煤矿无人化智能开采系统理论与技术研发进展

提出以矿井物联网和先进传感等通信方式为支撑环境,构建“感知、传输、决策、执行、运维、监管”六维度智能开采控制系统;基于此系统架构,提出无人化智能开采控制技术路线和系统方案;最后,对煤矿无人化智能开采系统的理论和技术研发最新进展进行了详细论述。利用双光谱热红外摄像及图像增强技术,解决综采工作面生产工况条件下的视觉监控透尘问题;提出多目视频帧图像融合和全景视频拼接技术,解决工作面大视角覆盖以及实时无死角视频监控问题;利用三维颜色查找法,解决增强算法在质量和实时性难以满足井下视觉测量任务的问题。工作面设备自适应控制进一步发展:构建精准三维地质模型,进行开采预测和模型动态修正,为智能开采提供精准地质保障;结合采煤机截割模板修正技术、工作面多源信息融合智能控制技术,规划采煤机割煤路线;利用新一代信息技术,实现高质量的视频传输,满足智能控制及感知设备的无线接入;利用远距离液压保障技术,在有限开采空间内减轻检修强度、增加安全性。在行业当前普遍采用的“工作面内自动控制+远程干预模式”的智能化开采技术基础上,提出了新一代无人化智能采煤控制技术方法,设计了“井上智能决策、井下自动执行、面内无人作业”的智能无人开采模式;提出聚焦“一网到底”的网络型控制系统、基于透明地质的采煤机自主规划割煤技术、云台摄像机自动跟机视频技术以及基于一体化操作座椅的地面远控平台等关键技术的研发,并应用于黄陵一矿627智能化工作面,实现工作面1人巡视,采煤机自主规划截割,地面2人远程辅助控制的常态化生产。

煤炭智能化无人开采的现状与展望

介绍了国外煤炭智能化无人开采技术发展现状和国内煤炭智能化无人开采技术进展,阐述了智能化无人开采的目标、技术模式与关键技术路径,提出了一种基于智能自适应开采技术模式的层次控制模型,并介绍了相关的关键技术。结合我国在煤炭智能化无人开采领域的实践探索经验,对煤炭智能化无人开采技术进行了展望。分析表明,我国目前正处于综采自动化结合远程可视化干预的智能化无人开采阶段,未来会朝智能自适应开采模式逐步发展演变,以最终实现真正的工作面智能化无人开采。

煤炭智能化无人开采的现状与展望

当前,随着我国社会的飞速发展,人们对于资源的需求量也在持续加大。煤炭智能化无人开采技术的应用能够有 效的提升煤炭资源开采效率以及开采质量,对于我国煤炭行业的发展具有重要意义。基于此,本文主要针对当前我国煤炭智 能化无人开采的深入应用,介绍了我国煤炭智能化无人开采技术的应用,希望能够为相关技术人员提供理论帮助。

综采工作面智能化开采系统关键技术

简要回顾煤矿智能无人开采发展历程,在分析综采工作面智能化开采需求的基础上,提出了综采工作面智能化开采系统架构,包括精准煤层三维地质模型及其动态调整、智能化开采控制、智能化无人巡检装置和智能化协同集控等4个部分,提出了综采工作面智能化开采模式。分析了综采工作面初始三维地质模型、三维激光扫描技术,确定综采工作面三维地质数字化模型动态调整步骤,形成动态调整的综采工作面三维数字化地质模型,实现综采工作面的有限透明。指出综采工作面智能化开采三项关键技术:采煤机智能化割煤技术、液压支架自适应控制技术和综采工作面直线度控制技术。在神东榆家梁煤矿43101综采工作面进行技术应用,动态调整的综采工作面三维数字化地质模型精度为0.2 m,日割煤可达15刀;采煤机和支架自动化率95%以上,人工干预率20%左右;综采队全员工效125.69 t/工,较之前提高95.98%;工作面无直接操作人员,仅有1人巡视。研究成果可为煤矿智能无人开采提供借鉴。

国家能源集团智能化采煤关键技术研究

分析了国家能源集团智能化采煤建设现状,提出5种智能化采煤核心技术:薄煤层等高无人化智能开采技术、中厚偏薄煤层透明自主智能开采技术、厚煤层采煤机器人智能开采技术、大倾角厚煤层单向智能开采技术、直立煤层综放智能开采技术,指出这5种智能化采煤核心技术基本实现了不同煤层赋存条件智能化采煤,为薄煤层、中厚煤层、厚煤层、大倾角厚煤层、直立煤层智能化建设发展指明了方向,但距离完全无人化采煤还有一段距离。指出智能化采煤要攻关的关键技术:单机智能化、多机物联化、与新一代网络通信技术的融合创新等。本文为井工智能采煤实现常态化、无人化提出了建设路径。

综采工作面巡检机器人设计及应用

对于综采工作面可视化远程干预模式,采用巡检机器人代替人工巡检是实现智能开采的重要手段,在系统分析综采工作面巡检机器人研究现状的基础上,提出了包括巡检机器人自适应工作面、多传感器融合的环境感知与定位等难点,通过设计一种适用于综采工作面的巡检机器人系统,解决了巡检机器人自适应综采工作面的难题,并实现工作面环境视频图像采集、滚筒跟踪、快速巡检等功能。经现场验证,巡检机器人主机续航时间≥3.5 h,续航里程≥4.5 km,定位精度≤0.1 m,最大巡检速度可达0.35 m/s,为真正实现巡检机器人代人巡检提供完整、可靠的解决方案。

基于LSTM的煤层厚度动态预测方法研究

"透明工作面"是实现智能化无人开采的关键,但现阶段的煤层三维地质模型精度较低,无法满足构建高精度煤层地理信息系统的要求。为此,提出了以采煤机历史截割数据和煤层三维地质模型数据根据不同方式划分出2种数据组合,利用长短期记忆(Long-Short Term Memory,LSTM)神经网络挖掘煤层厚度的变化规律并预测煤层厚度分布。基于LSTM神经网络和编码——解码长短期记忆(Encoder-Decoder Long-Short Term Memory,Encoder-Decoder LSTM)神经网络分别建立了煤层厚度预测模型。结果表明:在超参数未优化时,2种模型的煤层厚度预测结果误差均较大;通过优化两种模型的超参数,并以均方根误差(Root Mean Square Error,RMSE)作为煤层厚度预测的评估标准。在第1种数据组合方式下,LSTM模型和Encoder-Decoder LSTM模型的煤厚预测RMSE分别为0.05、0.044 m;在第2种数据组合方式下,2种模型的煤厚预测RMSE分别为0.051、0.049 m。为进一步对比2种模型预测结果,引入绝对误差,求取预测范围内各点的煤厚预测值与真实值的差值。最后得出,2种数据组合方式下,Encoder-Decoder LSTM模型的预测误差在各较小误差范围内的占比始终优于LSTM模型,Encoder-Decoder LSTM预测模型在预测煤层厚度上表现较好,精度较高,其预测的煤层厚度能够修正煤层地质模型。

综采工作面巡检机器人关键技术研究

目前国内许多煤矿应用了可视化远程干预型智能无人化综采,但是综采工作面内仍然需要1名工人进行巡检作业,为了实现综采工作面支架支护区域内真正无人,需要研究一种综采工作面巡检机器人,实现对综采工作面巡检人员的替代,适应智能综采的发展方向。在分析综采工作面巡检机器人研究现状的基础上,指出综采工作面巡检机器人研究目前处于起步阶段,提出了综采工作面巡检机器人研究需要攻克的5个方面的技术难题:综采工作面巡检机器人控制平台健壮性,行走驱动可靠性,移动通信稳定性,群组控制协同性,配套应用合理性。给出并具体分析了综采工作面巡检机器人发展所需的5项关键技术:柔性轨道技术,精准定位导航技术,高可靠控制技术,动态图像采集技术,三维采场模型构建技术。研制了一款综采工作面巡检机器人,以电池供电驱动行走机构沿刮板输送机电缆槽外侧的轨道实现快速移动,轨道之间采用具有一定承载能力的弹簧连接件实现柔性连接,综采工作面巡检机器人搭载惯性导航系统,三维激光扫描装置,红外热成像摄像仪,可见光摄像仪,无线移动终端等装备,可完成对综采工作面直线度、水平度检测,工作面精确定位,工作面点云扫描,采煤机运行状态巡检与工作面快速巡检等功能,并通过无线通信网络实现传感数据准确、快速传输至巷道集控中心。通过在神东榆家梁煤矿43101综采工作面应用,实现最大巡检速度60 m/min,辅助构建的工作面三维点云模型实测精度0.2 m,实现搭载惯导系统在宽360 m综采工作面直线度可控制在±500 mm。综采工作面巡检机器人在质量和电池续航2个方面仍需进一步研究优化,以满足实际生产需求。研究成果可为煤炭行业综采工作面巡检机器人技术的发展提供有益的借鉴。

煤矿机器人现状及发展方向

2019年1月,国家煤矿安全监察局发布了煤矿机器人重点研发目录,基于此,详细分析了掘进类机器人、采煤类机器人、运输类机器人、安控类机器人和救援类机器人的具体实例以及发展方向.阐明研发和应用煤矿机器人的重要意义,认为机器人将开创智能采矿新时代;阐述了煤矿机器人研发应用现状与将来的发展方向,指出煤炭开采在机器人应用方面拥有较大的需求和市场,未来的煤矿生产将逐步趋于机器人化,最终实现煤矿井下无人智能化开采.

浅谈煤矿采掘工艺及技术装备的应用和发展趋势

沐浴在改革开放的春风里,黄陵矿业一号煤矿建矿之初便牢固树立了“科学技术是第一生产力”意识,始终坚持走科技兴矿的道路,紧跟国内外先进的煤炭开采技术发展动态,不断探索和应用先进的采掘工艺及技术装备,先后经历了房柱式开采、炮采、综采以及智能化无人开采的历史演变。基于煤炭科学开采的新理念,对黄陵矿业一号煤矿发展过程中的采掘工艺及技术装备应用情况进行全面分析和总结,并积极借鉴目前煤炭行业先进技术装备的应用情况,从而探讨和总结出适合本矿井采掘工艺及技术装备发展的技术路线。