智能化工作面采煤机与液压支架协同控制技术研究

智能化综采工作面是未来煤矿的发展趋势。采煤机和液压支架协同控制效果会直接影响煤炭生产效率及生产安全,现阶段采煤机控制及液压支架控制是相互独立的。基于此,在对回采工作面开采设备、开采工艺分析的基础上,提出采煤机、液压支架协调自动控制系统。该系统融合采煤机、液压支架控制系统并具备视频监控功能,可提高采煤机、液压支架协调控制效率,便于提高采面生产效率。     

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。     

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。     

透明工作面采煤机规划调高策略研究

基于透明工作面地质模型，提取规划截割曲线，制定采煤机调高策略是煤矿智能开采的核心；其中研究采煤机如何利用截割曲线实现高效截割是打通地质模型与综采设备智能联动的关键；采煤机通过控制摇臂进行规划截割，摇臂的控制是通过调节油缸的高度决定的，如何将透明地质模型的采高、俯仰角、倾伏角等参数转化为调节采煤机油缸高度的参数是实现透明工作面规划截割的关键。分析了基于透明地质模型的截割曲线规划原理，建立了透明工作面自动调高模型，分析了截割曲线与油缸调节高度之间的映射关系，并在此基础上进行了采煤机规划调高的工程应用，验证以地质模型指导采煤机规划调高的可行性。研究结果表明：基于透明地质得到的截割曲线能够指导采煤机实现高效采煤；从截割曲线计算得到的采高、卧底和坡度等关键参数可控制采煤机油缸的自动调高；在构建采煤机自动调高模型和分析相关影响因素的基础上，通过提高模型精度可达到精准控制油缸高度的目的，为实现透明工作面智能开采提供了坚实的技术支撑。     

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。     

综放工作面自动化高效开采实践与改进

为了实现综放工作面自动化开采,提高工作面产量。麻家梁煤矿通过配套电液控制支架、增大供液流量、加大采煤机滚筒截深、装备智能监控中心、放煤工艺优化等实现了综放工作面的自动化与高产高效,达到了"机械化换人,自动化减人"的目的,取得了良好的社会和经济效益。     

永智煤矿综采工作面智能化技术研究与应用

智能化无人开采是煤矿发展的趋势。文章以永智煤矿5101工作面为背景,对综采工作面智能化建设展开了分析探讨。通过采煤机智能控制系统、电液智能控制系统、集控系统、集成供液控制系统、工作面自动找直系统等实现了采煤机记忆割煤、液压支架跟机运行、自动补液、设备监控与故障监测,使工作面初步达到了智能化水平。     

综采工作面设备配套的合理性分析

<正> 综采工作面生产由采、支、运三个环节组成,采面生产能力取决于采煤机的落煤能力,而工作面输送机、液压支架及顺槽设备的运输和支护能力必须与采煤机的生产能力相匹配。目前在选择综采工作面配套设备时,一般都以采煤机的理论生产能力为依据,这种方法比较简单,但由于开采煤层条件多变,采煤机的实际生产能力与理论生产能力相差很大。采煤机平均割煤速度是反映工作面生产状况的主要参数。本文以采煤机的平均割煤速度为依据,分析综采工作面设备配套的合理性。     

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。     

基于高精度三维动态地质模型的采煤机自适应智能截割技术研究

采煤机使用“记忆截割”技术割煤时,需要进行人工领刀,且对煤层赋存条件要求较高,当煤层起伏较大时需要频繁示教领刀。“记忆截割”技术仅针对下一刀煤层顶板截割路径进行优化,在采煤机推进方向无法根据煤层的赋存形态对采煤机俯仰采路线进行精确规划与控制。本文基于采煤机自适应智能截割理念,设计了综采工作面采煤机智能截割系统运行模式,利用煤层精细化物探数据构建工作面高精度三维地质模型,而后利用地质模型对采煤机的未来截割路径进行规划,并在开采过程中根据工作面揭露的最新地质资料动态修正高精度三维地质模型。将高精度三维动态地质模型与采煤机开采规划算法耦合,提出可自适应煤层变化的采煤机开采控制基线规划算法,实现对采煤机推进方向的俯仰采控制与牵引方向的截割控制,以及地质模型更新、开采基线规划与采煤机滚筒调整之间的高效协作。设计了智能截割系统内滚筒调整参量的计算服务接口,以及智能截割系统与采煤机控制系统间的通讯协议,实现了采煤机滚筒基于规划截割路径的精准控制。实践表明,采煤机智能截割系统适用于底板倾角各种变化程度的煤层,采煤机截割线更好地贴合煤层顶、底板线,节约资源,提高生产效率。     

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...     

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。     

电牵引采煤机电缆拖拽装置应用研究

为解决采煤机回采过程中的电缆磨损问题,以潞宁煤矿22113综采工作面采煤机为研究对象,采用理论分析和理论计算等研究方法,分析了采煤机电缆工作过程的运动状态,设计了采煤机拖缆装置。现场工业试验结果表明,采煤机采用拖缆装置后,调机时间缩短了55.6%,工作面平均月进尺提高16.6%,生产效率明显提高,具有较高的适用性。     

超长综采工作面智能控制系统研究与应用

龙华矿在综采工作面设备改造基础上,克服过空斜巷、垂直空巷和平行空巷等开采难题,构建了400 m超长工作面。为实现智能化、少人化超长工作面,对多传感器信息融合定位、协同控制、刮板输送机煤流调速等关键技术进行了研究,设计了超长综采工作面智能控制系统,可以实现井下控制中心与地面调度室的远程监控。该系统包含了电液控制子系统、运输三机通信子系统、智能刮板输送机控制子系统、采煤机控制通信子系统、采煤机精确定位子系统、工作面视频子系统、工作面人员识别子系统、泵站集中控制子系统、在线故障诊断子系统。该智能化工作面的建设不仅提高了生产效率,还为矿井节能、降耗积累了宝贵经验,为我国智能化超长工作面开采提供了借鉴。     

综采工作面带式输送机自移机尾关键技术研究

结合机电液一体化技术,对带式输送机自移机尾关键技术进行研究。在煤矿井下综采工作面采煤机连续采煤过程中,采煤机采下的煤通过刮板输送机、破碎机、转载机连续运输到综采工作面用带式输送机上,自移机尾搭接在带式输送机和转载机之间,完成煤矿井下从落煤、装煤、破碎、运煤一系列连续性机械化、自动化过程,满足煤矿高效工作面生产的需要,保证煤矿的正常开采运行。     

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。     

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。     

综采工作面智能感知与智能控制关键技术与应用

"十三五"期间,我国煤矿开采开始进入了智能化模式,但处于智能开采的初级阶段。首先,对国内外智能开采技术进展进行了分析,重点介绍了澳大利亚的智能煤矿建设和北京天地玛珂电液控制系统有限公司的无人化综采工作面技术进展。其次,按照智能感知和智能控制2个环节总结了国内智能开采行业的顶层设计。对于智能感知关键技术,建立了智能感知技术体系,攻克了综采装备全方位感知技术和工作面自动找直技术,解决了惯性导航长时间坐标漂移的累积误差增大问题;以物联网推动了围岩透明感知技术,基于多信息融合的煤岩界面识别和超宽带雷达精细测量,具备了一定的超前探测能力和适应煤层地质条件变化能力,高精度三维动态地质模型的动态修正技术;将机器人技术引入到综采工作面感知体系中,通过巡检机器人实现综采工作面生产的快速无缝实时感知;通过对传统VR的建模技术升级,建立了工作面三维实景模型。对于智能控制关键技术,建立了智能控制技术体系,研究了远程监督型控制技术和自主控制技术,利用巡检机器人超前对煤岩界面自动检测和滚筒截割状态的实时识别,实现了智能调高控制、俯仰采控制和推进方向的平滑阶梯多级调整控制,开发了巡检机器人模式下的智能割煤工艺;通过对5G通信系统的协议改进,实现了工作面移动传输上行带宽超过300 Mbps和传输延时小于20 ms的视频传输性能。保证了综采远程控制的实时性和可靠性。通过智能感知与智能控制的关键技术应用,进行了远程干预型智能控制综采生产、视觉测量煤岩分界、直线度自动测量调直、超宽带雷达探测、真实场景综采工作面三维建模和巡检机器人自主采煤等应用实践。最后提出了尚待解决的理论和关键技术问题:深度超前精确探测理论体系、综采全工艺流程无人化控制理论体系、全矿井无缝覆盖通信定位体系、复杂环境下的目标识别、上窜下滑控制和超前自动移架技术等。     

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,首次将智采工作面复杂信息归纳为3条信息流,用于描述采煤过程的环境、控制和能量状态。环境信息流和控制信息流来自煤岩体对采煤机、液压支架、煤流运输机组的输入信息及其调控信息,能量信息流来自开采装备对煤层、岩层变量调控所产生的能量交换状态信息。针对智采工作面的巨大信息流量,提出了管理DTSMW信息流的数据主线(Digital Thread)方法,将信息流的数据分为周期性数据、随机性数据和突发性数据进行建模处理,以确保数字孪生智采工作面的数据驱动及稳定运行。通过对比分析,DTSMW系统比现有远程集控中心的智能性提高了一个层次,可为中级智采工作面实现无人化运行提供新的监控系统架构。     

煤矿综采工作面“三机”联动控制策略研究

随着技术的发展,煤矿对综采工作面开采效率要求越来越高,应运而生的自动化工作面正快速发展,在研究实现自动化综采工作面的同时,面临诸多问题。其中综采工作面"三机"联动控制就是其中一个关键问题,研究了煤矿综采工作面的双滚筒采煤方式,液压支架的移架方式,"三机"联动控制过程中采煤机、液压支架、刮板输送机控制要求。