6~10 m厚煤层超大采高液压支架及其工作面系统自适应智能耦合控制

厚煤层储量及产量占我国原煤总储量及产量的一半,通过梳理厚煤层开采历史沿革,总结了我国厚煤层开采40年来的技术及装备研发实践,系统分析了以高端大采高液压支架及围岩智能耦合理论为代表的6~10 m大采高综采高效智能化综采技术及装备研究进展,提出了大采高支护理论及围岩智能耦合控制的突破是厚煤层一次开采高度突破的首要因素,完善的感知体系建立是液压支架自适应支护的前提,数字技术的应用为大采高工作面高效推进及装备智能协同控制提供了新的技术途径;阐明了大采高综放液压支架与围岩耦合关系,剖析了采高增加对硬煤层冒放性的有利影响,提出了基于煤矸识别、放煤机构控制的“纯煤段记忆放煤+煤岩分界模糊段人工反馈式干预放煤”的智能放煤控制策略;分析了大采高开采“采–运”协同智能耦合控制关键技术,构建了基于采煤机牵引速度与刮板输送机链速间联动调节的工作面装备间多机异构耦合自适应协同控制模型;研发了厚煤层开采中10 m超大采高液压支架,分析了厚煤层开采不断突破开采高度极限的新认识,从开采装备、控制系统等方面提出厚煤层一次开采高度的突破的研发方向。

超大采高综采工作面支护技术及装备研究现状

超大采高一次采全厚开采具有开采效率高、资源回收率高等特点。为探求超大采高综采技术进一步突破,分析其工作面围岩稳定性控制可行性,在调研超大采高综采发展历程的基础上,总结了超大采高综采工作面围矿压显现及煤壁片帮规律,分析了现有超大采高液压支架整体技术特征及其适用性能,并介绍了10 m超大采高工作面液压支架基本情况。通过分析发现:工作面矿压显现强度与采高基本呈现正相关关系,采高越大,工作面支护阻力越大,且煤壁片帮是困扰超大采高开采高效推进的主要因素之一,通过提高工作面液压支架的初撑能力能有效减小煤壁应力;液压支架随工作面采高增加,选型工作阻力增大,支架中心距加宽,大梯度过渡方式在提供可靠支护的同时,能有效提升端头区资源回收率;为适应大体量开采装备运输,超大采高工作面煤巷断面增加,超前支架工作阻力增大;工作面配套液压支架通过设计手段、整体结构、制造工艺等方面优化升级以提升可靠性及适应性;相对较低采高工作面支护,超大采高开采更注重支护过程中的安全技术需求,需要完善架前煤矸防护、架间防尘降尘、安全的后期维检等安全措施;工作面围岩稳定性控制及其配套装备是超大采高综采技术发展及推广的重点,从支护参数选择、支护结构设计到液压支架制造、后期维检的超大采高液压支架全寿命开发是支撑超大采高开采高效推进的基础。

基于联合编码的煤矿综采设备知识图谱构建

利用知识图谱技术进行数据管理可实现对煤矿综采设备的有效表示,以便获取具有深度挖掘价值的信息。煤矿综采设备数据不均衡、某些类别设备实体较少等问题影响实体识别精度。针对上述问题,提出了一种基于联合编码的煤矿综采设备知识图谱构建方法。首先构建综采设备本体模型,确定概念及关系。然后设计实体识别模型:利用Token Embedding、Position Embedding、Sentence Embedding和Task Embedding 4层Embedding结构与Transformer−Encoder进行煤矿综采设备数据编码,提取词语间的依赖关系及上下文信息特征;引入中文汉字字库,利用Word2vec模型进行编码,提取字形间的语义规则,解决煤矿综采设备数据中生僻字问题;使用GRU模型对综采设备数据和字库编码后的字符向量进行联合编码,融合向量特征;利用Lattice−LSTM模型进行字符解码,获取实体识别结果。最后利用图数据库技术,将抽取的知识以图谱的形式进行存储和组织,完成知识图谱构建。在煤矿综采设备数据集上进行实验验证,结果表明该方法对综采设备实体的识别准确率较现有方法提高了1.26%以上,在一定程度上缓解了在少量样本情况下构建煤矿综采设备知识图谱时因数据较少导致的精度不足问题。

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。

综采机电设备智能化管控平台研究与应用

针对传统综采机电设备管理模式过度依赖人工方式存在的管理效率低下、反应迟缓、管理粒度较粗以及难以实现对综采机电设备的精细化管理与调度等问题,北京天玛智控科技股份有限公司运用物联网、大数据和人工智能等先进技术,构建了综采机电设备智能化管控平台,以实现对关键装备的状态监测、故障预测、寿命评估与精细化管理。介绍了综采机电设备智能化设备管控平台总体架构、数据采集、动态监测和故障预测以及智能调度与优化等关键技术,相关技术成果在国能神东煤炭有限责任公司上湾、榆家梁、保德等煤矿进行了应用。应用结果表明,该管控平台能够极大提高设备管理的智能化和科学决策水平,对企业安全生产与降本增效具有重要作用。

基于数字孪生的液压支架群跟机工艺虚拟调试方法

针对物理综采工作面“三机”跟机自动化工艺参数调试周期长,费用成本高,以及工作环境搭建困难等问题,基于数字孪生技术,研究了液压支架群跟机行为工艺虚拟调试关键技术。首先基于现代建模技术构建了1∶1构综采“三机”孪生体,利用虚拟现实引擎对综采“三机”运动单元进行了虚拟重构和虚拟仿真;然后基于现代设计理论,依据“三机”协同原则实现了跟机自动化过程中的不同参数配置,建立了采煤工艺的支架行为工艺决策模型和支运装备直线度协同控制模型,并在虚拟场景中对决策模型进行预演;最后利用TCP协议建立了虚实交互通道,通过半实物仿真试验对决策模型进行了验证。结果表明:虚拟场景在执行采煤工艺时可对物理工作面场景进行精准复现,通过支架群行为决策模型可提前对液压支架工艺行为进行决策规划,通过反向控制试验可对支架控制器进行实时虚实交互,有望克服井下调试环境阻碍,对综采“三机”电液控程序的合理制定与修正提供参考价值。

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。

自动化控制系统在白庄煤矿80106综采工作面的应用

主要探讨了自动化控制系统在煤矿综采工作面的应用。介绍了自动化控制系统的主要组成,并分析了该系统在白庄煤矿80106综采工作面的具体应用。引入智能化的监控设备和传感器网络,实时收集矿井内的各类数据,利用数据分析理论和方法进行深度分析,以预测和防治可能发生的危险。同时,采用自动化控制技术,实现对矿井设备的远程控制,优化操作,提高生产效率。实施结果证明,该系统的应用显著提高了矿井生产的安全性,降低了事故发生率,提高了生产效率。

综采工作面机电设备安全管理措施

综采工作面使用了大量的机电设备。为了保证机电设备的安全运行,必须要对机电设备进行安全管理。结合150109综采工作面的具体情况,分析了工作面生产过程中的机电安全管理。首先,分析了供电设备管理,主要包括供电系统、供配电和设备布置。然后,探讨了回采过程中设备运行的监测监控。可以为煤矿机电设备的管理提供一定的技术参考。

司马煤业薄煤层工作面设备选型分析

为了实现对司马煤业薄煤层煤炭资源的有效回收,以8-2号煤层8101首采工作面为工程背景,在对地质赋存条件进行分析的基础上,首先确定工作面的参数,并对工作面综采设备进行选型,使采煤机、液压支架、刮板输送机“三机”配套满足技术要求,并选择适合的转载机及胶带输送机,组成完整的运输系统,满足工作面安全生产的需要。

高可靠性破锚索装置结构设计

设计了一种煤矿井下回采工作面机、风巷端头集成的破锚索装置,从理论计算、结构设计和实际应用三方面验证其高可靠性及实用性,设备结构简单、操作方便、理论安全和破断系数高、总体尺寸小、适应性强,能有效解决井下两巷因顶板过硬造成的长距离采空区不垮落而引起的安全隐患和制约回采效率等问题。

基于3203综采工作面末采设备配套的转载机机头自移改造优化

本文针对3203综采工作面末采设备中转载机机头自移存在的问题,设计了一套改造优化方案,旨在提高机头自移的效率与稳定性。通过系统的架构分析、机械结构的改进以及液压系统的升级,本文提出了一种综合性的改造方案。为了验证改造效果,进行了实际施工与性能测试,采集了机头自移的关键数据并进行了深入的结果分析。研究结果表明,改造后的转载机机头自移性能显著提升,关键数据表明改进后的系统在效率和稳定性方面均取得了明显的改善。这一研究为综采工作面末采设备的性能提升提供了有力支持,对类似工程具有一定的参考价值。

井下煤矿综采智能协同关键技术研究

为提升煤矿综采智能化水平,解决复杂井下条件下综采设备精准定位、运动协同控制的问题,开展综采智能协同技术研究。构建智能协同整体架构方案,重点开展基于激光传感的综采设备实时定位及运动协同控制、采煤机截割轨迹预测及验证。结果表明,井下综采设备激光定位系统具备持续稳定的高精度定位功能,精度能够达到20 mm级别;通过综采设备与煤层位置的精准关联,采煤机滚筒截割的自适应调节与控制基本达到拟人化截割水平。

井下综采设备高精度激光定位技术的应用与研究

为提升煤矿智能开采安全技术水平,解决综采设备在复杂井下条件下低成本精确定位及控制问题,开展井下综采设备高精度激光定位技术的应用与研究。基于井下综采设备作业过程分析,研究井下综采工作面绝对坐标系确立及工作面跟踪定位系统测量基准传递与重构方法,在此基础上搭建激光跟踪实时定位系统架构。该方案已在某煤矿采煤机井下作业中得到应用,结果表明,该方案能实现井下综采设备高精度定位功能,连续作业条件下推移曲线误差控制在20 mm内,可满足井下综采设备作业需求。

煤矿综采工作面无人化采煤智能监控系统的研究与应用

针对煤矿综采工作面传统工作模式存在劳动强度大、风险系数高、智能化程度较低以及集中控制不足等问题,开展了煤矿综采工作面无人化采煤智能控制系统的研究,提出了煤矿综采工作面三机协同无人化远程智能监控系统方案,介绍了关键技术和硬软件系统,实现了对综采工作面设备的远程在线智能监控和智能运维。结果表明,利用无人化采煤远程监控系统可基本实现工作面无人化,降低工人劳动强度,提高设备故障发现率,大大提升煤矿智能化水平。

煤矿综采设备故障知识图谱构建

现有煤矿综采设备故障诊断方法缺乏对综采设备历史故障数据的系统化管理及应用,针对该问题,引入知识图谱技术对综采设备故障数据进行系统化管理。采用自顶而下的方法对综采设备故障知识进行本体构建,将综采设备故障知识归纳为故障位置、故障现象、故障原因、处理方法 4类,并进行规范化命名;采用通用的命名实体标注方法 BIOES对综采设备故障知识进行人工标注;将双向长短期记忆(BiLSTM)和条件随机场(CRF)相结合,构建BiLSTM-CRF模型,对已标注的综采设备故障知识进行命名实体识别,并通过人工抽取实体关系,从而实现故障知识抽取;结合BiLSTM-CRF模型的实体识别结果和人工抽取的实体关系,使用Neo4j图数据库存储综采设备故障知识,构建综采设备故障知识图谱。实验结果表明,相较于BiLSTM模型和BiLSTMAttention模型,BiLSTM-CRF模型精确率显著提高,为87%,F1值也有一定幅度上升,为69%。综采设备故障知识图谱的构建可为大规模、多域综采设备故障数据的有效分析、管理及应用提供支持。

大倾角综采设备选型及关键技术研究

大倾角煤层在我国的西部地区分布较多,大倾角工作面开采设备与普通工作面区别较大,如采用普通三机设备应用于大倾角工作面,带来支架倾倒、采煤机和刮板运输机下滑等问题,严重制约工作面产量和生产效率。笔者根据多年的选型、配套经验,在综采面三机选型、液压支架防倒、采煤机和刮板运输机防滑和工作面安全防护等方面提出相应的解决方案。同时,分享北煤机公司在国内大倾角工作面中的实施案例,为国内矿井类似项目的开展提供参考经验。

综采设备健康状态评估研究综述

综采设备逐渐趋于大型化、复杂化、智能化,定期维修与事后维修等传统设备管理模式已难以满足煤矿智能化建设对设备运行的高可靠性需求。因此,研究综采设备健康状态评估相关理论及技术对煤矿智能开采技术发展意义重大。给出了综采设备健康状态评估范畴界定及综采设备健康状态评估流程。从综采设备信号获取、特征提取及融合、健康状态等级划分、健康状态评估模型建立4个方面总结了综采设备健康状态评估方法的研究现状和发展动态。分别从综采设备信号获取及传感器优化布置、数据处理及特征提取、健康状态评估模型建立、综采设备状态评估应用等方面分析了综采设备健康状态评估相关技术目前面临的挑战。针对上述研究现状及面临的挑战,从数据采集方案及故障机理研究手段提升、大数据高性能计算平台建设、深度学习评估模型建立、综采设备健康状态动态评估模型研究、综采设备健康状态评估系统开发等方面探讨了综采设备健康状态评估技术的发展趋势,指出在煤矿智能化进程中,需确保综采设备健康状态评估理论研究、算法开发和工程应用三线齐头并进。

中国煤炭开采技术及装备50年发展与创新实践--纪念《煤炭科学技术》创刊50周年

回顾《煤炭科学技术》杂志推动和见证中国煤炭开采技术及装备50年发展与创新实践的发展概况,阐述从煤矿机械化到煤矿智能化的创新历程并重点分析采煤机装备技术研发支撑煤炭开发工艺变革,综述煤矿装备智能化迭代发展并提出煤矿装备智能化发展思路。煤炭开采技术历经炮采、普通机械化开采、综合机械化开采、智能化开采4次重大技术变革,实现了煤炭生产力的巨大进步。采煤机装备研发支撑煤炭开发工艺变革,液压支架支护理论、设计方法、支架架型结构和制造技术的创新支撑实现我国液压支架产品由低端到高端的突破;采煤机制造工艺、机型适应性和监控系统等短板技术攻坚取得重大进展,采高0.8~9.0 m全系列采煤机满足我国煤矿高效生产要求,智能化水平不断提升;大运量长运距工作面刮板输送机关键技术不断突破,450 m超长工作面大运量刮板输送机可靠运行,智能变频一体机传动代替传统CST等传动,节能近30%;大运量带式输送机永磁直驱、芳纶带和无基础带式输送机结构等技术创新具有节能、可靠和智能的显著优势;电液控制和无人化智能开采控制技术快速发展,国产化SAC型液压支架电液控制系统、SAM型工作面自动化系统和SAP型智能供液系统广泛应用;“掘锚一体机+锚运破+大跨距转载”掘锚一体机系统、悬臂式掘锚护一体机+临时支护系统和TBM全断面硬岩掘进系统,解决了采掘失衡难题;智能变频节能传动支撑矿山节能,采煤机装备全面国产化创新与智能制造能力快速提升,研发的30多种煤矿机器人在陕煤柠条塔煤矿集群应用,取得良好效果。煤矿智能化技术快速迭代发展,分析了煤矿数据流分类与关联,提出了煤矿智能化总体技术架构与“分级抽取-关联分析-虚实映射”的数据处理基础理论,综述了煤矿智能化系统耦合与迭代开发进展以及煤矿智能化技术标准体系建设进展,提出包括构建以“煤智云”为基础的数据价值生态,推进复杂条件智能开采工艺与装备及煤矿机器人集群研发,建设系统智能与人文智慧融合的煤矿智慧生态的煤矿智能化发展思路,为企业高质量发展指明了技术方向。

综掘系统视觉处理技术研究现状及发展趋势

机器视觉技术具有非接触测量、获取信息量大、数据处理能力强等优点,将其应用于综掘工作面,对于提高综掘工作效率、保障人员设备安全、减少事故发生具有重要意义。综述了近年来视觉处理技术在煤矿综掘系统中的具体应用与发展情况,依据综掘工作面的任务分工,结合具体实际案例,重点分析了机器视觉技术在视觉检测与定位、安全监测与事故预防、装备自动化与智能化等方面的应用。通过分析不同应用场景中各类视觉检测系统的结构与检测原理,明确了视觉处理技术在综掘工作面工程应用中的技术性能、工作流程及优缺点。分析了视觉技术在综掘工作面应用中存在的挑战,包括环境适应性问题、成像视野范围较窄、智能算法的鲁棒性和可靠性尚待提高等。指出多传感器信息融合技术、设备群协同控制技术与数字孪生驱动远程监控技术是基于机器视觉的煤矿智能化装备体系未来需要重点发展的新方向。