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蒙陕地区中厚煤层智能化综采工作面关键技术应用研究

蔡 峰 (国中煤绿色能源集困限制装修公司,成都市朝阳区区,100120)

摘 要 针对(dui)蒙陕地区典型(xing)中(zhong)厚(hou)煤(mei)层开采(cai)(cai)(cai)工(gong)(gong)作(zuo)面(mian)地质条件,开展(zhan)了(le)(le)工(gong)(gong)作(zuo)面(mian)三维数(shu)字模型(xing)构(gou)(gou)建、基于多(duo)源数(shu)据融合的数(shu)字孪生构(gou)(gou)建、液压支架智(zhi)能(neng)(neng)化(hua)控(kong)制、采(cai)(cai)(cai)煤(mei)机(ji)调高预(yu)测和路径规划、综(zong)采(cai)(cai)(cai)工(gong)(gong)作(zuo)面(mian)远程智(zhi)能(neng)(neng)控(kong)制和自(zi)移(yi)机(ji)尾纠(jiu)偏等关(guan)键(jian)技(ji)术(shu)研究;构(gou)(gou)建了(le)(le)“远程一键(jian)式启停、自(zi)动(dong)(dong)开采(cai)(cai)(cai)为主、远程人工(gong)(gong)干预(yu)为辅、最终(zhong)实现(xian)无人值守(shou)”为目(mu)标(biao)的减人、提效开采(cai)(cai)(cai)模式;并首创液压支架自(zi)动(dong)(dong)摆(bai)底调控(kong)技(ji)术(shu)。通过在纳林河二(er)号煤(mei)矿进(jin)行的工(gong)(gong)业(ye)性试验,表明该中(zhong)厚(hou)煤(mei)层智(zhi)能(neng)(neng)化(hua)综(zong)采(cai)(cai)(cai)工(gong)(gong)作(zuo)面(mian)关(guan)键(jian)技(ji)术(shu)的研究成果全面(mian)提升(sheng)了(le)(le)矿井综(zong)采(cai)(cai)(cai)工(gong)(gong)作(zuo)面(mian)智(zhi)能(neng)(neng)化(hua)水平,促进(jin)了(le)(le)煤(mei)矿企业(ye)的安全发(fa)展(zhan)和高质量发(fa)展(zhan)。

重点词(ci) 煤矿智能(neng)化;中厚煤层智能(neng)开采工(gong)作(zuo)面;数(shu)字孪生技术;液压支(zhi)架(jia)自动摆底;远程智能(neng)控(kong)制;蒙陕(shan)地区

1 研究背景

煤(mei)矿(kuang)智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)化(hua)(hua)建(jian)设(she)已经(jing)成(cheng)为国家能(neng)源安(an)全(quan)(quan)稳定的(de)重(zhong)(zhong)要(yao)保(bao)障,是(shi)煤(mei)炭工(gong)(gong)(gong)业持续高(gao)质量发展的(de)核心技(ji)术(shu)(shu)支撑[1-4]。智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)化(hua)(hua)开采是(shi)煤(mei)矿(kuang)开采技(ji)术(shu)(shu)创(chuang)(chuang)新的(de)重(zhong)(zhong)要(yao)研(yan)究(jiu)领域,大力推进“机械化(hua)(hua)换人(ren)(ren)、自动(dong)化(hua)(hua)减人(ren)(ren)”,已成(cheng)为煤(mei)炭企业实现安(an)全(quan)(quan)、高(gao)效和高(gao)质量发展的(de)必由之路(lu)。近年来(lai),随着矿(kuang)井开采强度(du)和深(shen)度(du)的(de)加(jia)大,地质条件越来(lai)越复(fu)(fu)杂,冲击地压、煤(mei)与瓦斯突出等动(dong)力灾(zai)害的(de)威胁加(jia)大,导致各种安(an)全(quan)(quan)事故(gu)频繁(fan)发生。将新型信息技(ji)术(shu)(shu)与现代采矿(kuang)工(gong)(gong)(gong)程技(ji)术(shu)(shu)相结合,利(li)用(yong)机器视觉、数字(zi)孪生和智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)控(kong)制技(ji)术(shu)(shu)实现无(wu)人(ren)(ren)工(gong)(gong)(gong)作面(mian)智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)化(hua)(hua)采煤(mei)工(gong)(gong)(gong)艺与技(ji)术(shu)(shu)创(chuang)(chuang)新[5-8],开展复(fu)(fu)杂地质条件的(de)典型中厚煤(mei)层智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)化(hua)(hua)工(gong)(gong)(gong)作面(mian)关(guan)键技(ji)术(shu)(shu)研(yan)究(jiu)与应用(yong),对全(quan)(quan)面(mian)提升综采工(gong)(gong)(gong)作面(mian)智(zhi)(zhi)(zhi)能(neng)化(hua)(hua)水平(ping)、实现煤(mei)矿(kuang)安(an)全(quan)(quan)高(gao)效生产、促进煤(mei)炭工(gong)(gong)(gong)业高(gao)质量发展具有重(zhong)(zhong)要(yao)意义。

蒙陕国家煤焦产品还具备堡垒压、强扰动、挽回型厚煤层等的特点,立井开矿易受突水、覆岩坚硬系数顶板、采空煤柱聚焦应力应变、长-大办公面高构造度开矿扰动等简化各种因素导致,加上有厚煤层连续采全高含小高层夹矸等简化形式分散诸多,巷道顶板细分、底鼓、片帮较为严重的,有打击地压危害性较高。此外,也会有某些煤层打击危害系数相对的较低,具备开矿保养层的直接前提条件。近些年针对性蒙陕国家立井保养层开矿基本原理与方法用各类主要表现中厚煤层智慧化综采办公面主要方法用急待进每一步理论研究分析,故此,在蒙陕国家积极开展主要表现中厚煤层智慧化综采办公面方法用理论研究分析与用还具备必要作用。 中煤集团机构简介西北部清洁能源机构纳林河一号露天矿山(下代称纳林河一号露天矿山)为于新疆古自治权区鄂尔多斯市,其煤层更具其最重要的教师示范的的蒙陕地段中厚煤层赋存特点。以纳林河一号露天矿山中厚煤层智慧化综采操作步骤面为学习阶段目标,自动对焦其最重要的教师示范的中厚煤层智慧化挖掘操作步骤面系统多元化与应用教师示范,依托于人工工资智慧和数码9孪生系统,大力开展智慧综采操作步骤面数码9传统模式化创造出一个、多源统计数据凝固数码9孪生相应采煤机调高行驶轨迹预測等重中之重系统学习。凝固“智慧感知、空气阻力车载导航、智慧操控、数码9孪生”等基本点系统,冲破其最重要的教师示范的中厚煤层智慧化挖掘的重中之重系统一些原因和最主要的特点一些原因,该智慧化综采操作步骤面可进行“没有人操作步骤、qq远程预防、健康安全高效率、精彩纷呈能源管理”的正常运行传统模式。

2 智能化综采工作面关键技术

2.1 中厚煤层三维数字模型构建技术

复(fu)杂地质条件下典型(xing)中厚煤(mei)(mei)层三(san)维数(shu)字模(mo)(mo)(mo)型(xing)是实(shi)现(xian)智能(neng)化开采(cai)(cai)的基础[9]。在(zai)智能(neng)化综采(cai)(cai)工(gong)作(zuo)面(mian)(mian)开采(cai)(cai)推进(jin)过(guo)程(cheng)中,首(shou)先根据(ju)(ju)回(hui)采(cai)(cai)工(gong)作(zuo)面(mian)(mian)运输巷、回(hui)风巷钻探数(shu)据(ju)(ju)和回(hui)采(cai)(cai)工(gong)作(zuo)面(mian)(mian)顶底板数(shu)据(ju)(ju),并基于(yu)已有矿井(jing)地质地理信息数(shu)据(ju)(ju),利(li)用(yong)动态(tai)数(shu)据(ju)(ju)驱动生成(cheng)初始工(gong)作(zuo)面(mian)(mian)三(san)维模(mo)(mo)(mo)型(xing),采(cai)(cai)煤(mei)(mei)机(ji)(ji)利(li)用(yong)惯性导航系统、脉冲编(bian)码(ma)(ma)器(qi)和摇(yao)臂高度(du)(du)传感器(qi)来精(jing)确计(ji)算滚筒截割轨迹(ji)信息。其(qi)中惯性导航系统直接(jie)固定连接(jie)在(zai)采(cai)(cai)煤(mei)(mei)机(ji)(ji)机(ji)(ji)身(shen)并通过(guo)RFID射频进(jin)行数(shu)据(ju)(ju)传输,脉冲编(bian)码(ma)(ma)器(qi)安装(zhuang)在(zai)采(cai)(cai)煤(mei)(mei)机(ji)(ji)牵(qian)引(yin)部上(shang)方,摇(yao)臂高度(du)(du)传感器(qi)安装(zhuang)在(zai)采(cai)(cai)煤(mei)(mei)机(ji)(ji)摇(yao)臂调(diao)高油缸内。煤(mei)(mei)层三(san)维模(mo)(mo)(mo)型(xing)构建优化流程(cheng)如图1所(suo)示(shi)。

图1 煤层三维空间3d模型打造系统优化过程
(1)先借助多普勒效应导航栏设备在在线测量采煤机角进程和角加进程,随后再借助脉宽编码查询器在在线测量采煤机位移增加的相关信息,解算出采煤机的即时三维立体地理位置,之后再构建顶杆高宽比调节器器确认采煤机滚简的截割两排路径规划的相关信息。 (2)构建做工作面金属支架数据统计采集已截割顶底板数据统计,适用属于虚空阿尔法粒子群法求对超小二乘适配向量机(LS-SVM)性能seo手段,对斜面型号做匹配折算偏移地域差异,并输送煤层3D型号部位偏差的精度调整值。 (3)再生利用克里格范围曲率插值法把调整值放进去到初始值煤层三维空间图绘图中,控制对煤层三维空间图绘图小面积的随机误差的精确度高动态信息调整。

2.2 多源数据融合的数字孪生构建技术

构建(jian)(jian)数(shu)字孪生工(gong)(gong)作面(mian)精准三(san)(san)(san)维(wei)(wei)模(mo)型,以实现对智能综采(cai)(cai)设(she)(she)备(bei)的实时监(jian)(jian)测(ce)、精确(que)定位(wei)与预测(ce)性健康维(wei)(wei)护,达到(dao)虚实融合、以虚控(kong)实的目的[10]。工(gong)(gong)作面(mian)数(shu)字孪生三(san)(san)(san)维(wei)(wei)监(jian)(jian)测(ce)系统所有(you)设(she)(she)备(bei)模(mo)型均采(cai)(cai)用(yong)(yong)1∶1进行精准三(san)(san)(san)维(wei)(wei)建(jian)(jian)模(mo),利(li)用(yong)(yong)建(jian)(jian)模(mo)软(ruan)件进行模(mo)型网格(ge)优化(hua)(hua)、贴(tie)图、烘培(pei)处理,设(she)(she)计能够满足数(shu)字孪生监(jian)(jian)测(ce),同时提高系统调(diao)用(yong)(yong)、工(gong)(gong)作面(mian)搭建(jian)(jian)和数(shu)据驱动效率(lv)的工(gong)(gong)作面(mian)设(she)(she)备(bei)三(san)(san)(san)维(wei)(wei)模(mo)型。数(shu)字孪生工(gong)(gong)作面(mian)三(san)(san)(san)维(wei)(wei)可视化(hua)(hua)模(mo)型如图2所示。

图2 字母孪生做工作面二维交互实体模型
经由探究引入自然数式孪生综采事情上中上面生活环境绘图,创建自然数式孪生综采事情上中上面绘图及安全性智力探测技术系统软件appAPP;开发设计3d绘图文本自然资源池接口、24小时时间统计数据信息分析交互效果接口,改变交互自然数式孪生探测技术系统;症状领取SLAM引入综采事情上中上面3d地理位置图,将综采事情上中上面24小时时间统计数据信息分析、使用方式和自然数式映射绘图相综合,经由角处折算、云统计数据信息分析软件appAPP使用症状领取与多源统计数据信息分析相要融合,改变对综采事情上中上面自然数式孪生软件appAPP的智力把控与方式24小时时间探测技术系统,符合明暗相要融合、以虚控实的目标。

2.3 液压支架智能化控制研究

(1)提出来了刮刀输料机定时调直手段。在回采时,上位机软件跟据惯导与里程数计的位姿判断设备产生的刮刀输料机身材的曲线,与由油压机固定吊架堆积杆产生的油压机固定吊架身材的曲线相比计算出下挥刀的油压机固定吊架堆积补尝量,导至控制事情面定时调直。经矿井试验报告,事情面定时调直的很大蹭蹭蹭蹭度误差值为30 cm,攻陷了因刮刀输料机堆积量小导至采煤机滚筒机与固定吊架顶梁干预的的问题。 (2)明确提出了主动加刀和甩刀形式。采用适时合理安排加刀和甩刀来改变运转面力促放向和力促度,以确保了运转面液压油泵框架齐直。 (3)首开了电脑自动摆底干预技术性。实现人工客服电话运维或机械设备人运维具备任务面推广时压轮输送管机窜动、夜压支撑架架安全距离等时候,跟据采煤任务面的实际效果时候,在PLC取舍比较好的支撑架摆底干预功效和把控传统模式对夜压支撑架实现调控。 (4)提供了两巷超强电气固定角架与端头电气固定角架自动化跟机移架方式 。确认岗位面滑移电气固定角架和垛式电气固定角架,达成两巷超强电气固定角架与端头电气固定角架给出采煤机计划传统模式往前自移。

2.4 采煤机调高轨迹预测与路径规划技术

目前,煤(mei)岩识(shi)别难题仍未解决,而“采煤(mei)机记忆割(ge)(ge)煤(mei)为(wei)主与人工(gong)远程干预(yu)为(wei)辅(fu)”的(de)割(ge)(ge)煤(mei)模(mo)式难以适应煤(mei)层(ceng)起伏变化,基(ji)于(yu)三(san)维地质模(mo)型(xing)的(de)采煤(mei)机调高(gao)轨(gui)迹(ji)预(yu)测与路径规划(hua)是智能化综采工(gong)作面(mian)的(de)关(guan)键(jian)技(ji)术之一[11-12]。采煤(mei)机调高(gao)轨(gui)迹(ji)预(yu)测是基(ji)于(yu)滑(hua)动窗口的(de)灰色马(ma)(ma)尔科夫链预(yu)测方法(fa),利用灰色预(yu)测理论(lun)和(he)马(ma)(ma)尔科夫链各自的(de)优点和(he)互补性,根据建立的(de)工(gong)作面(mian)三(san)维数字模(mo)型(xing)和(he)前6~8刀(dao)截割(ge)(ge)轨(gui)迹(ji)对下(xia)一刀(dao)采煤(mei)机截割(ge)(ge)轨(gui)迹(ji)进行(xing)预(yu)测,从而实现(xian)采煤(mei)机路径规划(hua)和(he)程序割(ge)(ge)煤(mei),如图3所示。

图3 采煤机渠道设计规划和程序流程步骤图割煤流程步骤

2.5 综采工作面远程智能化控制技术

研发团队了集本地服务调控、巷道集结调控和水平面远程管理管理调控于合二为一的上班面智力化调控系统,控制了采煤机透彻地位、渠道规化和程序流程图割煤,油压机电气支架系统全会自动找直跟机、系统全会自动加刀甩刀、系统全会自动摆底,带式推送机自移,的设配公共汽车自移或者综采上班面的设配常见故障探测、视频图片风控、远程管理管理智力探测风控和一健发动机启停等功用。 综采操作面手机远程自动化管理设计结构长为4右图。
图4 综采工作中面远战智力调控软件架构模式

2.6 工作面带式输送机自移机尾和纠偏技术

在运输物流巷中,带式输料机机尾与自移机尾连通,自移机尾调试带式输料机的横纵向位移,使带式输料机应该持续与运营面持续推进项目建设步距微信同步。自移机尾也应该调准带式输料机机尾的侧向位移,放置自移机尾向上持续推进项目建设时易为地形地貌跌岩或机器过程的不相协调,带来自移机尾中间线与带式输料机中间线错了中,关键在于影响辊筒皮带撕碎。传统的工艺流程中,带式输料机机尾的侧向偏移只好由人工成本速腾自动档支配机器进行调准,调准时职工站到带式输料机傍边运营机器,高效率下降,还有被外溅的煤块砸中的安全可靠隐患。 为使带式传输机横排偏差位移自行缩短,必免胶带体撕裂了,另外的提升生产率和消去潜在风险性,说出半个种物流搬家巷带式传输机机尾横排偏差自行调准的方法。当偏差传改善器器检查到带式传输机偏差时,平台将末端架的滑架收好,经过层次的趋势油缸将滑架沿偏差的趋势开售并得出有效的赔偿金位移,后来将滑架落地实施并支抗起末端架,由层次的趋势缸流逝滑座向偏差的趋势手机端有效的赔偿金位移,带式传输机的偏差位移与末端架的赔偿金位移彼此互抵,因此校正偏差。整进程由平台按照其传改善器器的上报自行采取改善,的提升了生产率并下降了的工作人的应急风险性。物流搬家巷带式传输机机尾横排偏差自行调准步骤流程如同5已知。
图5 配送巷带式输送带机机尾横纵偏移自主调正方案

3 工业性试验

纳林河十二号矿井3-1上煤层一把区102快捷键式化化综采做上班面的煤层可采板厚为1.66~2.85 m,的平均板厚为2.35 m,非常适合厚煤层一天采全高,设计的生产制造业务能力为200万t/a。要经过一年多的产业性测量、调整和提快速率,102快捷键式化化综采做上班面实行了全做上班面机系统程序割煤、夜压支吊架快捷键式跟机、做上班面快捷键式调直和采煤机精密地位、综采做上班面环保系统汇集调整与管控、即远程视频图片关机运营快捷键式化化监测数据探讨实时视频图片监控录像和快捷键发动机启停等功效,相结合采煤机快捷键式截割、夜压支吊架及端头支吊架的快捷键式移架、及运输机系统快捷键式化化运营、即远程视频图片关机运营视頻实时视频图片监控录像、做上班面即远程视频图片关机运营集控等关键点新技术,实行了整块做上班面的“有的人巡察、无人问津运营、即远程视频图片关机运营行为矫正、可靠快速、精彩纷呈节约”。工业控制电商平台网站有着显视环保系统运营、周围环境和考生动态的等功效,基本原则实时视频图片数据探讨探讨,工业控制电商平台网站有着添加和显视做上班面立体虚拟软件场所及零部件载荷的现象、跟机视頻显视等功效。 102智慧化综采业务上面内进行了无操作方法使用工人,单班生孩子工人比增加前减低6人,现仅需八人(业务上面巡查工1人,组长1人,塑料造粒机模头,机尾人身平安检查各1人,调整台1人),年年节俭生孩子工人月工资约7210万元。智慧化综采业务上面生产生产的设施设备告警确诊功能键极强,除了就能直接发现和治疗生产生产的设施设备告警还能抵制生产生产的设施设备问题发生的,降了生产生产的设施设备进行价格、增加了生产生产的设施设备开机蓝屏率。同样,智慧化综采业务上面的基本建设能将数百名车间操作方法使用工人从业务上面冗杂的业务上环镜中脱离苦海到,较大降了车间做业工人的劳动课抗弯强度,确保了工人的自己生命人身平安,增加了工人的赚取感、人身平安感、幸福生活感,还具有特殊的生活竞争力和时代竞争力。

4 结语

使用搭建“远控实操一健式起停、定时大规模挖掘出主要、远控实操手动服务认知辅助,以后推动无人问津问津值勤”为任务的减人、提效大规模挖掘出机制,融入采煤机定时截割、气动金属支撑架及端头金属支撑架的定时移架、运输管理实操系統自动的化运营、做上班面远控实操集控、小数孪生等重要性科技,以做上班面人员管理设别实操系統、顶板负荷监测器实操系統、仪器内部故障临床诊断实操系統和做上班面视频播放实操系統为维护,以工业品串口通信无线网络为车道,以互联网大数据源阐述和清理为通过,以中低端集控仪器为公司,推动了巷道集控、地面上远控,竣工了更具主动性视觉记忆、定时阐述、自动的化行为的自动的化化少手动服务作面,推动了综采做上班面的“别人巡察、无人问津问津实操、远控实操认知、健康安全极有效率、绿化工业节能”。

考生论文文献综述:

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Application study on the key technology for intelligent fully mechanized mining face in medium-thick coal seam in Inner Mongolia-Shaanxi region

CAI Feng (China Coal Energy Group Co., Ltd., Chaoyang, Beijing 100120, China)

Abstract According to the geological conditions of typical mining face in medium-thick coal seam in Inner Mongolia-Shaanxi region, the key technologies such as three-dimensional digital model construction of working face, digital twin construction based on multi-source data fusion, intelligent control of hydraulic support, height adjustment prediction and path planning of shearer, remote intelligent control of fully mechanized mining face and deviation correction of self-moving support tail were studied. A manpower-reducing and efficiency-improving mining mode was constructed with goals of remote one click start and stop, automatic mining supplemented by remote manual intervention and finally unattended working face, and the automatic bottom swing control technology of hydraulic support was firstly developed. The industrial test of these research results conducted in Nalinhe No. 2 Coal Mine showed that the key technologies for the intelligent fully mechanized mining face in medium-thick coal seam had comprehensively improved the intelligent level of the fully mechanized mining face and promoted the safe and high-quality development of coal mining enterprises.

Key words intelligent coal mine; intelligent mining face in medium-thick coal seam; digital twinning technology; automatic bottom swing of hydraulic support; remote intelligent control; Inner Mongolia-Shaanxi region

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小说(shuo)家简单:蔡峰(1985-),男(nan),山西(xi)运城人(ren),高级工程师,中(zhong)(zhong)国(guo)中(zhong)(zhong)煤能(neng)源集团有限公(gong)司生产(chan)(chan)基建管理部智能(neng)化处处长,主要从(cong)事煤炭(tan)生产(chan)(chan)技术管理及智能(neng)化技术应用研究。E-mail:caifeng868@126.com

插入格试(shi):蔡峰. 蒙陕地区中(zhong)厚煤层智能化(hua)综采工作面关(guan)键技术应用研究[J].中(zhong)国煤炭,2022,48(5):41-46.doi:10.19880/j.cnki.ccm.2022.05.008

CAI Feng.Application study on the key technology for intelligent fully mechanized mining face in medium-thick coal seam in Inner Mongolia-Shaanxi region[J].China Coal,2022,48(5):41-46.doi:10.19880/j.cnki.ccm.2022.05.008

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