薄煤层综采工作面采煤机截割速度自适应调节技术

针对高瓦斯薄煤层综采工作面自动化开采期间因高瓦斯造成采煤机频繁停机、自动化开采效率低等问题,通过在工作面瓦斯浓度自动监测系统与工作面采煤机自动化截煤工艺之间建立连接点,对工作面生产作业过程中采煤机截煤运行速度及采煤机作业位置距工作面上隅角距离与工作面瓦斯浓度变化之间的关系进行研究分析,掌握其变化规律,提出薄煤层综采工作面自动化开采工艺中采煤机截割速度自适应调节技术并制定实施策略。通过现场实测发现,工作面采煤机机身位置及上隅角位置处的瓦斯浓度与采煤机截割速度呈正相关,工作面上隅角瓦斯浓度变化与采煤机和上隅角位置之间距离呈负相关。工业性试验结果表明::该技术方案对于有效解决薄煤层高瓦斯综采工作面自动化开采技术及瓦斯控制难题起到很好的作用,具有重要的推广应用价值。     

综放工作面采放协调关系及智能装备研究

研究了综放工作面产能、时间协调关系并确定了相应的协调作业工作。在此基础上,通过获取实时煤量信息并传输至荷载监测平台,实现了采煤机速度及放煤口的联动控制;改进了精确控制放煤机构,提高了液压支架放煤机构可靠性和稳定性。研究成果对于推进综放工作面智能化生产、促进煤矿安全高效开采具有重要的实际意义。     

智能综放工作面自动化放煤工艺分析与研究

为了解决大采高厚煤层综放工作面自动化放煤常态化应用难题,对国家能源集团宁夏煤业有限责任公司枣泉煤矿综放工作面自动放煤工艺进行了研究,介绍了工作面概况和自动化控制系统配置情况,确立了综放工作面的放煤方式,提出了一种综放工作面放煤方法的下行和上行自动化放煤控制设计思路,建立了综放工作面自动化放煤程序,通过在郑州采煤机液压电控有限公司ZE07-04型电液控制系统的工业试验表明,该程序解决了大采高综放工作面自动化放煤工艺难题,实现了综放工作面自动化放煤。     

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。     

西川煤矿厚煤层综放开采采煤工艺协调性研究

针对西川煤矿1109工作面厚煤层综放开采条件,对工作面综放开采工艺主要工序的作业时间进行了现场实测,研究得出了各主要工序之间的协调性及对生产的影响。结果表明:综放开采采煤工艺协调性包括液压支架移架与采煤机割煤之间以及液压支架移架与放煤之间距离的协调;在实测单个支架完成移架所需平均时间为17.1s,放煤完成所需平均时间为54.1s的条件下,确定采煤机割煤速度不小于5.06m/min,液压支架移架40架以后开始分组放煤,能实现各生产工序之间的合理协调,显著提高工作面生产效率。     

高瓦斯综放工作面均衡开采技术的模拟

高瓦斯综放工作面的均衡开采技术,主要是通过控制采煤机的割煤速度来保证工作面瓦斯不超限,同时使得工作量产量满足要求。结合阳泉矿区某矿9804综放工作面的开采技术条件,均衡开采技术进行了CFD模拟研究,结果表明:9804综放工作面采煤机的均衡割煤速度1.8m/min,与理论计算结果1.7 m/min基本一致,验证了均衡开采理论模型的合理性、可靠性。     

高瓦斯综放工作面智能放煤关键技术研究与应用

目前高瓦斯综放工作面的智能化放煤面临着许多难题，主要包括煤矸识别精度较差、煤流与瓦斯浓度的控制不够全面、跟机工艺设计研发繁琐、控制系统响应较慢。为解决这些问题，研发了基于5G通信的云边端协同智能放煤控制系统，包括5G网络、云端服务器、边缘处理器、终端执行设备等，系统具有较高的数据传输速度、控制响应速度和数据处理能力，在对综放开采放煤工艺参数和智能放煤工艺流程分析的基础上，详细阐述了煤矸识别技术、大块煤识别与煤流负荷平衡技术、瓦斯安全联动控制技术、跟机放煤数字孪生技术四大智能放煤关键技术。在保德煤矿81309综放工作面进行应用试验，采用智能综放技术后，顶煤采出率由86%上升到93%，煤炭含矸率由21%下降到15%，总的生产效率提高了10%，放煤作业人员由原来的3～4人减少为1～2人。开发的基于5G通信的云边端协同智能放煤控制系统及其关键技术也可以推广到其他综放工作面，对煤矿减人增效和安全高效开采具有重要价值。     

高瓦斯综放工作面的均衡开采技术研究

针对综放工作面正常开采期内经常发生瓦斯超限的问题,提出了“均衡开采”的概念。根据综放工作面的瓦斯涌出特征,采用分源法建立了综放工作面瓦斯涌出量的预测模型,并给出了回风巷及尾巷的瓦斯浓度方程和工作面产量方程;根据均衡开采的概念内涵,提出了综放工作面均衡开采的目标函数及其约束条件,从而建立了综放工作面均衡开采的理论模型。结合阳泉矿区某矿9804综放工作面的开采技术条件,开展了该工作面均衡开采的理论分析与实测研究,并对其应用效果进行了监测。结果表明：9804综放工作面采煤机的均衡割煤速度的理论计算结果和实测结果分别为19和17 m/min,两者基本一致;在9804综放工作面的后续开采中应用均衡开采技术后,回风巷和尾巷均未出现瓦斯超限而断电停产,且工作面日产量比原生产能力增加了18%。     

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。     

王庄矿孤岛煤柱综放面高效回采工艺技术

为实现王庄矿43M1孤岛煤柱工作面高效开采,采用PFC数值模拟软件,分析了放煤方式和放煤步距对孤岛煤柱综放面顶煤放出率的影响规律;实测了工作面采煤机割煤、放煤、移架速度等工序的频度分布特征,优化了综放工艺方式,提出了保障工作面快速推进的技术措施,并成功应用于现场实践,43M1工作面最高日产7 373 t、平均日产5 530 t,实现了孤岛煤柱工作面的高效开采,可为类似煤层综放开采提供参考。     

特厚煤层综放工作面智能控制关键技术研究

煤矿智能化开采是实现我国煤炭工业高质量发展的核心支撑技术之一,特别是占我国煤炭产能比例最大的中厚及特厚煤层实现智能化开采意义重大。针对综放智能化成套设备系统可靠性、跟机自动移架及智能放煤可控性与放顶煤煤岩识别准确性三大特厚煤层综放工作面智能控制技术发展制约因素,提出了供液系统的多级过滤智能控制技术、综放工作面液压支架记忆放煤技术与放顶煤煤岩识别技术三大关键技术。在同忻煤矿8202工作面进行了现场工业性试验,该工作面通过集成综放自动化控制系统,实现了采煤机22种编辑状态下的智能程序割煤、支架智能跟机、智能放煤、视频智能监控和智能集成供液等系统的融合,实现了巷道和地面调度中心的远程集控智能化控制和人工干预,突破工作面年产量1 000万t以上,工作面回采率达到87%以上,吨煤耗电量小于9.1 k Wh,产值达到46.5亿元,利润达到5.0亿元,实现了特厚煤层综放工作面智能控制关键技术的突破性进展。并针对8202工作面在工业试验中就存在的问题提出了解决办法。该研究成果对提升高端重大装备适用性研究与实施效果形成示范经验,对我国煤炭行业快速发展具有重要的现实意义。     

采煤机牵引速度与瓦斯浓度的联动控制

阳煤集团新元公司和采煤机生产厂家联合,研发了瓦斯浓度与采煤机速度的联动控制系统,通过在该矿310205综采工作面试验,实现了采煤机的牵引速度与瓦斯浓度的联动控制,采煤机速度会随着瓦斯浓度的变化而变化,确保了采煤机安全高效生产。     

煤矿综放工作面进行瓦斯抽放技术的应用研究

大雁第二煤矿采用瓦斯抽放技术,解决了综放工作面上隅角及回风巷瓦斯超限的难题,但解决风排瓦斯不能实现安全体积分数之下回采。利用ZYW-85型井下移动式瓦斯抽放泵站,通过管路系统、高位钻孔、垂直钻孔和顶板巷等技术,试验研究综放工作面采空区瓦斯抽放,达到综放工作面上隅角及回风巷瓦斯体积分数降到规定的安全体积分数以下,保证了安全生产。     

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、液压支架群组与围岩自适应以及工作面直线推进控制的技术手段,对实现煤矿井下智能化开采,提高井下生产效率,减小人员伤亡具有重大的意义,旨在为智能化综采工作面的推广及应用提供一定的技术参考价值。     

硬煤超大采高智能化综放开采关键技术装备研究

为实现8~12m硬质特厚煤层安全高效开采,针对硬煤冒放性差的特点,采用小采放比开采模式,增加割煤高度,利用围岩扰动改善顶煤冒放性能,实施超大采高综放开采,研究了硬煤超大采高综放开采成套装备,得出了工作面总体设备配套参数,优化了工作面大梯度过渡技术及端头区多设备联合支护方案。针对顶煤冒落块度大问题,研究了大运量煤流运输系统,配套采用后部刮板输送机交叉侧卸技术,配置了煤流四级破碎体系,工作面采用高可靠性智能控制采煤机,创新研发了强扰动高效放煤机构及"记忆+远程干预"放煤系统,创建了具有主动感知、自动分析、系统协同性能的安全高效的智能综放工作面,为实现年产1.5Mt特厚煤层综放开采奠定了基础。     

基于瓦斯浓度监测反馈的采煤机截割速度自适应调节技术

在高瓦斯薄煤层工作面实施自动化开采期间,对于工作面瓦斯浓度超限所造成的采煤机停机,开机率下降等技术难题,在现场实测薄煤层综采工作面瓦斯浓度的基础上,对工作面瓦斯浓度分布规律进行了理论分析,探讨了采煤机割煤速度对工作面瓦斯浓度的影响机制,结果表明:①上隅角及采煤机位置为采煤机割煤期间工作面瓦斯浓度监测的关键位置,且以监测上隅角瓦斯浓度为主;②上隅角瓦斯浓度与采煤机割煤速度基本成正相关关系、与煤机距上隅角距离基本成负相关关系。通过实时监测工作面的瓦斯浓度,调节工作面采煤机截割速度以达到降低工作面瓦斯浓度是可行的,现场工业性试验了采煤机截割速度的自适应调节技术,结果表明:经由瓦斯浓度实时监测来反馈调节工作面采煤机截割速度降低了高瓦斯薄煤层工作面瓦斯浓度超限概率,为实现高瓦斯薄煤层工作面的自动化开采提供了技术借鉴。     

特厚煤层大采高综放自动化开采技术与装备

针对我国西部矿区坚硬特厚煤层综放自动化开采技术难题,研究了大采高综放工作面液压支架与围岩耦合作用关系,分析了坚硬特厚煤层顶煤冒放结构及液压支架合理工作阻力确定方法,研发了液压支架与围岩智能耦合控制系统及自动化放顶煤控制系统,实现了大采高综放工作面自动化开采。基于坚硬特厚煤层大采高综放液压支架与围岩耦合作用关系,建立了坚硬顶煤冒放的"悬臂梁"模型及顶板岩层结构失稳的"组合悬臂梁"模型,揭示了大采高综放工作面合理机采高度确定方法及合理液压支架工作阻力确定方法。通过分析两柱强力液压支架的承载特性,创新设计了大采高综放液压支架三级高效强扰动放煤机构,研发了综放液压支架智能耦合控制系统,实现了对液压支架姿态与受力状态的实时监测。基于大采高综放工作面分段多窗口多轮放煤工艺的时序控制自动化放煤逻辑关系,研发了自动化放煤控制装置,实现了坚硬特厚煤层大采高综放工作面安全、高效、高回采率自动化开采。     

综放面采放系统设备生产能力配套技术研究

采煤机割煤工序是综放工作面的关键工序,影响到综放工作面的产量和效益．当采煤机型号一定时,为了实现放顶煤工序和割煤工序最大限度地平行作业,提高综放面采煤机的开机率和工作面单产,建立了综放面采放系统设备生产能力配套模型,得到与采煤机割煤能力相适应的循环内平均放煤能力,且后部刮板输送机运输能力应大于循环内平均放煤能力．综放面采放系统设备生产能力配套模型在义马杨村煤矿轻型支架综放开采中得到验证,年产量达到1．05Mt,取得了较好技术经济效益．     

综放开采顶煤破碎放煤工艺参数优化研究

提高顶煤回收率是综放开采技术的关键,而顶煤的破碎程度及破碎后的充分放出对顶煤回收率有着重要影响。因此,研究厚煤层综放开采顶煤在不同工艺参数下的破坏机理、破碎程度及放出规律,对于实现综放开采工作面的高产高效具有重要意义。以王家岭煤矿2#煤层12309综放开采工作面为研究背景,通过理论计算与相似模拟实验相结合的方法,得出合理的放煤步距为0.865m,并在合理机采高度和放煤步距的基础上研究了不同放煤方式,得出一采一放为最合理的放煤工艺;最后,基于研究得出的放煤工艺参数对王家岭煤矿2#煤层12309综放开采工作面放煤进行数值模拟,其顶煤回收率和含矸率分别为90.6%、7.2%,考虑到现场放煤控制难易程度及工作面生产效率,确定出合理的放煤方式为单轮间隔放煤。     

煤矿智能化开采模式与技术路径

基于煤矿智能化发展现状与要求,系统阐述了煤矿智能化开采模式的定义、技术内涵与特征。针对不同煤层赋存条件,提出了薄及中厚煤层智能化无人开采模式、大采高工作面智能耦合人机协同高效综采模式、综放工作面智能化操控与人工干预辅助放煤模式、复杂条件机械化+智能化开采模式等4种煤矿智能化开采模式。根据截割工艺、工序与装备的差异,将薄及中厚煤层智能化无人开采模式细分为刨煤机智能化无人开采模式、滚筒采煤机智能化无人开采模式,详细阐述了滚筒采煤机定位导航与智能调高技术、半截深高速截割工艺等薄及中厚煤层智能化开采模式关键技术。分析了大采高工作面智能化开采的主要技术瓶颈,论述了基于液压支架与围岩耦合关系的围岩智能耦合控制逻辑、重型装备群的分布式协同控制逻辑等大采高智能化开采模式关键技术。分析了放顶煤工作面与一次采全高工作面智能化开采模式的差异,提出了基于时序控制放煤、自动记忆放煤、煤矸识别放煤等智能化放煤控制逻辑与工艺流程。针对复杂煤层条件,提出了采用局部智能化开采降低工人劳动强度、提高作业环境安全水平的技术思路。