綜采智能化開采技術(shù)

綜采智能化開采技術(shù)2021/6/271目錄一、煤礦綜采智能化技術(shù)的新進展二、綜采智能化技術(shù)的實施背景三、綜采智能化開采的技術(shù)路徑四、綜采智能化技術(shù)取得的效果五、綜采智能化技術(shù)存在問題和發(fā)展方向2021/6/272

智能化開采是在機械化開采、自動化開采基礎(chǔ)上，信息化與工業(yè)化深度融合的煤炭開采技術(shù)的深刻變革，是指在不需要人工直接干預(yù)的情況下，通過采掘環(huán)境的智能感知、采掘裝備的智能調(diào)控、采掘作業(yè)的自主導(dǎo)航，由采掘裝備自動、獨立完成采掘作業(yè)過程。一、煤礦綜采智能化技術(shù)的新進展1（一）綜采智能化開采的概念2021/6/273

一是采掘設(shè)備具有智能化的自主采掘作業(yè)能力；

二是實時獲取和更新采掘工藝數(shù)據(jù)，包括地質(zhì)條件、煤巖變化、設(shè)備方位、開采工序等；

三是能根據(jù)開采條件變化自動調(diào)控采掘過程；當(dāng)智能化采掘設(shè)備與自動調(diào)度決策集為一體，即形成智能化開采工作面。2（二）智能化開采的三大技術(shù)內(nèi)涵一、煤礦綜采智能化技術(shù)的新進展2021/6/274

澳大利亞LASC技術(shù)

澳大利亞綜采長壁工作面自動控制委員會(LASC)開展了煤礦綜采自動化和智能化技術(shù)的研究，采用高精度光纖陀螺儀和定制的定位導(dǎo)航算法，應(yīng)用于工作面設(shè)備，取得了三項主要成果：采煤機三維精確定位（誤差±10cm）、工作面矯直系統(tǒng)（誤差±50cm）和工作面水平控制，完成了工作面自動化系統(tǒng)原型，同時實現(xiàn)了采煤機自動控制、煤流負(fù)荷平衡、巷道集中監(jiān)控等。通過鉆孔地質(zhì)勘探和掘進相結(jié)合的方式，描繪工作面煤層的賦存分布，通過陀螺儀獲知采煤機的三維坐標(biāo)，兩者結(jié)合實現(xiàn)工作面的全自動化割煤，該創(chuàng)新成果突破了煤巖識別難題，另辟蹊徑解決了采煤機準(zhǔn)確割煤問題。LASC核心技術(shù)包括：采煤機的三維空間定位、自動工作面拉直、保持工作面平直、自動調(diào)高控制、3D可視化為遠(yuǎn)程監(jiān)控提供虛擬現(xiàn)實等。3（三）國外綜采智能化技術(shù)一、煤礦綜采智能化技術(shù)的新進展2021/6/275

美國IMSC技術(shù)

智能開采服務(wù)中心(IMSC)是美國JOY公司推出的一種適用于長壁工作面的遠(yuǎn)程智能增值產(chǎn)品/服務(wù)系統(tǒng)，可實時監(jiān)控煤礦設(shè)備運行，根據(jù)出現(xiàn)的報警、故障信息，及時發(fā)郵件或電話通知礦井工程師進行調(diào)整。智能開采服務(wù)中心每日、周、月和季度向礦井提交運行分析報告，指導(dǎo)礦井提高運行管理水平，合理安排設(shè)備檢修。作為一種增值產(chǎn)品/服務(wù)，對所管轄礦井進行實時監(jiān)控，利用數(shù)據(jù)監(jiān)測與分析系統(tǒng)，分析生產(chǎn)過程設(shè)備運行參數(shù)，對礦井生產(chǎn)給予指導(dǎo)，取得了提高產(chǎn)能、減人提效的經(jīng)濟效益。4（三）國外綜采智能化技術(shù)一、煤礦綜采智能化技術(shù)的新進展2021/6/276

我國煤礦的智能化開采在最近十年尤其是“十二五”期間取得了長足的進步，開啟了我國智能化開采的新時代。以采煤機記憶截割、液壓支架自動跟機及可視化遠(yuǎn)程監(jiān)控為基礎(chǔ)，以生產(chǎn)系統(tǒng)智能化控制軟件為核心，實現(xiàn)了在地面（或巷道）綜合監(jiān)控中心對綜采設(shè)備的智能監(jiān)測與集中控制，確保工作面割煤、推溜、移架、運輸、消塵等智能化運行，達(dá)到了工作面連續(xù)、安全、高效開采,另辟蹊徑地詮釋了國內(nèi)智能化開采技術(shù)的新概念。5（三）國內(nèi)綜采智能化技術(shù)一、煤礦綜采智能化技術(shù)的新進展2021/6/277

當(dāng)前國內(nèi)智能化開采技術(shù)水平，在控制系統(tǒng)架構(gòu)、控制方式、響應(yīng)時間、智能功能、工作面人數(shù)、產(chǎn)能等主要技術(shù)指標(biāo)方面處于國際領(lǐng)先，開發(fā)了“巷道監(jiān)控中心可視化遠(yuǎn)程控制割煤，采場無人操作”的新技術(shù)，創(chuàng)新“無人跟機作業(yè)，有人安全值守”的開采理念，在采煤過程中做到工作面內(nèi)無人操作，構(gòu)建了“以工作面自動控制為主，監(jiān)控中心遠(yuǎn)程干預(yù)為輔”的工作面智能化生產(chǎn)模式，設(shè)計了人工干預(yù)下模糊控制多工序的采煤工藝，實現(xiàn)了智能采煤技術(shù)的深刻變革。6（三）國內(nèi)綜采智能化技術(shù)一、煤礦綜采智能化技術(shù)的新進展2021/6/278

智能開采控制技術(shù)打破了傳統(tǒng)的以單機裝備為主、總體協(xié)調(diào)的研制思路，建立了以成套裝備總控制網(wǎng)絡(luò)信息綜合決策為主、單機裝備為執(zhí)行機構(gòu)的體系結(jié)構(gòu)。將采煤機、液壓支架、刮板輸送機、轉(zhuǎn)載機、破碎機、巷道膠帶機、供液系統(tǒng)、供電系統(tǒng)等裝備有機結(jié)合起來，構(gòu)建成一個相互聯(lián)系、相互依存、相互制約的采煤系統(tǒng)，依據(jù)系統(tǒng)控制決策模型分析結(jié)果，實現(xiàn)對綜采成套裝備的協(xié)調(diào)管理與集中控制。7（三）國內(nèi)綜采智能化技術(shù)一、煤礦綜采智能化技術(shù)的新進展2021/6/2798（三）國內(nèi)綜采智能化技術(shù)國內(nèi)綜采智能化技術(shù)巷道監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制采煤機中部記憶截割支架中部跟機移動、推溜面內(nèi)視頻監(jiān)控一、煤礦綜采智能化技術(shù)的新進展2021/6/2710巷道監(jiān)控中心遠(yuǎn)程控制采煤機中部記憶截割支架中部跟機移動、推溜面內(nèi)視頻監(jiān)控2021/6/2711一、綜采智能化開采技術(shù)的實施背景

實施綜采智能化開采技術(shù)研究，主要是為了解決三個問題：

一是煤礦安全發(fā)展的問題。淮北礦區(qū)水、火、瓦斯、頂板、煤塵“五害”俱全，煤層賦存條件極復(fù)雜、勞動強度大、生產(chǎn)環(huán)境惡劣等諸多問題，容易造成安全事故、引發(fā)職業(yè)病。2二、綜采智能化技術(shù)的實施背景92021/6/2712

二、綜采智能化技術(shù)的實施背景

二是企業(yè)高效發(fā)展的問題。傳統(tǒng)的綜采開采技術(shù)相對用人多、效率低、成本高。

三是礦井可持續(xù)發(fā)展的問題。閘河礦區(qū)煤炭資源趨于枯竭，礦井可持續(xù)發(fā)展問題亟待解決?；幢钡V區(qū)保守估計有4億噸薄煤層儲量，朔里Ⅱ415薄煤層工作面綜采智能化技術(shù)的成功實踐，為淮北礦區(qū)薄煤層開采開辟了一條路。102021/6/2713

智能化開采技術(shù)，是利用先進的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自動化控制技術(shù)、通信技術(shù)、計算機技術(shù)、視頻技術(shù)，通過監(jiān)控一體化軟件平臺來實現(xiàn)采煤作業(yè)的自動化控制及遠(yuǎn)程遙控。以網(wǎng)絡(luò)通訊為基礎(chǔ)，以采煤機記憶截割、支架自動跟機、遠(yuǎn)程集中控制、視頻監(jiān)控為手段，實現(xiàn)“可視化遠(yuǎn)程干預(yù)型”自動化生產(chǎn)模式，最終達(dá)到智能化采煤作業(yè)的目的。三、綜采智能化開采的技術(shù)路徑112021/6/2714三、綜采智能化開采的技術(shù)路徑122021/6/2715智能化工作面系統(tǒng)構(gòu)成：三、綜采智能化開采的技術(shù)路徑132021/6/2716（一）自動化控制系統(tǒng)三、綜采智能化的技術(shù)路徑142021/6/2717（二）采煤機控制系統(tǒng)三、綜采智能化的技術(shù)路徑152021/6/27181.采高定位16三、綜采智能化的技術(shù)路徑2021/6/27192.位置定位17三、綜采智能化的技術(shù)路徑2021/6/27203.記憶截割18三、綜采智能化的技術(shù)路徑2021/6/27214.遠(yuǎn)程控制19三、綜采智能化的技術(shù)路徑2021/6/27225.數(shù)據(jù)傳輸20三、綜采智能化的技術(shù)路徑2021/6/2723（三）支架電液控制系統(tǒng)21三、綜采智能化的技術(shù)路徑2021/6/27241.液壓支架自動跟機22三、綜采智能化的技術(shù)路徑2021/6/27252.操作臺遠(yuǎn)程控制23三、綜采智能化的技術(shù)路徑2021/6/27264、視頻控制系統(tǒng)（四）視頻控制系統(tǒng)24三、綜采智能化的技術(shù)路徑2021/6/2727（五）集成供液系統(tǒng)25三、綜采智能化的技術(shù)路徑2021/6/2728（六）運輸及泵站控制系統(tǒng)26三、綜采智能化的技術(shù)路徑2021/6/2729四、取得的效果（一）安全效益

一是將職工從危險性較高的采煤工作面轉(zhuǎn)移到安全環(huán)境較好的進風(fēng)巷道監(jiān)控中心甚至地面監(jiān)控指揮中心，實現(xiàn)“人少則安、無人則安”，為打造本質(zhì)安全型礦井奠定基礎(chǔ)。

二是電液控操作可進行鄰架操作，操作人員可站在工作面上風(fēng)側(cè)操作，可有效避免煤塵的傷害，提高了安全系數(shù)。27三、綜采智能化開采的技術(shù)路徑四、綜采智能化技術(shù)取得的效果2021/6/2730（二）經(jīng)濟效益

一是可實現(xiàn)單架或成組操作，生產(chǎn)效率明顯提高，提效在20%以上。

二是智能化系統(tǒng)“一鍵啟動”功能，可實現(xiàn)崗位優(yōu)化配置，工作面生產(chǎn)工序由原來的3名煤機司機跟機操作、5名支架工分段追機拉架，變?yōu)?人在順槽監(jiān)控中心遠(yuǎn)程操控；順槽設(shè)備控制由以往1人就地控制變?yōu)檫h(yuǎn)程操控;兩巷維護管理使用端頭和超前支架，生產(chǎn)人員減少30%，實現(xiàn)了減員提效。28四、綜采智能化技術(shù)取得的效果2021/6/2731（二）經(jīng)濟效益

三是薄煤層智能化工藝減少了回采期間人和機械造成的影響，提高了工時利用率，有利于綜合單產(chǎn)的提高，薄煤層智能化工藝達(dá)到了“煤厚即采高”的要求，有效地降低了工作面采高，大大的減少了破矸量，有利于煤質(zhì)的提高，單產(chǎn)和煤質(zhì)的提高帶來經(jīng)濟效益的明顯提升。29四、綜采智能化技術(shù)取得的效果2021/6/2732朔石公司智能化工作面情況

朔石公司II415工作面走向長1037米，傾斜長平均為167m，煤層原始沉積穩(wěn)定，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，煤層總厚1.10～1.65m，平均1.35m，普遍含有一層泥巖夾矸，厚0.15～0.30m，平均0.22m。煤層傾角為0～8°，平均為6°。該面上覆3煤層、下伏5煤層均已回采，與3煤層間距平均1.14米、與5煤層間距平均9.1米，面內(nèi)黃灣向斜軸從工作面里段穿過。7月份該面平均推進120米，正常日推進6刀，出煤65056噸，最高單產(chǎn)2145噸。2021/6/2733薄煤層智能化工作面情況2021/6/2734薄煤層智能化工作面情況2021/6/2735薄煤層智能化工作面情況2021/6/2736楊柳智能化工作面情況1075智能化工作面里段走向長度1070米，傾向長度166米，平均煤厚3.2米。工作面選用一部MG500/1180-WD型采煤機、114架ZZ8800-20/40D型液壓支架和一部SGZ-800/1050型刮板運輸機等設(shè)備。工作面采用XDYZ（D）型綜采自動化控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)采煤機記憶截割采煤；實現(xiàn)工作面液壓支架自動跟機移架；實現(xiàn)綜采系統(tǒng)“一鍵”啟停；實現(xiàn)地面調(diào)度和機巷的集控中心對工作面采煤機、液壓支架、刮板運輸機等設(shè)備的工作狀態(tài)實行遠(yuǎn)程監(jiān)測監(jiān)控及操作。7月份該面平均推進201米，正常日推進10刀，出煤220666噸，最高單產(chǎn)8000噸。2021/6/2737楊柳智能化工作面情況2021/6/2738楊柳智能化工作面情況2021/6/2739楊柳智能化工作面情況2021/6/2740楊柳智能化工作面情況2021/6/2741（三）社會效益

一是實現(xiàn)“兩解放、兩提高”。

“兩解放”是把礦工從艱苦危險的環(huán)境中解放出來，切實保護從業(yè)人員安全健康，體現(xiàn)“安全第一、預(yù)防為主、綜合治理”的安全生產(chǎn)方針;把礦工從超強度體力勞動中解放出來，人員在監(jiān)控中心或地面遠(yuǎn)程操控實現(xiàn)煤炭開采，體現(xiàn)“以人為本、安全發(fā)展”的改革方向。30四、綜采智能化技術(shù)取得的效果2021/6/2742

“兩提高”是提高了機電制造業(yè)和智能控制的整體水平，打造了國產(chǎn)民族品牌，增強煤炭行業(yè)的自豪感；

提高了煤礦形象，改變煤礦工人“傻、大、黑、粗”和煤礦企業(yè)“臟、亂、險、差”的形象，增強煤礦工人和企業(yè)的榮譽感。（三）社會效益31四、綜采智能化技術(shù)取得的效果2021/6/2743

二是Ⅱ415薄煤層綜采智能化工藝的成功開采，標(biāo)志著集團公司在薄煤層綜采智能化開采方面取得了突破、實現(xiàn)了跨越，解放了朔石礦業(yè)西部井150多萬噸薄煤層資源，有效延長了礦井壽命，填補了淮北礦業(yè)薄煤層高產(chǎn)高效開采的空白，為薄煤層資源的回采“打開一扇門”，為三年實現(xiàn)工作面半數(shù)智能化、全部電液控制起到了示范引領(lǐng)的作用。（三）社會效益32四、綜采智能化技術(shù)取得的效果2021/6/274433五、綜采智能化技術(shù)存在問題和發(fā)展方向

（一）地質(zhì)圍巖智能探測難題

智能探測是指對采場未知區(qū)域的自動探查和檢測，結(jié)合巷道掘進數(shù)據(jù)和鉆孔數(shù)據(jù)生成工作面三維地質(zhì)模型，能準(zhǔn)確反映出煤層起伏、傾角、斷層、陷落柱等地質(zhì)構(gòu)造，用于指導(dǎo)采煤機俯仰采控制和搖臂調(diào)高、煤巖自動識別、圍巖控制等，也包括對未采煤層區(qū)域的超前地質(zhì)精確探測，以保障智能化采煤裝備的高效運行。2021/6/274534五、綜采智能化技術(shù)存在問題和發(fā)展方向

（二）開采智能決策難題

目前的智能化開采系統(tǒng)，以過程化控制為核心。但是與生產(chǎn)管理過程還沒有有效地銜接，未進行有效的信息集成和互通，不能有效地對綜采關(guān)鍵設(shè)備進行智能管理，為生產(chǎn)管理者提供決策建議。由于開采地質(zhì)條件的不斷變化，煤層賦存的不可預(yù)知性，因此開采智能化還不能完全離開人的智慧，需要發(fā)揮機器和人各自的特長，規(guī)避人機各自的短處，現(xiàn)階段還不能完全離開人的干預(yù)和控制。2021/6/274635五、綜采智能化技術(shù)存在問題和發(fā)展方向

一是設(shè)備可靠性問題。智能化離不開高可靠的綜采設(shè)備，在此基礎(chǔ)上增加感知、決策、控制和智能化功能，由單機向成套裝備智能控制轉(zhuǎn)變。

二是開采惡劣環(huán)境下可視化難題。由于開采時產(chǎn)生的煤巖粉塵會嚴(yán)重影響視頻圖像的采集，因此需要研究高清晰度和低延時的開采場景再現(xiàn)技術(shù)，對人的遠(yuǎn)程干預(yù)和機器視覺都能提供實時捕捉現(xiàn)場運行變化的特征。2021/6/274736五、綜采智能化技術(shù)存在問題和發(fā)展方向

三是復(fù)雜條件下的自感知技術(shù)難題。由于地下采煤工作面條件復(fù)雜、時刻移動、千變?nèi)f化，對采煤工作面的條件變化數(shù)據(jù)實時跟蹤、準(zhǔn)確記錄、分析判斷、科學(xué)利用等，是采煤智能化遇到的最大技術(shù)難題。2021/6/274837五、綜采智能化技術(shù)存在問題和發(fā)展方向