锦界煤矿综采工作面集控系统的研究与应用

近年来尽管煤矿井下综采工作面自动化程度得到了大幅提高,但多套设备操作频繁,在某种程度上增加了相关操作人员的工作量,因而有必要设计出一套自动化综采工作面机电设备集中控制系统,将综采工作面的多个系统进行集中控制、集中监测,确保综采工作面生产系统的安全可靠运行,并提高综采工作面的生产效率、降低工作人员的劳动强度。以锦界煤矿31111综采工作面为例,分别对该工作面集控系统的各子系统(工作面控制子系统、泵站控制子系统、供电及无线通信子系统、视频监控子系统、数据存储系统)功能进行了详细分析,并对该系统的硬件组成、设计原理进行了讨论,对于类似矿山有一定的参考价值。     

基于采煤机和刮板输送机能耗模型的速度协同优化控制

综采工作面“智能化+装备”协同控制是实现煤矿综采智能化关键技术之一,采煤机和刮板输送机作为综采工作面的两大核心装备,其协同运行状态决定了整个综采过程的智能化程度、效率和能耗。基于前期研究建立的采煤机能耗模型,结合双向割煤工艺特点,通过对刮板输送机在不同工艺阶段的煤量线密度、实时煤量及运行阻力的分析,建立了刮板输送机的能耗模型。为验证该模型的合理性,以山西某煤矿9105综采工作面双机系统作为研究对象,通过MATLAB仿真得到的双机基准速度及其同比率增加或减少时的系统能耗变化趋势与实际经验相符。为明确牵引速度、滚筒转速及刮板链速度变化对采煤机和刮板输送机能耗的影响,通过对45组不同速度协同组合下采煤机和刮板输送机的能耗变化情况进行仿真分析,得出双机能耗最速下降路径的速度协同组合方向。其次,在满足采煤量、速度要求、生产时间等约束条件下,以采煤机和刮板输送机协同运行时的总能耗最小为目标,建立了双机速度协同优化模型,提出基于双机能耗模型的速度协同优化控制方法。为突出协同优化控制方法的优势,以同一综采工作面为研究对象,通过仿真得到优化协同速度及相应的能耗,与基准速度下的能耗相比,在一个生产循环中,...     

“人本智造与XR+”驱动的综采工作面人机协同智能化运行模式探索与实践

煤矿开采当前仍然处于部分无人化的发展阶段，人仍然在综采系统中扮演着重要的角色。智能化综采工作面应该在当前智能化装备和技术的基础上，依靠人(包括巡检工、集控工和维护工)与设备环境的深度人机协作，最终达到安全高效运行的目标。因此，基于在“XR+”领域长期的实践，从“人本智造”的角度出发，对综采工作面人机协同智能化运行模式进行探索。首先对比分析井下3类工种与地面工种的工作环境，得出3个工种在未来如何提升到智能操作工的升级路径；提出了基于多功能平行系统的综采工作面多工种协同运行模式框架，搭建“人-机-环”深度融合的综采工作面全局虚拟场景，并以此为基础进行智能推演，对3工种之间以及和多功能虚拟平行系统的协同交互方式进行设计。接着对其中的一些关键技术，如参数化虚拟矿工模型、真实矿工与虚拟矿工的实时联动、巡检手势集设计和井下协同维护系统等进行研究；最后对多功能平行系统的多工种培训、巡检工虚拟操作、集控工人机优化、维护工协同运行和多工种协同进行了相关的测试，实现了3工种之间以及与多功能平行系统的实时交互；最终形成“全局细节兼掌控+机器智能推结果+多工种协同决策”的协同操作模式，共同完成高质量远程监视、...     

综采工作面三机智能化配套探讨

针对矿井综采工作面普遍存在的用人多、设备协同效果不好等问题,通过应用物联网技术以及大数据技术,来进一步优化了综采工作面采煤机、刮板输送机以及液压支架三机的科学合理配套问题,通过提高这三机的智能化水平,这三机实现了协同运作,做到了精准配合,有效减少了综采工作面用人量,提高了综采工作面生产效益。     

基于Ethernet/IP综采机器人一体化智能控制平台设计

为提供煤矿综采装备成套解决方案,联合相关采、支、运等制造及控制厂家,集成综采工作面成套装备、技术和Ethernet/IP通信协议,设计了综采机器人一体化智能控制平台系统;研究了综采机器人控制技术,建立了三维环境复杂约束条件下的综采工作面控制模型,提出了综采工作面内"1人巡视、无人操作"的采煤模式;建立了综采一体化控制中心,设计了综采设备通信接口和协议标准方案,实现了综采机器人控制设备安全生产。最后,通过在煤矿综采过程中运行该系统平台,使基于Ethernet/IP综采机器人一体化智能控制平台较好地实现了安全、高效生产。     

充填协同垮落式综采技术及覆岩移动规律研究

概述了协同综采技术原理,总结了协同综采的技术特征。从协同综采生产系统、协同综采关键设备和系统综采工艺等方面,阐述了协同综采的关键技术,对比传统的垮落法开采、充填开采的工作面覆岩移动规律,指出协同综采面覆岩存在一个“过渡区域”。     

综采工作面智能化开采系统关键技术

简要回顾煤矿智能无人开采发展历程,在分析综采工作面智能化开采需求的基础上,提出了综采工作面智能化开采系统架构,包括精准煤层三维地质模型及其动态调整、智能化开采控制、智能化无人巡检装置和智能化协同集控等4个部分,提出了综采工作面智能化开采模式。分析了综采工作面初始三维地质模型、三维激光扫描技术,确定综采工作面三维地质数字化模型动态调整步骤,形成动态调整的综采工作面三维数字化地质模型,实现综采工作面的有限透明。指出综采工作面智能化开采三项关键技术:采煤机智能化割煤技术、液压支架自适应控制技术和综采工作面直线度控制技术。在神东榆家梁煤矿43101综采工作面进行技术应用,动态调整的综采工作面三维数字化地质模型精度为0.2 m,日割煤可达15刀;采煤机和支架自动化率95%以上,人工干预率20%左右;综采队全员工效125.69 t/工,较之前提高95.98%;工作面无直接操作人员,仅有1人巡视。研究成果可为煤矿智能无人开采提供借鉴。     

浅谈综采工作面工程质量管理与考核

陈四楼矿通过对综采工作面工程质量多年的研究与实践,总结出一套综采工作面工程质量考核及管理办法,并实施"1+1+n"精细化管理,建立"三个一工程"交流平台,全面提高综采工作面工程质量水平,取得了很好的效果,为综采工作面工程质量管理提供了宝贵的借鉴。     

工作面支护与液压支架技术理论体系

工作面支护是安全高效综采的首要条件,液压支架是综采系统的核心。笔者和其合作团队持续30多年致力于综采工作面支护与液压支架技术理论的研究和实践,建立了综采工作面支护与液压支架技术理论体系框架,提出了液压支架与围岩耦合原理,建立液压支架与围岩耦合模型,分析了液压支架与围岩的强度耦合、刚度耦合和稳定性耦合规律,阐述了液压支架合理工作阻力、临界护帮力和支护系统稳定性控制策略,提出液压支架三维动态优化设计理论和方法,将围岩下沉、断裂等力、力矩以及边界条件的变化通过液压支架骨架模型传递和分解到具体的液压支架结构上,借助三维设计平台动态模拟仿真液压支架与围岩耦合作用的力学特征,优化得出对围岩最优支护效果的液压支架结构参数。提出液压支架系列型谱和工作面支护系统液压支架群组的自组织协同控制方法,将支护系统群组自组织协同控制分解为围岩自适应控制和队列保持推进控制两个控制线程,同步实现群体系统协调控制。建立了工作面支护设备技术标准体系。     

东河煤矿综采工作面生产系统可靠性分析

从东河煤矿综采工作面的各种环境条件、工作面从事生产的人员素质、综采设备的配套和运行条件等方面对东河煤矿综采工作面生产系统可靠性进行了分析。为东河煤矿工作面的综采设备建立起关于可靠性的数学模型,确定了故障发生的函数的分布类型,计算出东河煤矿综采设备的各个子系统和总体系统的可靠性指标,分析综采工作面设备系统的可靠性情况,找到了综采工作面的薄弱环节,为综采工作面的生产提供指导。     

基于双通信模式的综采工作面巡检机器人研制

为实现综采工作面无人化智能开采,设计并研制了一款基于双通信模式的综采工作面巡检机器人系统。提出基于LoRa和WiFi技术结合的双通信模式实现综采工作面巡检机器人远程控制与工作面监控,并对巡检机器人的组成和功能进行了介绍,重点论述巡检机器人控制系统的组成和通信方案。通过在煤矿井下进行实际测试,结果表明,介绍方案可以实现地面控制台实时控制综采工作面巡检机器人,并可实时获取综采工作面数据和环境信息,及时发现问题并报警,为综采工作面无人开采提供保障。     

煤矿综采工作面实时信息绘图系统的研究与应用

为了实时直观反映井下综采工作面生产过程中的相关情况,设计开发了一套煤矿综采工作面实时信息绘图系统,介绍了该系统的人机交互界面设计、结构设计和功能模块设计.基于AutoCAD二次开发技术设计的煤矿综采工作面实时信息绘图系统可以快速地、准确地和直观地实现当前综采工作面地质相关情况的实测素描图,实际应用表明,该系统实时绘图效果良好,具有较好的实用价值.     

基于双总线的电液控制系统动态仿真平台开发

综采工作面环境恶劣,煤矿井下顺槽监控系统缺乏对液压支架的直观体现。针对上述问题,运用Lab VIEW开发出一套基于双总线的自动监控系统,同时建立综采工作面液压支架模型,通过支架控制器和端头服务器实时反馈数据,模拟支架动作和运动状态,实现对综采工作面液压支架运行状况的动态监测。该系统通过了现场调试和井下运行试验,试验结果表明系统性能稳定、运行可靠、仿真准确,满足设计要求,具有较高的实用价值。     

智能大采高综采工作面视频分析系统的研究与应用

针对煤矿井下综采工作面没有对人员、设备等移动目标进行自动分析等问题,研究了片帮报警智能视频识别技术,堆煤检测智能视频识别技术,刮板输送机内大块煤及煤量估算智能视频识别技术,人员"三违"预警、报警智能视频识别技术,综采工作面工作人员人脸识别等技术,设计了一套适应于智能大采高综采工作面的视频分析系统;该系统通过视频采集、分析、处理、集控接入等,实现在综采工作面及地面调度实时监管现场视频和自动控制等功能。通过在神东煤炭集团上湾煤矿12401综采工作面进行的示范应用,表明该系统为井下移动目标管理提供了决策依据,能够提高综采工作面的安全监管水平。     

基于虚拟现实技术的矿井综采工作面矿压显现仿真系统

以提升矿井综采工作面矿压显现仿真精度和仿真环境视觉效果为目的,研究基于虚拟现实技术的矿井综采工作面矿压显现仿真系统。系统利用Multigen软件构建矿井工作面矿压显现仿真环境,获取矿井综采工作面矿压参数,并利用该参数建立外部数据库和场景数据库,经过场景调度外部数据库与场景数据库实施场景建模、场景形象建模、几何建模等流程建立矿井工作面矿压显现仿真系统,以场景漫游与交互控制实现矿井综采工作面矿压显现操作。实验结果表明,矿井工作面矿压显现系统虚拟场景画面逼真,功能齐全,可有效仿真矿井工作面矿压环境;获取的矿井当前矿压数值与实际值很接近,仿真精准度高。     

基于数据驱动的综采装备协同控制系统架构及关键技术

为解决智能化综采工作面关键技术难题之一的开采设备协同控制问题,提出了基于数据驱动的综采装备仿人智能协同控制模型,重点研究了大数据背景下智能综采装备的协同控制知识自学习、开采行为自决策、分布协同自运行等关键技术理论与方法。具体包括:从数据应用的角度分析了智能综采系统的数据特点,阐明了智能综采的3大数据化特征:泛在感知(数据获取)、信息融合(数据挖掘)、智能控制(数据决策);构建了面向经验操作员决策过程表征的综采装备协同控制框架;提出了基于扩展有限状态机的综采装备运行状态演化方法和基于多标记决策信息系统的综采装备运动行为模式学习方法,来实现数据驱动下智能综采装备行为决策知识的获取;提出了面向经典采煤工艺过程的综采装备行为模态类的决策知识划分方法和基于CBR与RBR融合的决策行为混合推理方法,来实现智能综采装备动作行为的自主决策;探讨了人工控制模式下综采装备驾驶员控制策略的表征方法,发展了具有自学习、自决策、工况自适应的综采"三机"仿人智能协同控制方法;给出了基于平行系统理论的平行综采技术逻辑,为综采装备协同控制的研究提供方法。所提综采装备协同控制系统为大数据背景下的综采生产系统的协同控制提供了解决方案。     

杜儿坪矿综采工作面安装技术分析与研究

杜儿坪矿为现代化安全、高产、高效矿井,工作面全部实现综合机械化采煤。随着井田开拓系统优化,矿井简化了开拓系统,扩大了采区范围,提高了工作面生产能力。因此,综采工作面安装尤为重要。为了确保综采工作面正常接替,经过不断实践和研究,结合杜儿坪矿实际,总结出一套综采面安装技术,使工作面能够实现快速、安全、高效回采。     

基于负压二次降尘装置的自动降尘系统设计与应用

针对煤矿井下综采工作面作业过程中产生的高浓度粉尘问题,为改善综采工作面的作业环境,设计出液压支架自动降尘系统。系统以PLC为核心控制单元,通过布置在液压支架上的粉尘传感器和人体红外传感器进行信号采集,根据采集的信号发出相应指令到电磁阀,进而控制负压二次降尘装置的开关状态,实现综采工作面内粉尘浓度的自动控制;将设计的自动降尘系统在赵楼煤矿5302综采工作面进行了现场应用测试,测试结果表明:自动降尘系统能够大幅度降低综采工作面全部作业区域范围内的粉尘浓度,作业人员的作业环境得到明显改善。     

霄云煤矿井下集中降温系统研究

为彻底解决霄云煤矿井下热害问题,建立了井下集中降温系统,设计选用2套矿用防爆ZLS3300/10000型井下集中制冷机组,降温系统结构紧凑,可服务2个综采工作面和8个掘进工作面。通过测试,2个采煤工作面干球温度平均降幅分别为7.2℃和9.25℃,工作面湿度为75%左右,各项指标均达到规定要求,工作环境得到显著改善,提高了矿井职业健康水平和劳动效率。     

薄煤层综采工作面过断层研究及应用

以邱集煤矿7821综采工作面为研究目标,探索了困扰煤矿生产的薄煤层综采工作面过断层问题,总结了一套针对邱集煤矿薄煤层综采工作面过断层的技术措施和方法。对于落差较小的倾向、走向及近走向正断层采用爬坡角小于15°的挑顶卧底的方法,实现了经济有效、安全快速过断层的目的,为相似地质条件下的薄煤层综采工作面过断层提供了有益的借鉴。