采煤机记忆截割系统的研究与应用

智能采矿中采煤机的记忆截割是自动开采的一个关键要素,采煤机记忆截割系统能够提升采煤机的自动化水平、增强其操控性能、减轻司机劳动强度以及提高生产效率。分析了采煤机记忆截割系统组成及其参数,介绍了采煤机记忆截割系统使用的各项传感器布置,详细阐述了采煤机记忆截割系统的手动模式、学习模式、自动截割模式3种系统运行模式和系统运行状态。通过在国家能源集团宁夏煤业集团枣泉煤矿220704综采工作面实际使用,采煤机记忆截割系统运行良好,实现了自动截割回采500 m,回采原煤55万t,为综采工作面少人、无人化开采奠定了基础。     

基于单示范刀采煤机记忆截割的数学模型

针对双示范刀记忆截割方法截割参数采样操作劳动强度大的特点,分析了采煤机的工作状态参数与煤层参数的相互关系,提出了单示范刀的记忆截割方法,构建出采煤机几何参数、运行位置、姿态参数和煤层参数与滚筒位置的数学关系,给出了单示范刀状态下工作面顶板的记忆截割数字化模型。经对采煤机截割轨迹的多循环数值模拟,结果与样本轨迹有很好的吻合度,可为采煤机单示范刀记忆截割的程控系统设计提供理论基础。     

基于模糊PID算法的采煤机记忆截割路径自适应研究

针对综采工作面采煤机滚筒截割路径不确定的特点,以采煤机记忆截割路径相应位置的截割参数为基础,利用模糊PID算法对截割滚筒油缸进行控制,使得在记忆截割路径的对应参数和实际路径对应参数不一致时,实现采煤机滚筒截割路径自适应调整。通过输入现场数据的采煤机滚筒截割路径仿真试验结果表明,该算法可以使采煤机在复杂地质条件的煤层中快速调整截割路径,调整后的路径平稳且可靠。     

基于遗传算法的采煤机记忆截割路径优化

为了解决采煤机记忆截割过程中的路径优化问题,采用遗传算法对采煤机的记忆截割路径进行了优化,并在采煤机记忆截割路径优化试验平台上进行了实验.当煤层地质条件发生变化,采煤机记忆的相应参数与实际参数不一致时,利用遗传算法对传感器数据进行处理和工作状态判断,已完成对采煤机记忆截割路径的优化.试验结果表明:该算法可快速有效地实现...     

基于人工免疫和记忆切割的采煤机滚筒自适应调高

为实现采煤机截割滚筒的自动调高,利用记忆切割实现采煤机工作路径的记忆,采煤机利用记忆的相应位置的切割参数自动工作;当煤层地质条件发生变化,采煤机记忆的相应参数与实际参数不一致时,利用人工免疫理论进行数据处理和工作状态判断,实现采煤机截割滚筒的自适应调高.试验表明：基于人工免疫和记忆切割的方法,可以使采煤机适应煤层顶板条件的变化,能够实现采煤机截割滚筒的自适应调高.     

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。     

基于粒子群算法的采煤机单向示范刀采样轨迹规划

考虑到采煤工艺和工作面的设备适应能力的限制,为提高单向示范刀采样轨迹与记忆截割轨迹的吻合度,探讨单向截割信息转换为双向截割信息的条件,建立基于粒子群算法截割轨迹规划数学模型,通过粒子群算法对截割参数进行规划,给出采煤机顶板记忆截割轨迹,利用Matlab软件对滚筒超调截割岩石或过低留顶煤的单向示范刀采样轨迹进行规划。     

薄煤层采煤机参数对块煤率的影响分析

基于寺河煤矿94311工作面的生产条件,以提高工作面块煤率为目标,从截齿安装角度、布置方式、截割深度等结构参数以及采煤机运行速率等运动参数进行了分析。结果表明:薄煤层滚筒采煤机截齿的安装角度、布置方式、截齿的截割深度通过影响采煤机的功率消耗等影响薄煤层工作面块煤率;而采煤机运行速率等通过影响切削厚度来影响工作面的块煤率。     

回采工作面煤层三维建模技术及其在智能开采中的应用

提出了回采工作面地质模型的3层构建框架,阐述了回采工作面煤层模型的构建过程;采用综合动态解释技术对地质、钻探、物探数据进行数据融合;采用多级多属性三维动态地质模型构建技术建立回采工作面煤层模型,根据采煤机截割参数和煤层三维地质模型生成采煤机截割曲线供采煤机进行割煤作业。在试验工作面进行了应用,对巷道测量、切眼测量、钻孔伽玛、钻孔雷达探测、槽波探测数据进行综合解释,构建了工作面的三维地质模型,依据采煤机截割参数生成截割曲线并通过集控系统下发给采煤机,指导采煤机基于煤层模型进行割煤工作。     

基于单向示范刀的采煤机记忆截割模型构建及模拟分析

针对采煤机在薄煤层等复杂地质条件下的自动化开采作业,提出并构建基于单向示范刀的采煤机记忆截割模型,在对相关参数进行分析的基础上,应用粒子群算法对采煤机截割轨迹进行分析和规划,最后通过Matlab软件对采煤机截割轨迹进行模拟和仿真,验证基于单向示范刀的记忆截割方法的可行性。     

薄直接顶大采高综采工作面切顶留巷合理参数研究

针对薄直接顶大采高工作面顶板垮落后不能及时充满采空区,造成上覆厚硬顶板在工作面侧向形成悬臂梁结构,进而向留巷侧传递覆岩压力导致留巷围岩破坏失稳的现象,以某矿12408工作面薄直接顶、厚硬基本顶条件为工程背景,采用理论分析、数值模拟和现场监测相结合的研究方法,研究了薄直接顶大采高综采工作面切顶留巷合理参数。建立了留巷顶板的力学模型,量化了未贯穿面的拉应力与切顶高度和切顶角度的关系,确定了未贯穿面拉应力随切顶高度和切顶角度的变化规律,得出了切顶角度一定时,未贯穿面处的拉应力与切顶高度近似指数函数规律分布,拉应力随切顶高度的增大而增大,且增长速率逐渐加快;切顶高度一定时,未贯穿面处的拉应力随切顶角度的变化曲线呈抛物线形,随着切顶高度增大,未贯穿面处的拉应力超过极限所需的切顶角度的范围也增大。数值模拟方法分析了留巷中锚索轴力变化系数的变化规律、区段煤柱和相邻巷道竖直方向应力的分布特征,确定了11 m的切顶高度和大于0°的切顶角度即可切断顶板间的应力传递。现场考虑到实际岩层赋存条件的复杂多变、爆破后切缝面的不平整性和贯通程度的差异性以及保证厚硬顶板在矿山压力作用下顺利垮落,采用13.6 m的切顶高度和10°的切顶角度,结合顶板垮落后的碎涨系数,理论验证了顶板垮落后的高度大于工作面实际高度,即垮落顶板能够及早支撑上覆岩层,减轻覆岩运动对留巷和煤柱稳定性的影响。现场监测到巷道顶底板及两帮变形量较小,围岩较稳定,验证了数值模拟结果的可靠性以及切顶卸压技术的可行性,可为类似条件的切顶留巷提供借鉴和参考。     

区段煤柱气相切顶卸压围岩应力转移机理研究

浅部煤层数量减少,煤矿开采开始往深部发展,深部围岩具有顶板坚硬分层厚度大、强度高、完整性好等特点,在开挖过程中,围岩可储存大量弹性能,当储存弹性能达到极限强度时出现突然释放,导致强矿压显现,严重威胁安全生产。以马脊梁煤矿8105工作面为研究对象,通过搜集资料、现场调研等方法,获取了马脊梁煤矿工程地质条件,建立了临空巷道切顶后的力学模型,进行了临空巷道切顶后的围岩应力特征演化分析,分析了气相切顶卸压的切顶高度、切顶角度等关键影响参数,研究了气相切顶卸压效果,消除了强矿压显现,保障了工作面的安全高效生产。     

大采高伪斜综采工作面基本顶初次来压规律研究

以担水沟煤矿4101综采工作面为对象，运用UDEC数值模拟、理论计算和矿压显现现场实测等方法，分析了大采高伪斜开采工作面“支架—围岩”系统稳定性影响因素，研究了4101工作面基本顶初次来压规律。结果表明：大采高伪斜开采4101工作面基本顶初次来压呈现明显的分段来压特征，避免了整个基本顶同时破断来压对工作面的大范围影响，但工作面下端头与小断层区域顶板产生应力集中现象，矿压显现相对强烈，应重点加强顶板的管理与控制。     

SAM智能综采技术在龙滩煤矿的应用

介绍了四川省首个智能综采设备在龙滩煤矿3124S工作面的应用情况,总结了SAM智能化综采的六大核心技术,包括成套设备一键启停、液压支架自动跟机、采煤机记忆割煤、机巷远程集中控制、工作环境智能监控、工况监测及故障诊断。通过现场应用,一键启停功能成功率超过90%、自动跟机率平均88%、记忆割煤使用率62%,实现了工作面设备集中控制、回采参数实时监控及故障诊断。结果表明,相较于传统综采工作面,智能化综采工作面生产人员减少50%,工效提高63%,单产提高65%。     

中厚煤层切顶卸压沿空留巷参数设计与实践

为解决综采面间留设煤柱而导致的采掘接续紧张、资源回收率低、采空区易形成应力集中等问题,采用实验室实验、数值模拟和现场实践等方法,对寺河煤矿二号井97307工作面97214巷道进行了切顶卸压沿空留巷技术研究.基于实验给出了煤岩体的物理力学参数,然后通过数值模拟分析给出了切顶高度、切顶角度、炮孔间距和补强支护等主要参数,最...     

厚黄土区大采高一次采全高地表移动变形规律

厚松散层下大采高一次采全高工作面开采强度大,回采率高,地表沉陷变形和岩移参数有其自身特点和规律。为研究大采高工作面地表移动变形规律,在王庄煤矿8101工作面上方设置了地表移动观测站。通过对观测资料的分析研究,揭示了厚黄土覆盖区、厚煤层一次采全高条件下地表沉陷变形特征,获得了该地质采矿条件下地表岩移预计参数和各种角值参数,分析了地表裂缝的发育、分布特征、裂缝宽度和深度等规律。与综放开采条件下的观测成果相比,大采高一次采全高工作面地表移动变形更加剧烈,沉陷过程在空间上和时间上更加集中,对地面建构筑物的影响更为显著。     

基于透明地质大数据智能精准开采技术研究

透明工作面是目前智能化开采的重要研究方向,是实现无人化开采的重要途径。针对记忆割煤应用效果较差、传感器精度低、大数据融合应用率低、无法根据工作面地质条件变化进行自主感知、决策和调整等问题,开展了基于透明地质大数据智能精准开采的研究与实践应用。通过钻探、巷道测量和槽波勘探等物探手段来构建较精准的透明工作面三维模型,提前规划截割模板,再联合应用惯性导航技术、雷达定位技术和大数据分析决策技术,来不断修正截割模板,最后通过井下精准控制中心来完成对采煤机和液压支架的精准控制。该技术将当前基于记忆截割的"智能开采1.0"阶段升级为基于透明地质规划截割的"智能开采3.0"阶段,实现由传统的记忆割煤向三维空间感知和自动截割的技术跨越,具有很强的适应性和实用性。     

韩家湾煤矿切顶卸压沿空留巷技术应用

为进一步提高煤炭资源回收率,以韩家湾煤矿214201工作面应用沿空留巷开采技术为背景,为确保工作面成功留巷,在工作面实施爆破切顶卸压技术实践。结合煤层顶底板岩石物理力学性质,通过理论分析与现场试验确定切顶卸压爆破技术参数,在实施爆破切顶前采用恒阻大变形锚索加强切顶侧顶板支护,之后采用爆破切缝技术定向切顶卸压。现场监测结果表明,爆破切顶卸压之后,顶板能够按照预定的方向切缝,在工作面回采过程中,通过对留巷支护参数及形式的设计,最终所留巷道效果明显,达到了沿空留巷的目的。