综采集控系统测试平台应用实践

综采作为煤矿生产的核心,综采集控系统控制综采面工作设备的正确性、稳定性和可靠性直接影响综采工作面的生产效率。为解决综采集控系统测试验证过程中,由于综采设备不能始终在线而导致的测试时间紧张、测试验证不全面等问题,设计用于综采集控系统的测试平台,用来实时模拟综采工作面设备的数据和工作模型,提供全天时和大规模的验证方法,实例测试平台验证过的集控系统在矿区部署后,单机点位和逻辑控制的正确率为98.5%,提高了集控系统部署和应用效率。

综采面坚硬顶板超深孔预裂爆破远场解危控制技术

工程实践表明,顶板事故在煤矿各类事故中占首要位置,已严重制约了我国现代化矿井安全高效开采。为了实现煤矿综采面坚硬顶板的安全治理,亟需形成综采面坚硬顶板超深孔预裂爆破远场解危控制技术以有效解决因工作面大空间坚硬顶板垮落而影响安全生产的重大难题。基于此,通过自主创新和联合攻关,面向深部矿井坚硬顶板,开展了综采面坚硬顶板超深孔预裂爆破远场解危技术研究;研发了高威力三级煤矿许用水胶炸药、填塞材料等技术与装备,形成了成熟的深孔爆破工艺,突破了厚硬顶板爆破中煤矿许用炸药威力与安全度的矛盾,解决了超深孔爆破中炸药可靠起爆等技术瓶颈问题;通过构建大空间采场覆岩-支架-围岩系统力学模型,揭示了采场大小周期来压及强矿压作用机理,提出了大空间采场厚硬覆岩多层位精准定位爆破弱化控制原理和基于爆破损伤的综采工作面厚硬顶板深孔爆破参数设计方法,形成了综采工作面厚硬顶板超前深孔卸压控制技术。研究成果在全国近百个综采面进行工程应用,未发生一起顶板事故,避免了综采面厚硬顶板发生压架、形成飓风、矿震等重大安全事故的风险,保障了综采面的安全高效生产,为综采面坚硬顶板远场解危的设计提供了理论依据并为现场施工提供了指导作用。

综采工作面分布式蓄能供液系统研究及应用

为解决综采工作面跟机移架速度慢的问题,提出了基于蓄能器的分布式供液系统,并在柠条塔S1204工作面开展了试验应用。根据工作面的采煤工艺和产能要求确定了跟机移架速度,建立了全工作面供液系统仿真模型,对液压支架单架、双架和三架同时移架的动作过程进行模拟并分析影响移架时间的因素,结果表明:为使工作面生产能力提升到1000万t/a,中部液压支架跟机速度要达到12 m/min以上,需采用双架或三架成组移架来满足其移架时间的要求。为解决该工况压力波动大且易产生丢架的现象,提出在液压支架上设置“蓄能器+单向阀”的分布式蓄能稳压方案,以平衡工作面液压系统瞬时大流量供给不足与平均供液能力过剩的矛盾,并给出了基于流量补偿的蓄能器选型方法。仿真分析表明在安装分布式稳压供液系统后,双架和三架成组移架时间分别减少6.2%和11.5%,尤其在受到其他系统用液扰动条件下,双架成组移架时间可缩短15%以上。井下应用结果表明,安装的分布式蓄能供液系统显著降低了成组拉架中的丢架现象,保证了采煤机运行速度达12 m/min以上;对工作面平均日进尺由16.7刀提高到19.8刀起到重要支撑作用,实现了常态化日进尺22刀,达到了年产1000万t的生产能力,研究工作为综采工作面快速成组跟机移架提供了有效解决方案。

综采工作面采动覆岩导水裂隙带发育高度综合研究

针对因煤层开采易导致上覆岩层产生裂隙,贯通地下含水层引发矿井水灾的问题,以盘城岭煤业150105工作面为研究背景,采用理论公式、现场井下仰孔注水测漏法和钻孔电视成像探测法,以及FLAC3D和UDEC数值模拟综合分析导水裂隙带的高度和发育规律。理论计算导水裂隙带的最大高度为81.56 m;通过井下仰孔注水测漏法监测3个钻孔的注水渗透量梯度临界值为12 L/min,通过临界值判定导水裂隙带高度为78.56~79.99 m;通过钻孔电视成像探测法观测钻孔内裂隙分布判定导水裂隙带高度为78.39~79.46 m;利用FLAC3D和UDEC数值模拟,根据覆岩塑性区变化特征,当工作面推进至180 m时,裂隙发生贯通,塑性区最大高度达到76.4 m,并根据覆岩塑性区变化、垂直应力分布、垂直位移云图分析了导水裂隙带发育规律的3个阶段。对不同方法下的导水裂隙带高度进行了相互验证。

基于残差优化的综采工作面煤壁点云补全方法

煤矿综采工作面巷道的数字化三维重建过程中需要完整且密集的煤壁点云数据。受遮挡、视角限制等因素影响,采集的综采工作面煤壁点云数据往往不完整且稀疏,影响下游任务,需进行煤壁点云修复和补全。目前缺少针对井下点云补全任务的数据集和网络模型,现有模型用于煤壁点云补全时存在点云密度分布不均匀、点云特征信息丢失等情况。针对上述问题,设计了一种基于残差优化的煤壁点云补全网络模型,采用监督学习方式学习点云特征信息,通过最小化密度采样和残差网络迭代优化输出完整点云。采集煤矿井下真实综采工作面煤壁点云数据,预处理后筛选可用数据,通过模拟随机空洞制作煤壁点云缺失数据集,并用缺失数据集训练基于残差优化的煤壁点云补全网络模型。实验结果表明:与经典的FoldingNet,TopNet,AtlasNet,PCN,3D-Capsule点云补全网络模型相比,基于残差优化的煤壁点云补全网络模型针对构造的缺失煤壁点云和稀疏煤壁点云补全的倒角距离、地移距离及F1分数均能达到最优水平,整体补全效果最佳;针对实际缺失的煤壁点云,该模型能够实现有效补全。

智能综采工作面系统设计及关键技术研究

针对当前煤矿智能综采工作面系统功能划分不明确、设备协同运行存在困难等问题,基于智能综采工作面要素,在现有研究的基础上设计了智能综采工作面系统总体架构,并深入分析了远程集控中心、设备协同控制系统、智能监控预警系统、通讯网络系统、透明地质系统、智能负荷系统六大子系统功能、组成和工作流程。此外,对智能综采工作面三维透明地质建模技术、远程通信及数据传输技术以及多源异构数据融合技术进行了详细阐述,并结合系统架构构建了智能综采工作面系统的集成模型,完成了单系统向多系统智能化、系统化的转变,增强了系统的抗干扰能力。通过在河南龙宇能源股份有限公司陈四楼煤矿实际应用表明,该系统能够帮助作业人员更加直观精准地掌握综采工作面工况,可以有效提高了各系统的联动性,为矿井智能化建设提供了有力保障。

马兰矿18507综采面坚硬顶板水力压裂技术研究

综采工作面坚硬顶板的存在会导致工作面回采后,巷道顶板悬顶面积过大,进而在工作面四周形成较大的支承压力,威胁矿井安全生产。马兰矿为解决18507工作面巷道坚硬顶板难垮难落问题,采用abaqus数值模拟软件对定向水力压裂进行研究。并对不同钻孔形态及尺寸钻孔下的岩石裂缝扩展形态进行分析,采用水力压裂技术后,采空区顶板可及时垮落,巷道围岩得到有效控制,为工作面煤炭高效回采创造了良好条件。

基于工业互联网的煤矿综采设备信息模型研究

煤矿综采工作面设备来自不同厂商,接口不统一、数据系统和业务逻辑不同,造成数据壁垒,系统间数据交互慢。基于工业互联网架构,提出了包括设备层、接入层、边缘层、PaaS层、应用层的智能化综采技术架构;基于该架构,将煤矿综采设备作为整体数据对象,设计了一种煤矿综采设备信息模型构建方法,定义了属性、方法、事件、报警4个关键要素和建模规则,从而实现各物理实体与异构系统之间的无缝通信,即对综采设备信息资源进行定义、描述和关联,提供完备、统一的数据对象表达、描述和操作模型;针对综采设备信息模型属性元素过多的问题,提出了一种基于重要度和语义相似度的属性元素优化机制。采用上述方法建立了华阳新材料科技集团有限公司一矿81004工作面综采设备信息模型,对综采设备电动机运行情况进行评价,结果表明基于该模型可监测工作面所有电动机短时间内启动次数、多电动机设备启动功率平衡和运行效率,并形成分析结果,为决策工作提供数据支持。

基于微震监测的浅埋8 m超大采高综采面矿压规律现场监测研究

以陕北矿区某矿2203浅埋超大采高综采面为工程背景,采用微震监测技术,对浅埋超大采高综采面矿压规律进行了研究。结果表明:单日微震事件数达到峰值后,综采面继续回采8.25~11 m内,能量大于103J的事件增多,微震事件能量及支架压力达到峰值,随后顶板出现垮落现象。综采面初次来压前,微震总能量为6.40×10^(3)J,矿压显现期间为1.07×10^(4)J,总能量增长67%;由于综采面矿压显现与微震最大能量峰值出现一致,通过2次最大能量峰值时综采面位置可以确定综采面周期来压步距。2203综采面初次来压步距为24.75 m,周期来压步距为27~35.25 m,由此确定,顺槽超前支护距离为36 m,实践表明,2203综采面采用ZCZY10300/31/55D型超前液压支架满足巷道超前支护的要求。微震监测是矿压显现规律分析的有效手段,采用液压支架压力变化与微震能量协同分析的方法研究超大采高综采面的矿压规律是可行的。

我国大采高综采技术与装备发展现状及展望

为了促进我国大采高综采技术及装备的快速发展,实现煤炭安全高效的开采,分析了我国大采高综采的发展历程,梳理了大采高综采从改革开放初期的技术探索、技术引进、国产化替代再到创新引领的整个过程和成功经验,结果表明,大采高综采是我国能源保供的重要技术支撑,通过持续不断的理论研究支撑了开采技术创新,进而带动了煤炭行业全产业链的技术升级,促进了我国煤机装备制造业的跨越式发展;未来相当长一段时间,技术创新依然是煤炭产业发展的基础,唯有通过工艺创新,方能推动大采高综采技术向高端化、智能化、绿色化方向发展;以能源安全新战略引领发展新质生产力,是我国煤炭行业发展的必由之路。

大采高综采工作面矿压显现及顶板活动特征研究

为了得到唐山某煤矿综采工作面的矿压显现及顶板活动特征,基于关键层理论、“悬臂梁-砌体梁”力学模型,通过现场观测、理论分析、数值模拟的方法对9煤层矿压显现特征、顶板结构、支架工作阻力开展了深入研究,建立了覆岩结构力学模型,得到了工作面支架工作阻力的合理计算式。研究结果表明:工作面来压步距和来压大小均有一定的规律性,呈现一大一小的周期来压现象,来压期间中部测区支架荷载最大,两边偏小;通过直接顶关键层判别方法,确定了第2层岩层和第7层岩层分别为亚关键层1和亚关键层2。亚关键层1破断后以“悬臂梁”结构形态垮落进入采空区,亚关键层2破断后形成了稳定的“砌体梁”结构,此时亚关键层1与亚关键层2共同组成了“悬臂梁-砌体梁”结构;第2层岩层和第7层岩层组成的双关键层结构的破断运移规律导致了工作面呈现一大一小的周期来压现象。当双关键层同步破断时,支架工作阻力为13 688 kN。

煤矿井下复杂地形条件综采面综采技术的应用研究

综采技术应用与煤矿井下综采作业的生产效率、生产安全息息相关,煤矿生产中,综采技术应用是核心要素,在煤矿井下复杂地形的条件下,利用综采工作面的综采技术,要制定恰当、可行的技术方案,考虑到地形条件较为复杂,在综采技术应用中需要明确支护方案的作业流程,强调支护规范性,提高生产质量和井下综采的作业效率与安全性。本文分析了综采面巷道支护方案及技术优势,提出了煤矿井下复杂地形条件的综采面综采技术应用要点。

矿井综采工作面智能化建设探索与研究

煤炭行业发展经历了从粗放型向集约型的转变,要想建设安全、高效型矿井,必然要进行智能化改造。综采设备在煤矿井下开采中占据着十分重要的地位,其功效直接关系到煤矿企业的生产安全和效率,不容忽视。为全面提高矿井智能化水平,提升井下开采效率,以唐安煤矿3307综采工作面为例,对工作面智能化控制系统进行了探讨。

综采工作面采空区防灭火技术应用

由于申家庄煤矿N10909工作面回采前期采空区出现的CO超限现象,严重制约着工作面的安全、高效回采。从煤体氧化、地质构造、漏风和采空区监测等方面分析了采空区CO超限的主要原因,根据工作面回采现状,对工作面采取了注氮防灭火、安装导风装置以及安装束管监测等防灭火措施。实际应用表明,采取综合防灭火措施后,工作面后期回采过程中采空区CO浓度控制在0.002 4%以下,取得了显著的应用成效。

综采放顶煤工作面采空区瓦斯运移规律分析及治理技术研究

在煤层瓦斯含量较高时,由于一次采全厚,综放工作面中,覆岩运动、支承压力分布、顶煤运移及裂隙发育等因素对瓦斯解析的影响,以及采空区瓦斯溢出、运移和积聚的特征,与分层开采的情况有所不同,具有显著的特点。在工作面后方的采空区上部(主要是覆岩裂隙带)可能会积聚部分高浓度的瓦斯。随着顶煤的冒落,这部分瓦斯可能会涌入工作面,对工作面的安全高效开采造成不利影响。对于2303工作面,上隅角的瓦斯治理措施采用了定向钻孔预抽工作面回采区域及上隅角裂隙带瓦斯的方法。同时,根据目前的规定,无论是高瓦斯矿井还是煤与突出矿井的回采工作面,都必须进行瓦斯抽采达标评价和煤与瓦斯突出危险性消突评价工作。无论是穿层钻孔全覆盖回采区域还是顺层钻孔预抽回采区域钻孔,都会尽可能地对工作面瓦斯量进行预抽,以减少工作面回采过程中的瓦斯涌出量。

特殊条件综采工作面顶层设计快速安装技术研究与应用

近年来,深部高应力破碎顶板的开采区域越来越多,随着矿井开采深度的不断增加,提高安装效率,缩短安装工期成为一项重要研究项目,在工作面压力变化最小的期间尽早进行回采,针对综采工作面设备快速安装存在的问题,以林西矿1793综采工作面为例,分析影响设备快速安装的主要因素并提出了针对性对策,尝试采用尾巷开通巷道进行快速安装的方法。经研究和经济效益计算对比,通过简化运输路线,实行尾巷安装,达到了快速衔接的目的,为矿井提供了有力的生产保障。

浅埋综采工作面运输巷主动式超前支护研究

针对浅埋综采工作面运输巷采用单体支柱超前加强支护工作面推采速度与支护速度不协调、工人劳动强度和安全隐患大、难以实现超前区域少人化等问题,以榆家梁煤矿52305工作面为工程背景,采用现场实测、数值模拟和理论分析相结合的方法,实测了单体超前加强支护条件下的运输巷矿压显现规律,对比分析了单体加强支护和锚杆(索)主动式加强支护两种情况下的巷道围岩安全稳定性,并通过理论分析计算了运输巷支护参数,校验了现场支护的适应性及安全性。研究结果表明:52305工作面运输巷围岩属于较稳定型,现场单体超前加强支护条件下,锚杆(索)承载均在额定载荷的85%以内,两帮应力分布基本对称,围岩移近量和松动圈很小,围岩稳定性较好,现场超前支护段支护强度偏富余。采动支承压力影响段,单体支柱主要对顶板0.6 m范围内的局部岩层具有加强支撑作用,远小于锚杆和锚索支护作用范围和强度。取消单体支护后,运输巷围岩依然能够保持安全稳定。在榆家梁煤矿52305工作面运输巷超前加强支护段进行了取消单体支护工程试验,验证了研究结论的可靠性。

三道沟煤矿综采工作面数字孪生智能生产协同管控关键技术研究及应用

为提高煤矿智能化水平,实现对综采工作面的实时监测,助力煤矿减人增安,促进智慧矿山和无人矿山的发展,三道沟煤矿在综采工作面融合数字孪生、5G技术开展了基于5G的综采工作面数字孪生智能生产协同管控关键技术研究,为数字孪生在煤矿行业工程化应用提供了技术支撑,有助于实现煤矿减人增安,提高煤矿智能化水平。目前已在三道沟煤矿45206综采工作面开展工程示范应用,成功应用后实现综采工作面少人增安,节省利润1 230万元。三道沟煤矿基于5G的综采工作面数字孪生智能生产协同管控关键技术研究,解决了综采工作面三维地质动态精准建模困难、综采工作面实时状态监测困难、生产协同优化调控依赖人工、安全智能灾害预警能力弱等问题,推动了数字孪生技术在煤矿行业的应用与发展。

煤矿综采工作面智能化开采探讨

煤炭开采关系民生经济发展和正常生活。随着科技的发展,煤矿生产逐步采用机械化、自动化以及智能化技术,使采矿质量和效率得到很大提升,为煤炭工业发展带来生机。本文从智能化综采工作面技术特征入手,分析当前综采工作面智能开采,并对综采工作面智能化开采的关键技术进行阐述。

煤矿井下智能化高效综采技术研究

在当前科学技术快速发展的背景下,智能化技术被越来越多地运用到煤矿井下综采作业当中。智能化综采技术的引入能够显著提升设备运行精度与效率,减少人工操作风险与劳动强度,使井下作业实现持续化、自动化。但智能化综采技术在实践中的应用仍有较大研究和发展空间,对此,本文简要分析了煤矿井下智能化综采的价值,进而对某煤矿智能化综采技术应用实例进行分析,希望为智能化综采技术的研究、应用与发展提供助力,并推动现代煤矿开采智能化水平的提升。