配套使用,最终实现了安全高效生产目标。     

基于精确大地坐标的煤矿透明化智能综采工作面自适应割煤关键技术研究及系统应用

目前煤矿智能综采工作面存在生产环境状态不透明、成套装备难以应对煤层起伏变化、信息化与智能化集成度不高等问题,其系统的适应性和实用性受到影响。具体而言,主要是缺乏基于地理信息系统的可视化数字孪生管控平台,无法实现基于统一大地坐标驱动的透明化工作面的自适应割煤。为突破相关技术难题,提出并研究了测量机器人大地坐标传导、透明化工作面系统建立和动态修正、5G通信、采煤机与地质模型的自适应耦合以及基于时态地理信息系统（TGIS）的“一张图”一体化管控平台等多项关键技术,完成了多维可视化软件系统的开发与硬件系统的高度集成,实现了：(1)采煤机、刮板输送机等固定或移动目标点达毫米或厘米级的精确定位;(2)三维地测模型、设备模型、开采环境与工业控制之间的基于逻辑关系的一体化集成和数字孪生系统的构建;(3)综采工作面采煤机、视频、惯导、测量机器人和地质雷达等信息的可靠、实时传输;(4)为地面调度指挥控制中心的远程决策和智能自适应控制提供了可视化管控环境。系统已经成功应用于临沂矿业集团菏泽煤电郭屯煤矿3301,2305两个工作面,初步实现了较为复杂地质条件下的智能化自适应开采和地面远程管控。     

综采工作面设备监测系统在神东矿区的应用

通过井下以太网实时监测综采工作面采煤机、刮板输送机、液压支架和组合开关的运行情况,为设备选型配套提供理论依据,让设备发挥高效运行,提高综采工作面的单产水平。     

智能化综采工作面采煤机与液压支架协同控制技术应用研究

针对智能化综采工作面采煤机截煤与液压支架自动跟机移架协同效率低、经常需要人工干预等问题,依据工作面回采作业工序,将采煤机截煤与移架作业工序进行细化分解,重新对应匹配生成新的协同作业工序,同时增设协同作业操作控制逻辑,形成了采煤机与液压支架协同作业控制技术。通过现场应用,该技术能够有效减少人工干预,提高工作面生产作业效率,为井下采煤工作面自动化无人开采提供了技术支撑。     

综采工作面智能化开采技术研究

基于综采工作面智能化开采的发展现状与要求,系统阐述智能化煤矿的基本构架、智能化开采的技术特征以及智能化放顶煤的关键性技术,包括液压支架跟机自动化技术、采煤机记忆截割技术、工作面视频监控技术、远程集中监控技术、振动法自动放煤以及记忆模式自动放煤等智能化开采技术.针对当前智能化工作面开采技术难题,提出采煤机智能调高、液压支...     

6.2m采高工作面成套国产装备稳定性研究与应用

 综采工作面的“三机”(采煤机、刮板输送机及液压支架)配套及其系统的稳定性是成套综采设备的核心。羊场湾煤矿首个6.2m采高工作面煤层倾角大、走向起伏角大、顶板围岩破碎、工作面易片帮冒顶,赋存环境复杂。以此为工程背景,研究了该工作面成套国产设备的适应性及稳定性控制问题,并提出了针对性的控制措施。现场开采实践证明,现有的设备及技术措施有效控制了“三机”及系统的稳定,保证了工作面安全、顺利回采。该技术对宁东矿区其他大采高工作面设备系统的稳定性控制有一定的借鉴意义。     

车寨矿1506采煤工作面智能化控制系统研究

智能化矿井建设成为提升矿井生产安全保障能力以及煤炭开采效率的重要举措之一。以车寨矿1506采面为研究对象,对采面智能化控制系统总体结构以及采煤机、刮板输送机智能控制系统等关键子系统进行结构设计,并进行现场应用。结果表明,1506采面实现智能化控制后,采煤、运输等设备开采、运输效率等均得到一定程度提升,采面作业人员数量由26人降低至16人,实现了采面智能化、少人化开采。     

尚庄煤矿薄煤层长工作面综采采煤技术

阐述了江西煤业集团有限责任公司尚庄煤矿（简称尚庄煤矿）根据井下的实际条件,在缓倾斜薄煤层条件下,长工作面综采采煤技术处理措施,解决了长工作面综采液压支架不下滑、工作面刮板运输机上窜下滑、采煤机防跑车以及工作面防突和采煤难的问题,对提高矿井机械化程度和煤炭回收率等方面,积累了经验。     

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。     

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...