中国煤科天玛智控王峰工程师:煤矿智能化开采关键控制技术.docx
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1、中国煤科天玛智控王峰工程师:煤矿智能化开采关键控制技术目录1 .前言12 .智能化开采系统架构23 .智能化开采核心关键技术33.1.待开采煤层赋存状态感知技术33.1.1.基于地质勘探的煤层赋存感知33.1.2.基于遥感探测的采场空间感知43.2.综采装备群与采场围岩耦合决策控制技术43.2.1.采煤机自适应截割控制43.2.2.液压支架连续推进控制53.3.工作面与两巷协同推进控制技术53.3.1.巷道设备自移控制技术53.3.2.协同推进控制技术63.4.综采智能开采专家决策系统63.4.1.智能开采效能分析技术63.4.2.视频图像智能分析技术73. 5.机器人替人巡检技术84. 应用
2、效果95. 结语101 .刖百长期以来,煤炭行业为我国能源稳定供给,支撑国民经济快速发展做出了重大贡献。在煤炭行业需求和基础工业技术发展的引领下,煤炭开采技术及装备逐步由“引进、消化、吸收”发展为“创新、引领”,且很多方面已经走在世界前列。“十三五”期间,经过不懈努力,煤炭行业攻克了成套装备感知、信息传输、动态决策、协调执行、高可靠性等系列关键技术,研制出了具有自主知识产权的综采成套装备控制系统,创新地提出了“无人操作、有人巡视”的目标,实现了以采煤机记忆割煤、液压支架跟随采煤机自动动作、综采运输设备集中自动化控制为主,人工远程干预为辅的可视化远程干预生产模式,基本实现了采场内无人跟机作业、有
3、人安全值守的少人化作业目标。可视化远程干预生产模式是在单个设备自动控制功能基础上增加了部分设备间的协调联动控制功能,但生产过程中仍主要依靠生产人员的“看、想、控”且受限于煤层地质条件的不确定、智能决策技术发展的不充分、开采装备自动化水平较低等问题,以及可视化远程干预生产模式在一般、较复杂或复杂地质条件工作面应用效果有限,难以满足实际生产需要。因此,煤炭行业仍需围绕安全、高效开采两大目标,攻克无人化、智能化开采技术深水区,创新智能化开采控制技术,以支撑煤炭开采由劳动密集型向技术密集型行业转变,加快智能、安全、高效的现代煤炭生产体系建设。2 .智能化开采系统架构智能化开采在传统开采方式的基础上,如
4、果要实现综采装备完全摆脱生产人员直接操控,使综采装备依据开采系统进行自主决策、自动运行,则需解决开采空间多维信息采集及融合,智能开采决策、控制和综采装备群智能化协作3个问题。因此,将可视化远程干预生产模式中生产人员的“看、想、控”拓展为“感知、决策、执行、运维”4个技术维度,从而构建具备全面感知、自主决策、自动执行、智能运维4种能力的综采生产系统。智能化开采系统架构如图1所示。该系统以待开采煤层与开采装备之间的相互作用机理为主要研究对象,通过将大数据、人工智能、先进传感等高新技术与煤炭开采工艺、装备充分融合,以实现智能化技术服务于实际煤炭开采,并最终达到综采工作面无人的目的。(I)全面感知实现
5、对开采空间内环境、装备工况的实时感知,包括感知待开采煤层赋存条件、围岩特性、开采环境状态及成套装备工况,并实现多维感知数据融合。(2)自主决策根据煤层与开采装备群之间的相互耦合、作用机理,建立开采决策控制模型,形成适应煤层赋存、开采空间状态的综采装备自适应控制逻辑。(3)自动执行综采装备群在生产过程中可根据自主决策指令,实现准确、稳定、可靠的执行。(4)智能运维以大数据分析与历史数据挖掘为支撑,实现对综采装备、控制系统运行状3 态的有效监护,确保智能化开采系统能够持续良好地运转。4 .智能化开采核心关键技术4.1. 待开采煤层赋存状态感知技术实现煤矿智能化开采,首先要解决待开采煤层赋存状态不可
6、预知的问题,实现工作面地质条件由“黑箱模型”转变为“透明模型”。3.1.1.基于地质勘探的煤层赋存感知通过系统性地开展煤层地质数据收集,实施地质精细化勘探工程,开展地理信息数据解析等工作,构建高精度煤层三维地质模型(图2),为智能化开采控制系统提供煤层赋存数据。通过收集待开采煤层关联地质钻孔、巷道开拓、补充勘探等地质数据,构建工作面的初始三维地质模型。实施精细化勘探工程,如定向钻孔、震波CT等方法,获得用于修正初始三维地质模型的数据,将数据导入初始三维地质模型后获得高精度三维地质模型。高精度三维模型可实现工作面回采前方一定区域待开采煤层赋存的感知,但模型精度受限于地质精细化勘探方法的技术精度及
7、工程实施量。图2高精度煤层三维地质模型3.1.2.基于遥感探测的采场空间感知采场空间遥感探测方法是以工作面当前揭露煤壁为探测对象,根据煤层和顶底板岩层介电常数等电磁波特征,通过布置煤岩界面智能探测地质雷达,利用电磁波能量聚焦辐射及空气耦合技术穿透煤层来探测煤岩分界位置,建立采煤工作面煤岩识别的成像模型,实现对当前工作面揭露煤层状态的精细化感知,探测精度可达厘米级。遥感探测结果可用于煤机滚筒的实时智能调控,也可为高精度三维地质模型提供动态更新数据。3.2.综采装备群与采场围岩耦合决策控制技术智能化开采是以煤层开采空间、待开采煤层及开采空间与开采装备之间耦合关联机制为决策依据,实现采煤机、液压支架
8、、刮板输送机随煤层赋存变化自适应割煤、支护及推进。3.2.1.采煤机自适应截割控制以采煤机位姿传感系统测量的位姿状态为基准,可构建定位滚筒截割顶、底边界点的采煤机截割模型。在确定工作面下一割煤循环的煤层模型后,将采煤机截割模型与下一个割煤循环煤层模型进行叠置拟合分析,可提取出下一割煤循环采煤机前后滚筒对应的采高控制参数,控制参数形成的数据集被称为截割模板。截割模板下发给采煤机控制系统后,滚筒实现沿煤层与岩层分界线准确截割。同时,基于单个割煤循环确定的截割模板还需考虑工作面推进过程中的煤层整体变化趋势,通过平滑阶梯多级调整控制算法来进一步修正截割模板,以适应工作面俯仰采变化,确保工作面连续开采。
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