智能化放顶煤开采的精确放煤控制技术

综放工作面液压支架引入电液控制系统后,实现了定时放煤和记忆放煤。要适应顶煤层地质变化,还需要引入放煤过程全方位监控技术和装备,实时监测放煤前、放煤中和放煤后的顶煤层静态和动态变化情况,精确控制放煤过程,做到随放随探,才能保证回采率和煤质的最优平衡。首先分析放煤过程监控的技术难点,在于放煤时煤岩粉尘造成视觉成像的信号严重衰减;其次根据放煤量数据判断煤矸放落比例的信号处理时间要求达到秒级,才能满足“见矸关门”决策对控制放煤实时性的要求。按照放煤过程分“放煤前、放煤中和放煤后”3阶段采用不同的感知技术和装备,放煤前采用支架顶梁前部安装透地雷达测量顶煤厚度作为放煤量的基准;放煤中采用在支架顶梁和掩护梁结合处安装三维雷达扫描未放顶煤空间,测量出剩余顶煤体量,与放煤前的放煤量基准进行比对,来确定放煤过程何时终止;放煤后将识别后部刮板运输机上已放落的煤炭体量和煤矸比例,提高煤矸检测的鲁棒性。放煤前测量煤层厚度的雷达采用超宽带无线脉冲信号,能够穿透3~6 m的煤层,测量煤层厚度精度达到厘米级;放煤中对顶煤体量的动态变化检测采用激光雷达或毫米波雷达,能够满足空间测量范围、精度和处理实时性要求;放煤后对煤矸的识别采用高清宽动态摄像机辅以透尘光源,通过图像灰度卷积来计算煤矸混放比例参数,用以判断全煤下放、煤矸混放和全矸下放的3个过程数字量化问题,实现实时反馈控制精确放煤。通过放煤前、中和后3阶段的技术综合,研制相应的传感装备,将测量数据实时传输给工作面自动化系统,经过系统数据计算分析和智能化处理,把放煤控制决策数据发送给液压支架电液控制系统,实现对应支架的放煤口大小及时调整和关闭控制。经过具备条件的智能化综放工作面现场工业试验,验证了采用放煤前中后全过程实时监测手段能够精确地控制放煤口大小和关闭,实现了将现场放煤工人解放到安全条件好的巷道或地面监控中心,达到了综放工作面放煤现场无人操作的智能化目标。