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。     

智能化高产高效综采工作面的研究与应用

以转龙湾煤矿23203智能化高产高效综采工作面的常态化应用为例,介绍了智能化综采工作面的建设方案和取得的实际效果。结合23203工作面实际情况,根据采煤机程序化+记忆截割、液压支架自动跟机降移升的速度,确定了智能化采煤工艺流程;实现了采煤机中部记忆截割和两端头程序化截割模式,液压支架在采煤机机身中部自动跟机移架,设备远程集控的智能化生产工艺。从生产效率和人员投入方面进行对比分析,得出智能化综采工作面在减人提效方面取得了一定成效。总结了下一步建设方向,指出要实现智能化开采常态化,需积极推进大数据的管理与研究     

深部煤层智能化大采长综采工作面关键技术研究

针对平顶山矿区煤层埋深大,地质赋存条件复杂,采场围岩应力高,井下生产区域温度高的难题,结合可视化远程干预控制、井下信息传输技术及液压支架电液控自适应控制技术,以智能化工作面设备集成控制平台为基础,在平煤十矿构建了河南省首套大采长综采成套装备智能生产系统。建立井下井下万兆工业环网和4G无线通信系统,优化升级矿井信息化平台及通信系统,支撑矿井智能化安全生产高效运营管理;通过采煤机自适应记忆截割和远程集中控制等关键技术的应用,实现了采煤机与支架的协调联动采煤及"可视远程干预遥控,无人化操作"的智能化生产模式;基于惯性导航调直技术,形成"测量—计算—调直"的工作面智能化高精度调直方法,克服了生产设备高精度定位和调直控制的瓶颈;并以智能泵站液压支架自动补液为例,分析工作面液压支架阻力频率分布规律,表明:智能化控制系统对煤层赋存条件具有可靠的适应性,确保了液压支架与顶板岩层之间良好的耦合关系和工作面围岩的稳定性,能够满足安全高效生产的要求。     

智能化采煤技术在20 m+特厚煤层的应用与推广

为减轻工人劳动强度,保障生产安全,实现对综采设备的实时动态在线监测,以大唐能投公司龙王沟煤矿61605综采工作面为研究对象,探索了适应千万吨综采工作面的智能化采煤理论与技术方案,主要包括液压支架跟机自动移架控制、采煤机自动截割技术、视频动态监控及远程集中控制等,并依据该方案进行了现场实践,实现了千万吨综采面自动化运行,为煤矿安全高效生产提供了保障。     

千万吨级矿井智能化综采成套装备及关键技术

针对国内厚3～4 m煤层生产效率低、采煤机割煤速度慢、液压支架自移跟机可靠性差等问题,根据转龙湾煤矿Ⅱ-3号煤层233采区煤层赋存情况,为了实现转龙湾煤矿一矿一井一面的千万吨级智能化矿井建设目标,开展了3～4 m厚煤层液压支架、采煤机、刮板输送机等成套装备一体化设计,确定了成套装备的技术参数和关键结构,研制了高可靠性、智能化成套装备,突破了基于惯性导航系统的综采工作面直线度精确检测技术、采煤机记忆截割智能控制技术、基于煤流负荷模型的刮板输送机智能调速技术、工作面端头联合支护技术等关键技术,实现了采煤机自主定位、记忆截割,液压支架自动跟机移架、推移刮板输送机和自动矫直,刮板输送机智能柔性变频调速,2巷超前液压支架协同推进,设备列车的自动控制和快速自移。结果表明,上述关键技术保障了综采装备的成套协同作业和连续回采,工作面具备了年产1 000万t的水平,大幅减少了采煤工作面的操作工人数量,实现了远程监控和少人值守常态化模式的智能化采煤作业,自2015年10月在转龙湾煤矿23303工作面进行工程示范应用,效果显著,每班可减少操作工人5人,最高日产达到3.78万t,最高月产90.13万t,建立了3～4 m厚煤层年产千万吨的配套模式,可为类似煤层赋存条件高产高效生产提供经验。     

大倾角大采高综采工作面设备适用性及生产管理成套技术

通过对河北某大倾角大采高工作面安全高效生产实例的总结,得到了大倾角工作面安全高效生产的关键技术,包括液压支架、采煤机等成套设备的改造技术及采煤工艺的适用性调整方法等,为类似工作面安全开采起到指导作用。     

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。     

提高综放工作面单产关键技术

同煤集团为了提升主力矿井综放工作面单产水平,保证产量均衡稳定,通过采取加大采煤机截深、增大放煤步距,配套电液控支架、改造液压系统、增加采煤机截割速度、优化放煤工艺等综合手段,提高了设备利用率和资源回收率,从而提高了综放工作面单产水平,取得了良好的经济技术效果。     

综采工作面配套技术研究

从工作面产量、日推进度、参数、主要设备等方面阐述了我国综采的配套技术发展情况,并从我国综采工作面设备可靠性、自动化水平、关键部件性能等方面阐述了与国外的差距,展望了我国综采技术的发展方向,即以高效集约化生产为发展方向,以安全、高效、高采出率、环境友好为目标,实现自动化与信息化,提高设备的可靠性,降低劳动消耗,提高生产效率;工作面长度达400 m以上,采煤机实现工作面记忆截割,液压支架跟机自动化推移,基于智能化、可视化技术的工作面巷道集中控制的地面远程控制,在中厚煤层实现工作面年产1 000 万t;加大对复杂难采煤层高效开采成套装备技术的研究。重点对急倾斜、大倾角煤层开采成套技术与装备开发、薄和极薄煤层高效开采以及无人自动化工作面成套技术与装备进行研发。     

基于海洋捕猎者算法优化的采煤过程截割干涉检测方法

采煤机和液压支架作为综采智能化工作面建设的核心和基础,两者的协调可靠作业是综采智能化实现的关键前提。在实际生产中,液压支架护帮板和采煤机截割滚筒之间常发生截割干涉,大大增加了装备的维护成本,严重时将导致安全事故的发生。当前所提出的基于机器视觉的采煤过程截割干涉检测方法虽然能实现基本的截割干涉检测功能,但是难以根据所处环境自适应的调节截割干涉检测系统关键参数,导致其工业适应性及稳定性较低。通过引入海洋捕猎者算法对截割干涉检测系统关键参数进行动态优化,自适应调节截割干涉检测系统性能,有效提升了其适应性与稳定性。工业性试验表明,基于海洋捕猎者算法该优化后的截割干涉检测系统相比原系统截割检测准确性提升了16.67%,达到了92.36%,大幅提升了基于机器视觉的采煤过程截割干涉检测方法的工业可靠性,具有更强的工业应用潜力。     

缓倾斜薄煤层综采自动化配套装备应用研究

缓倾斜薄煤层开采存在工作面空间狭窄、回采效率低、机械装备不配套及采煤工艺不完善等问题,为了实现矿井安全高效生产,在对薄煤层赋存条件进行分析的基础上,对工作面自动化开采设备进行选型,选用适应于缓倾斜薄煤层的液压支架、采煤机和刮板输送机等配套装备,并在斯派尔煤矿110701回采工作面进行工业试验。结果表明:采用综合机械化采煤,在工作面长度170 m和煤层平均厚度1.3 m的条件下,试验工作面月产量最高达4.1万t,年产值最高达39 363.84万元。说明该套综采自动化配套装备能够有效提高生产效率,降低劳动强度,促进安全生产。     

煤炭安全高效综采理论、技术与装备的创新和实践

2030年之前我国以煤为主的能源格局难以改变,煤炭资源安全高效开采仍然面临一系列技术挑战。基于不同层位围岩破断的应力路径效应研究成果,研究了液压支架与围岩的强度、刚度、稳定性耦合作用原理,提出了液压支架适应围岩失稳的"三耦合"动态优化设计方法;针对厚煤层超大采高综采,建立了顶板岩层断裂失稳的"悬臂梁+砌体梁"力学模型,分析了"悬臂梁"破坏失稳的空间条件与力学条件。通过数值模拟方法分析了煤壁破坏的主要影响因素,得出了各影响因素对煤壁破坏的敏感度排序。研发了增容缓冲抗冲击立柱、液压支架群组协同控制系统及"大梯度+小台阶"配套方式,实现了金鸡滩煤矿8.0 m超大采高工作面安全高效开采;针对特厚煤层大采高放顶煤开采,研发了三级强扰动高效放煤机构与尾梁冲击破碎装置;针对薄煤层研发了调高范围为0.5~1.4 m的超大伸缩比液压支架,在黄陵一号煤矿实现了常态化远程监控、工作面无人操作的智能化开采。对未来需要突破的安全高效开采关键技术进行了展望,提出了稳定割煤与连续推进、高可靠性设计、综采设备机器人化及透明开采4个技术方向。     

上湾煤矿8.8 m综采工作面煤壁稳定性分析

随着大采高开采技术、综采设备研发制造水平的不断提高,综采工作面开采高度不断突破,向8 m及以上超大采高发展。大采高开采技术实现了采煤工作面高产高效,提高了煤炭回采率,但是随着开采高度的不断增加,煤壁片帮问题愈发凸显,大采高综采工作面煤壁稳定性已严重制约煤矿安全高效生产。针对上湾煤矿8.8 m工作面开采后的煤壁片帮情况,采用煤壁稳定性分析软件及FLAC^3D软件对影响工作面煤壁稳定性因素进行类比分析、理论分析及数值模拟分析,得出该工作面煤壁较为稳定,但仍需在合理选择支架支护强度的前提下,尽量保证液压支架护帮范围达到5 m,以适应8.8 m超大采高工作面的护壁要求。     

小功率采煤机喷雾供水装置结构改进设计

喷雾供水装置是决定采煤机能否安全生产的重要部件,它在采煤机滚筒的降温,工作面灭尘,扑灭摩擦火花等方面起到重要作用。然而采煤机工作环境恶劣,工况条件极其复杂,喷雾供水装置在随采煤机摇臂升降割煤的过程中,容易受到煤块、矸石以及输送机等碰撞,损坏。通过改进喷雾供水装置结构,提高其可靠性,为矿井工作面安全生产提供有力保障。     

以“避、让”为中心的综采工作面过断层方法的研究与实践

为了降低断层对回采工作面正常推采影响，确保产量、煤质各项指标、降低安全管理难度，基于厚煤层条带开采情况下工作面过断层群实践，提出以采煤工作面整体“避、让”为中心改造两巷避开岩石的过断层方式，根据断层空间形态，通过调整改造工作面两巷及采煤工作面位置，实现少割或不割岩石的目的。并通过理论计算论证了条带煤柱稳定性。该技术成功在古城煤矿2201工作面进行了应用，改造区回采期间推进速度正常、未引起自燃发火；多数区域均按常规进行放顶煤开采、多采出38.7万t煤；工作面未进行爆破作业、安全及生产管理难度小。有效解决了回采工作面过断层群时过断层周期长、放炮对设备影响大、煤炭回收率低不能兼顾等问题，成功实现了安全、经济、高效开采。     

特厚煤层大采高综放开采机采高度的确定与影响

为了确定大采高综放开采合理的机采高度,基于理论分析与数值模拟计算方法,研究了不同机采高度对支架工作阻力、顶煤冒放规律、煤壁稳定性的影响。研究结果表明：大采高综放开采机采高度的确定应充分考虑采放比、煤壁稳定性、矿压显现、顶煤采出率及设备投资等。支架所需支护强度、顶煤采出率、煤壁片帮程度与机采高度成正相关性,但并不是简单的线性关系。由于受顶煤赋存条件及采出率等因素影响,相同采高大采高综放开采煤壁片帮几率要高于大采高综采。大采高综放开采是煤炭开采技术的新突破,是实现特厚煤层安全高效开采的有效途径。     

煤矿采煤系统智能控制技术研究

为了实现采煤设备的智能监测和控制,研究了采煤工作面设备智能监控系统总体构架,主要包括各类传感器、本安型就地操作箱、采煤机装备集中PLC智能控制柜、控制计算机、客户端、数据服务器等;分析了PLC控制柜硬件部分和软件部分,并对采煤设备所用传感器进行了选型。研究为实现安全高效采煤打下坚实的基础。     

综采工作面截深问题探讨

介绍了我国综采工作面截深现状及与国外的差异,就截深与设备选型配套、生产工艺、顶板管理、支架结构、生产效率的关系进行了分析探讨。截深是根据工作面地质条件、生产工艺和设备选型配套等因素综合选择确定的,是关系到综采工作面生产管理和高产高效的关键技术参数,随着生产技术的进步和管理水平的提高,选用大截深是提高生产效率的重要途径。     

大柳塔煤矿厚煤层综采自动化系统应用

综采自动化系统是煤矿生产数字化、智能化、信息化、自动化的发展需求,也是实现减员增效的必经途径。为探究厚煤层自动化开采的应用方式,本着"减员提效、无人则安"的原则,对大柳塔煤矿厚煤层综采自动化系统中马蹄尔处"三岗合一"集控系统、煤机自动化割煤、跟机自动拉架等技术进行了研究。在明确集控系统现状及解决方案的基础上,从设备选型、工作原理、参数设置等方面出发,分析了自动化割煤系统及液压支架自动化跟机系统的应用方式。综采自动化系统的运用,实现了减员提效,同时节约了生产成本,可以为其他矿井厚煤层自动化开采提供一定借鉴。