基于数字煤层的综采工作面精准开采系统

针对目前以记忆截割为核心技术的自动化采煤技术无法自主感知工作面地质条件变化,采煤机难以实现根据煤层厚度变化自动进行调高控制,而对于精准开采方面也只是初步探索的问题,研发了一种基于数字煤层的综采工作面精准开采系统。该系统首先利用煤矿地质数据、工作面切眼数据和工作面运输巷与回风巷地质写实数据和三次样条插值方法建立初始三维数字煤层模型。然后通过综采设备惯性导航系统、里程计、雷达、角度传感器等动态感知采煤机实际行走轨迹和截割轨迹,对建立的初始三维数字煤层模型进行动态修正,生成刮板输送机直线度检测曲线。最后根据修正后的三维数字煤层模型动态规划采煤机截割轨迹曲线,并下发给采煤机控制系统,指导采煤机根据煤层厚度变化自动进行调高控制;通过刮板输送机直线度检测曲线和液压支架行程信息综合分析计算下一刀每台液压支架推移的偏差量,并将下一刀每台液压支架推移的偏差量下发给综采工作面液压支架控制系统,实现液压支架自动调直。试验结果表明:该系统实现了采煤机截割轨迹动态规划、调高轨迹自动跟踪控制和液压支架自动调直;通过三维数字煤层模型的CT切片可以获取采煤机规划刀的截割轨迹,规划的截割轨迹误差小于0.2 m;在无人工干预情况下,对于250 m长的工作面自动化割煤时间大约为1 h,自动割三角煤时间大约为30 min。

基于透明地质的综采工作面规划截割协同控制系统

随着煤矿智能化逐步应用开来,透明地质技术成为智能化开采的重要技术支撑之一。针对当前透明地质技术成果在智能开采应用中与装备控制集成融合度不高的问题,研发了基于透明地质的综采工作面规划截割协同控制系统。该系统以智能规划中心和开采控制中心为核心,智能规划中心以地质模型等数据为依据,生成截割模板和控制策略;开采控制中心负责协同控制综采装备,依据截割模板执行控制策略。阐述了系统的两项关键技术,截割模板规划技术和综采装备协同控制技术。截割模板规划技术包括滚筒高度规划和截割工艺段规划。滚筒高度规划采用基于趋势分解与机器学习的滚筒高度预测方法,生成规划高度模板;截割工艺段规划根据单个工艺段的特征,结合中部和端头的截割工艺,形成了工艺段规划表。综采装备协同控制技术包括采煤机支架协同控制和煤流负荷协同控制。采煤机支架协同控制提出了截割前工艺适配和截割中实时调整的控制策略,保证采煤机运行时,支架能够自动跟机作业;煤流负荷协同控制提出了基于线性规划的控制方法,推导出采煤机速度的线性规划函数,用以调整采煤机的速度实现煤流负荷平衡。现场应用和试验表明:采煤机按照规划截割工艺自动执行,试验过程中每刀人工干预次数最大值为25次,人工干预次数下降64.28%~68.75%,刮板输送机负荷平稳可控,没有空载或停机现象。研究成果为智能化开采进一步提升提供了一定的参考价值。