综采智能化开采技术

2018-8-14综采智能化开采技术目录一、煤矿综采智能化技术的新进展二、综采智能化技术的实施背景三、综采智能化开采的技术路径四、综采智能化技术取得的效果五、综采智能化技术存在问题和发展方向智能化开采是在机械化开采、自动化开采基础上，信息化与工业化深度融合的煤炭开采技术的深刻变革，是指在不需要人工直接干预的情况下，通过采掘环境的智能感知、采掘装备的智能调控、采掘作业的自主导航，由采掘装备自动、独立完成采掘作业过程。一、煤矿综采智能化技术的新进展1（一）综采智能化开采的概念一是采掘设备具有智能化的自主采掘作业能力；二是实时获取和更新采掘工艺数据，包括地质条件、煤岩变化、设备方位、开采工序等；三是能根据开采条件变化自动调控采掘过程；当智能化采掘设备与自动调度决策集为一体，即形成智能化开采工作面。2（二）智能化开采的三大技术内涵一、煤矿综采智能化技术的新进展澳大利亚LASC技术澳大利亚综采长壁工作面自动控制委员会(LASC)开展了煤矿综采自动化和智能化技术的研究，采用高精度光纤陀螺仪和定制的定位导航算法，应用于工作面设备，取得了三项主要成果：采煤机三维精确定位（误差±10cm）、工作面矫直系统（误差±50cm）和工作面水平控制，完成了工作面自动化系统原型，同时实现了采煤机自动控制、煤流负荷平衡、巷道集中监控等。通过钻孔地质勘探和掘进相结合的方式，描绘工作面煤层的赋存分布，通过陀螺仪获知采煤机的三维坐标，两者结合实现工作面的全自动化割煤，该创新成果突破了煤岩识别难题，另辟蹊径解决了采煤机准确割煤问题。LASC核心技术包括：采煤机的三维空间定位、自动工作面拉直、保持工作面平直、自动调高控制、3D可视化为远程监控提供虚拟现实等。3（三）国外综采智能化技术一、煤矿综采智能化技术的新进展美国IMSC技术智能开采服务中心(IMSC)是美国JOY公司推出的一种适用于长壁工作面的远程智能增值产品/服务系统，可实时监控煤矿设备运行，根据出现的报警、故障信息，及时发邮件或电话通知矿井工程师进行调整。智能开采服务中心每日、周、月和季度向矿井提交运行分析报告，指导矿井提高运行管理水平，合理安排设备检修。作为一种增值产品/服务，对所管辖矿井进行实时监控，利用数据监测与分析系统，分析生产过程设备运行参数，对矿井生产给予指导，取得了提高产能、减人提效的经济效益。4（三）国外综采智能化技术一、煤矿综采智能化技术的新进展我国煤矿的智能化开采在最近十年尤其是“十二五”期间取得了长足的进步，开启了我国智能化开采的新时代。以采煤机记忆截割、液压支架自动跟机及可视化远程监控为基础，以生产系统智能化控制软件为核心，实现了在地面（或巷道）综合监控中心对综采设备的智能监测与集中控制，确保工作面割煤、推溜、移架、运输、消尘等智能化运行，达到了工作面连续、安全、高效开采,另辟蹊径地诠释了国内智能化开采技术的新概念。5（三）国内综采智能化技术一、煤矿综采智能化技术的新进展当前国内智能化开采技术水平，在控制系统架构、控制方式、响应时间、智能功能、工作面人数、产能等主要技术指标方面处于国际领先，开发了“巷道监控中心可视化远程控制割煤，采场无人操作”的新技术，创新“无人跟机作业，有人安全值守”的开采理念，在采煤过程中做到工作面内无人操作，构建了“以工作面自动控制为主，监控中心远程干预为辅”的工作面智能化生产模式，设计了人工干预下模糊控制多工序的采煤工艺，实现了智能采煤技术的深刻变革。6（三）国内综采智能化技术一、煤矿综采智能化技术的新进展智能开采控制技术打破了传统的以单机装备为主、总体协调的研制思路，建立了以成套装备总控制网络信息综合决策为主、单机装备为执行机构的体系结构。将采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机、巷道胶带机、供液系统、供电系统等装备有机结合起来，构建成一个相互联系、相互依存、相互制约的采煤系统，依据系统控制决策模型分析结果，实现对综采成套装备的协调管理与集中控制。7（三）国内综采智能化技术一、煤矿综采智能化技术的新进展8（三）国内综采智能化技术国内综采智能化技术巷道监控中心远程控制采煤机中部记忆截割支架中部跟机移动、推溜面内视频监控一、煤矿综采智能化技术的新进展巷道监控中心远程控制采煤机中部记忆截割支架中部跟机移动、推溜面内视频监控一、综采智能化开采技术的实施背景实施综采智能化开采技术研究，主要是为了解决三个问题：一是煤矿安全发展的问题。淮北矿区水、火、瓦斯、顶板、煤尘“五害”俱全，煤层赋存条件极复杂、劳动强度大、生产环境恶劣等诸多问题，容易造成安全事故、引发职业病。2二、综采智能化技术的实施背景9二、综采智能化技术的实施背景二是企业高效发展的问题。传统的综采开采技术相对用人多、效率低、成本高。三是矿井可持续发展的问题。闸河矿区煤炭资源趋于枯竭，矿井可持续发展问题亟待解决。淮北矿区保守估计有4亿吨薄煤层储量，朔里Ⅱ415薄煤层工作面综采智能化技术的成功实践，为淮北矿区薄煤层开采开辟了一条路。10智能化开采技术，是利用先进的网络技术、自动化控制技术、通信技术、计算机技术、视频技术，通过监控一体化软件平台来实现采煤作业的自动化控制及远程遥控。以网络通讯为基础，以采煤机记忆截割、支架自动跟机、远程集中控制、视频监控为手段，实现自动化生产模式，最终达到智能化采煤作业的目的。三、综采智能化开采的技术路径11三、综采智能化开采的技术路径12智能化工作面系统构成：三、综采智能化开采的技术路径13（一）自动化控制系统三、综采智能化的技术路径14（二）采煤机控制系统三、综采智能化的技术路径151.采高定位16三、综采智能化的技术路径2.位置定位17三、综采智能化的技术路径3.记忆截割18三、综采智能化的技术路径4.远程控制19三、综采智能化的技术路径5.数据传输20三、综采智能化的技术路径（三）支架电液控制系统21三、综采智能化的技术路径1.液压支架自动跟机22三、综采智能化的技术路径2.操作台远程控制23三、综采智能化的技术路径4、视频控制系统（四）视频控制系统24三、综采智能化的技术路径（五）集成供液系统25三、综采智能化的技术路径（六）运输及泵站控制系统26三、综采智能化的技术路径四、取得的效果（一）安全效益一是将职工从危险性较高的采煤工作面转移到安全环境较好的进风巷道监控中心甚至地面监控指挥中心，实现“人少则安、无人则安”，为打造本质安全型矿井奠定基础。二是电液控操作可进行邻架操作，操作人员可站在工作面上风侧操作，可有效避免煤尘的伤害，提高了安全系数。27三、综采智能化开采的技术路径四、综采智能化技术取得的效果（二）经济效益一是可实现单架或成组操作，生产效率明显提高，提效在20%以上。二是智能化系统“一键启动”功能，可实现岗位优化配置，工作面生产工序由原来的3名煤机司机跟机操作、5名支架工分段追机拉架，变为1人在顺槽监控中心远程操控；顺槽设备控制由以往1人就地控制变为远程操控;两巷维护管理使用端头和超前支架，生产人员减少30%，实现了减员提效。28四、综采智能化技术取得的效果（二）经济效益三是薄煤层智能化工艺减少了回采期间人和机械造成的影响，提高了工时利用率，有利于综合单产的提高，薄煤层智能化工艺达到了“煤厚即采高”的要求，有效地降低了工作面采高，大大的减少了破矸量，有利于煤质的提高，单产和煤质的提高带来经济效益的明显提升。29四、综采智能化技术取得的效果朔石公司智能化工作面情况•朔石公司II415工作面走向长1037米，倾斜长平均为167m，煤层原始沉积稳定，结构复杂，煤层总厚1.10～1.65m，平均1.35m，普遍含有一层泥岩夹矸，厚0.15～0.30m，平均0.22m。煤层倾角为0～8°，平均为6°。该面上覆3煤层、下伏5煤层均已回采，与3煤层间距平均1.14米、与5煤层间距平均9.1米，面内黄湾向斜轴从工作面里段穿过。•7月份该面平均推进120米，正常日推进6刀，出煤65056吨，最高单产2145吨。薄煤层智能化工作面情况薄煤层智能化工作面情况薄煤层智能化工作面情况杨柳智能化工作面情况•1075智能化工作面里段走向长度1070米，倾向长度166米，平均煤厚3.2米。工作面选用一部MG500/1180-WD型采煤机、114架ZZ8800-20/40D型液压支架和一部SGZ-800/1050型刮板运输机等设备。•工作面采用XDYZ（D）型综采自动化控制系统，该系统可以实现采煤机记忆截割采煤；实现工作面液压支架自动跟机移架；实现综采系统“一键”启停；实现地面调度和机巷的集控中心对工作面采煤机、液压支架、刮板运输机等设备的工作状态实行远程监测监控及操作。•7月份该面平均推进201米，正常日推进10刀，出煤220666吨，最高单产8000吨。杨柳智能化工作面情况杨柳智能化工作面情况杨柳智能化工作面情况杨柳智能化工作面情况（三）社会效益一是实现“两解放、两提高”。“两解放”是把矿工从艰苦危险的环境中解放出来，切实保护从业人员安全健康，体现“安全第一、预防为主、综合治理”的安全生产方针;把矿工从超强度体力劳动中解放出来，人员在监控中心或地面远程操控实现煤炭开采，体现“以人为本、安全发展”的改革方向。30四、综采智能化技术取得的效果“两提高”是提高了机电制造业和智能控制的整体水平，打造了国产民族品牌，增强煤炭行业的自豪感；提高了煤矿形象，改变煤矿工人“傻、大、黑、粗”和煤矿企业“脏、乱、险、差”的形象，增强煤矿工人和企业的荣誉感。（三）社会效益31四、综采智能化技术取得的效果二是Ⅱ415薄煤层综采智能化工艺的成功开采，标志着集团公司在薄煤层综采智能化开采方面取得了突破、实现了跨越，解放了朔石矿业西部井150多万吨薄煤层资源，有效延长了矿井寿命，填补了淮北矿业薄煤层高产高效开采的空白，为薄煤层资源的回采“打开一扇门”，为三年实现工作面半数智能化、全部电液控制起到了示范引领的作用。（三）社会效益32四、综采智能化技术取得的效果33五、综采智能化技术存在问题和发展方向（一）地质围岩智能探测难题智能探测是指对采场未知区域的自动探查和检测，结合巷道掘进数据和钻孔数据生成工作面三维地质模型，能准确反映出煤层起伏、倾角、断层、陷落柱等地质构造，用于指导采煤机俯仰采控制和摇臂调高、煤岩自动识别、围岩控制等，也包括对未采煤层区域的超前地质精确探测，以保障智能化采煤装备的高效运行。34五、综采智能化技术存在问题和发展方向（二）开采智能决策难题目前的智能化开采系统，以过程化控制为核心。但是与生产管理过程还没有有效地衔接，未进行有效的信息集成和互通，不能有效地对综采关键设备进行智能管理，为生产管理者提供决策建议。由于开采地质条件的不断变化，煤层赋存的不可预知性，因此开采智能化还不能完全离开人的智慧，需要发挥机器和人各自的特长，规避人机各自的短处，现阶段还不能完全离开人的干预和控制。35五、综采智能化技术存在问题和发展方向一是设备可靠性问题。智能化离不开高可靠的综采设备，在此基础上增加感知、决策、控制和智能化功能，由单机向成套装备智能控制转变。二是开采恶劣环境下可视化难题。由于开采时产生的煤岩粉尘会严重影响视频图像的采集，因此需要研究高清晰度和低延时的开采场景再现技术，对人的远程干预和机器视觉都能提供实时捕捉现场运行变化的特征。36五、综采智能化技术存在问题和发展方向三是复杂条件下的自感知技术难题。由于地下采煤工作面条件复杂、时刻移动、千变万化，对采煤工作面的条件变化数据实时跟踪、准确记录、分析判断、科学利用等，是采煤智能化遇到的最大技术难题。37五、综采智能化技术存在问题和发展方向（三）智能化开采发展方向信息技术尤其是光电技术的发展对煤炭智能化开采的作用越来越大，适时地引入新的技术对综采自动化技术升级是必要的。一是基于实时三维GIS的开采智能导航技术。智能导航技术是指利用先进的计算机、光电和导航技术对开采设备如工作面三机和人员进行自动定位，以实现安全监控和精确开采。38五、综采智能化技术存在问题和发展方向实时三维GIS的开发，将地理信息、三维可视化及工作面相关探测技术结合，建立工作面地质数