薄煤层智能回采系统关键技术研究

介绍了国内外薄煤层智能化回采技术发展概况;重点阐述了液压支架全工作面跟机智能化技术、采煤机全工作面智能切割技术、工作面视频监控技术、液压支架电液控制技术、工作面直线度控制技术、智能化远程集控技术、智能化集成供液控制技术、超前支护智能控制技术等薄煤层智能回采系统关键技术原理;针对目前矿井薄煤层回采存在开采难度大、经济效益低、资源采出率低等问题,从采煤机三维智能定位、煤岩界面智能识别、液压支架智能控制3个方面探讨了薄煤层智能回采系统关键技术的发展趋势。     

薄煤层综采工作面自动化技术综述

分析了国内外薄煤层综采工作面自动化技术的发展现状,介绍了薄煤层综采工作面自动化系统结构、采煤机自动化控制技术、液压支架电液控制技术、刮板输送机自动化控制技术及采场空间环境可视化监测技术,指出了薄煤层综采工作面自动化技术的发展趋势:采用先进工艺提高采煤机、液压支架等设备的工作可靠性;提高薄煤层综采工作面自动化系统的自动化程度,完善控制系统与故障诊断系统,提高对各种采煤环境的适应能力;从有链牵引向无链牵引及电牵引方向发展;进一步研究综采工作面可视化监测系统。     

薄煤层无人工作面自动化开采技术应用

针对某矿薄煤层保护层安全高效开采的需求,提出了对其2号薄煤层进行上保护层无人工作面开采的设计方案;根据2号薄煤层22201首采保护层工作面的实际情况,给出了22201无人工作面的采煤机、液压支架、刮板输送机的配套选型,详细介绍了22201无人工作面自动化控制系统的网络结构及采煤工艺。现场工业性试验结果表明,该方案可自动完成割煤、移架、推刮板输送机和顶板支护等生产流程,实现了薄煤层工作面的自动化开采。     

综采工作面虚拟现实监控系统设计

针对目前综采工作面自动化生产过程中视频监控图像效果差的问题,设计了综采工作面虚拟现实监控系统,详细介绍了系统功能设计、结构组成及系统实现的关键技术。该系统采用虚拟现实技术构建出了高仿真度的虚拟矿井作业场景,实现了综采工作面生产设备实时状态信息的采集、传输、显示、预警以及反向控制等功能,满足了综采工作面自动化生产监控的需求。     

薄煤层液压支架喷雾系统的设计

详细介绍了薄煤层液压支架喷雾系统的喷雾方法、工作原理、系统组成及特点等。该液压支架喷雾系统采用高压射流喷雾的方法,能够有效地控制回采工作面薄煤层液压支架周围的粉尘;将喷雾装置放在顶梁里面,节省了空间,有效解决了喷雾装置占用行人通道和通风断面的问题;充分利用电液控制器的优势,自动化程度高。     

煤矿安全监控系统分级断电功能的实现

分析了综采工作面瓦斯超限分级断电的必要性,介绍了煤矿安全监控系统监控中心站软件中分级断电模块的设计和监控分站分级断电功能的实现方案。煤矿安全监控系统分级断电功能可在工作面瓦斯体积分数达到设定值时断掉断电优先级高的设备电源,降低了工作面瓦斯事故的发生概率,同时减少了带式输送机带负荷启动的情况。但该功能在发生瓦斯传感器断线故障时无法实现,同时增加了瓦斯传感器的调校复杂度。     

综采工作面无人化远程监控技术

为解决煤矿井下综采工作面监控不足、劳动力成本大、设备状态实时性较差等问题,本文提出了一套煤矿井下综采工作面无人化远程在线监控系统,介绍了硬件系统模块,根据模块化设计理念编写了故障识别软件程序。经应用表明,本次提出的方案实现了综采工作面的无人化、工作面设备的互联互通以及故障智能分析与决策,解决了长期困扰煤矿企业发展的难题,大大提高了煤矿井下智能化水平,降低了工人劳动强度。     

综采工作面监控系统

目前国内煤矿井下综采工作面监控系统普遍存在着各监控子系统运行相对独立、通信实时性差,稳定性不高等诸多问题.因此,基于煤矿井下综采工作面的工艺流程,以实现井下主要生产设备工况的在线监测与控制、环境参数的采集与监测和故障处理为目的,通过建立西门子S7-300系列PLC的主控站与现场层的智能从站,研究设计了一套应用于煤矿井下的数字化综采工作面监控系统.经实际测试表明本系统稳定性好、可靠性高,对煤矿的安全高效生产具有不可替代的作用.     

薄煤层在原始应力区掘进瓦斯治理综合技术研究

为了预防薄煤层掘进工作面在原始应力区掘进时发生瓦斯超限和瓦斯积聚的现象,以及煤层受邻近层瓦斯压力的影响发生煤与瓦斯的突出事故,通过结合现场实际,采用合理调配风量、预抽煤层瓦斯、超前预测和掘进期间执行循环前探钻孔卸压等瓦斯综合治理方案,达到了工作面瓦斯治理的预期效果,从而保证了薄煤层掘进工作面在原始应力区的施工安全。     

液压支架远程监控平台的设计与实现

为提升煤矿井下综采工作面液压支架工作效率、保证工作面安全生产,设计并实现液压支架远程监控平台。根据液压支架工艺流程,设计监控平台总体架构,采用CAN总线通信与TCP/IP通信相结合的方式实现工作面所有液压支架数据的实时、准确传送。详细分析了基于远程监控平台的动作、控制以及通信方案,最后给出液压支架远程监控平台界面设计步骤,为实现综采工作面的智能化、少人化提供一种解决方案。     

WiFi通信在薄煤层综采工作面的应用

针对薄煤层综采工作面对无线通信高可靠性、高带宽、低延时、广覆盖的需求,以榆家梁煤矿43101薄煤层综采工作面为应用背景,从频段选择、网络拓扑、基站布置、快速漫游切换机制等方面提出了应用于薄煤层综采工作面的WiFi通信方案:选择5.8 GHz为WiFi通信优选频段;该工作面已铺设有线网络,WiFi基站直接连接到有线网络;为确定WiFi基站之间的间距,在该工作面选取2个测试点进行信号强度测试,得出需要每隔约57个支架设置1个WiFi基站,实现相邻WiFi基站之间无线信号重叠覆盖;基于在线扫描、客户端链接质量排序、智能学习、预连接、数据缓存5种技术完成快速漫游切换,确保工作面的客户端始终连接最佳信号的WiFi基站。测试结果表明,该方案实现了工作面无线信号全覆盖,具有较好的通信稳定性,通信速率达30 Mbit/s以上,漫游切换时间为25~50 ms,达到快速漫游目的。     

近距离煤层群综采工作面瓦斯治理优选措施

相对于单一煤层或其他煤层群开采,近距离煤层群在开采过程中邻近层受到开采层应力影响更为剧烈,瓦斯更容易通过发育的裂隙涌入开采层,造成开采层工作面瓦斯积聚。现有的针对近距离煤层群的瓦斯治理研究主要侧重于单一措施参数的确定及效果分析,没有深入研究瓦斯治理措施在时间、空间层面之间的联系,对综合瓦斯治理措施的优选组合、具体参数的确定依据及措施采取后的效果分析不够深入。针对上述问题,以阳煤一矿81403综采工作面为研究对象,通过数值模拟方式分析了近距离煤层群条件下开采应力分布及演化过程,研究了上覆岩层破坏及裂隙发育变化规律,得到了81403综采工作面瓦斯主要来源为煤层解吸瓦斯、上邻近层卸压瓦斯、采空区瓦斯等,针对不同瓦斯涌出源头和特点,优先采取顺层预抽+高抽巷+高位钻孔+采空区埋管的瓦斯抽采措施,即在开采前充分预抽减少煤层解析瓦斯量,通过高位钻孔、高抽巷处理邻近层瓦斯涌入,采用埋管治理上隅角瓦斯局部聚集,在时间和空间上形成综合的治理体系,从而达到瓦斯治理目的。实际应用结果表明,工作面回采期间瓦斯抽采率达到了89.9%,回风巷及上隅角瓦斯体积分数保持在1%以下,保证了工作面的安全回采。     

薄煤层自动化采煤机控制系统的研制

薄煤层开采一直成为长期困扰我国煤炭行业的一个难题。为了彻底解决薄煤层的开采问题,必须在自动化采煤方面下功夫。而自动化采煤的核心就是采煤机的自动化,但采煤机的自动化又取决于采煤机的控制系统。因此,研制高可靠性的薄煤层自动化采煤机控制系统势在必行。本文结合实际情况,对薄煤层采煤机自动化控制系统的研发进行了探讨。     

刚柔耦合系统建模与仿真关键技术研究

研究了基于虚拟样机技术的复杂刚柔耦合多体系统建模与仿真中的关键技术,提出了保证仿真精度、缩短仿真时间,提高仿真速度的具体措施,大大提高了基于Pro/E、ANSYS和ADAMS三款软件联合进行刚柔耦合多体系统可靠性研究的操作性;解决了含硫化铁矿结核体薄煤层采煤机截割部的输入实现、约束及边界条件等关键技术,为基于复杂煤层赋存条件下薄煤层采煤机截割部工作的可靠性研究提供了理论准备;找到了采煤机截割部关键零件设计上存在的问题,为采煤机截割部系统的优化提供了有力的量化依据;尤其是复杂刚-柔耦合多体系统建模与仿真中关键技术的解决对于研究多体系统工作的可靠性、降低研发成本、物理样机一次成功目标的实现具有重要的理论意义和较强的实用价值。     

电牵引爬底式采煤机在大倾角极薄煤层工作面的应用

介绍了MG110/130-TPD型电牵引爬底式采煤机的适用范围、机械部分、电控部分、主要功能及其在某煤矿大倾角极薄煤层工作面的具体应用情况。应用结果表明,该采煤机性能稳定,出煤效果较好,提高了工作面的安全生产水平及效率,但仍需进一步研究其容易窜矸及因采用链牵引而导致的运行轨迹不规则问题。     

基于改进三棱柱体元构建三维煤层模型的实现

现有三维煤层建模方法采用2次插值算法及传统三棱柱体构建煤层模型,导致误差较大。根据煤矿钻孔数据建立数据库,采用狄洛尼三角剖分算法及克里金插值法建立煤层二维曲面数据模型,形成三维煤层模型的上、下表面。结合三维钻孔模型,以改进的三棱柱体元为基本元组构建三维煤层模型,实现了三维煤层的可视化与煤层储量的自动计算。根据某煤矿的原始钻孔数据,采用基于改进三棱柱体元的三维煤层建模方法对该煤矿某工作面煤层进行建模并计算煤层储量,结果表明该方法较传统块段法的计算精度提高了4.82%。     

煤矿工作面无线全覆盖通信系统设计

根据煤矿工作面无线通信的需求,分析了现有工作面有线通信和无线通信技术的优缺点,提出了一种基于无线网状网和ZigBee技术的煤矿工作面无线全覆盖通信系统设计方案,并介绍了综合基站和WiFi网关的设计。测试结果表明,该系统能够满足工作面数据、语音、视频等不同信息的无线传输需求,实现了工作面无线信号的全覆盖。