中国煤矿智能开采科技创新与发展

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1、中国煤矿智能开采科技创新与发展0引言近十年来，为了实现煤矿安全高效生产，国内开展的有关煤矿开采科技创新研究工作取得了很大的成绩，已使得我国煤炭开采水平接近或部分达到了世界先进水平,但真正实现完全智能开采还局限在薄煤层工作面m。对综采技术方面，利用陀螺仪对采煤机位置进行三维检测跟踪定位0,在原有记忆割煤、过载保护、自动调高等功能基础上新增加了红外摄像、雷达探测防机械碰撞和煤岩分析检测功能，这些技术大部分处在研究阶段，与国际最高水平相比仍有_定差距，而有_些开采技术也是国内外煤炭行业所共同面临的难题。解决这些问题需要通

2、过不断的技术创新，研究新技术尤其是光电技术在煤矿开采中的快速应用。笔者通过分析国外煤矿先进的开采技术，对我国未来几年影响煤矿开采的新技术进行重点研究，提出智能开采的关键技术体现在智能探测、智能导航和智能控制方面,对其中较成熟的技术进行了初步试验，对具有应用前景的技术进行了分析展望，目的是争取在国家‘‘十三五”期间赶上和超过世界先进煤矿开采水平，以使我国由世界第一煤炭开采大国变为第一煤炭开采强国。1国外智能开采技术现状进入21世纪以来，国外煤矿开采追求“安全、高效、简单、实用、可靠、经济”的原则，其智能开采的技术思路

3、是:通过钻孔地质勘探和掘进相结合的方式,描绘工作面煤层的赋存分布，通过陀螺仪获知采煤机的三维坐标，两者结合实现工作面的全自动化割煤。该思路可避开煤岩识别难题，以地质条件为载体，顶层规划自动化采煤过程H。1.1工作面自动化LASC系统2001年7月，澳大利亚联邦科学与工业研究组织CSIRO承担了ACARP(AustralianCoalAssociationResearchProgram,澳大利亚煤炭协会研究计划)设立的综采自动化项目，开展综采工作面自动化和智能化技术的研究。到2005年该项目通过采用军用高精度光纤陀螺

4、仪和定制的定位导航算法取得了3项主要成果，即采煤机位置三维精确定位(误差±10cm)、工作面矫直系统(误差±50cm)和工作面水平控制,设计了工作面自动化LASC系统,并首次在澳大利亚的Beltana矿试验成功。2008年，对LASC系统进行了优化，增加了采煤机自动控制、煤流负荷平衡、巷道集中监控等，在商业应用方面CSIRO研究组同久益、艾可夫等采煤机供应商签署了协议，将这项技术集成到对应的采煤机上，实现快速商用4。LASC系统包含惯性导航系统和工作面自动控制算法2项核心技术。1)LASC系统将基于光纤陀螺的惯性导

5、航设备安装在采煤机机身电控箱内，通过运行嵌入式导航定位软件实现采煤机三维位置的精确定位。该惯性2导航定位软件在无GPS信号辅助的情况下行进2.7km,定位误差在30cm以内。惯性导航定位软件可用于综采工作面的水平控制和连续采煤机自动制导。①对于综采工作面水平控制，基本原理是首先根据巷道掘进数据和钻孔数据生成工作面三维地质模型，该模型精度能达到50mm,能准确反映出煤层起伏、倾角、断层等构造，可直接用于指导采煤机俯仰采控制。然后利用在采煤过程中记录的顶底板位置信息对该模型进行不断优化，就可以准确预知工作面的煤层变化情

6、况5。其次结合采煤机精确定位软件的数据，LASC系统就能够提前控制采煤机的割顶割底量，从而顺利通过断层等地质变化区段。澳大利亚煤矿使用的水平控制开采技术控制原理如图1所示。②连续采煤机自动制导，已被澳大利亚确定为煤炭产业重要的技术63。基于连续采煤机自动制导技术开发了具有应用程序控制和通信功能,且包含先进图形用户界面的自动制导系统，如图2所示，表示连续采煤机偏航角有了一定的误差，需要在后面的开采中实时校正。2)工作面自动控制模型和算法。基于该算法,设计了工作面矫直系统，其包含高精度舵性导航仪和矫直数据分析系统2项核

7、心技术,通过对舵性导航仪记录的采煤机空间位置进行分析，确定当前工作面的直线度，计算出每台液压支架的推移量，给液压支架电控系统发出执行信息，对工作面直线度进行动态调整。惯性导航仪输出2路信号：一路给支架,控制支架的推移量;另一路给采煤机，用于控制采煤机的割顶割底量]。自2009年惯性导航仪开始商业化应用以来，澳大利亚60%以上的综采工作面使用了工作面矫直系统。1.2智能开采服务中心智能开采服务中心作为一种增值产品/服务，在澳大利亚布里斯班的Anglo矿业公司总部设置总调度室,对所管辖矿井进行实时监控，目前只有莫兰巴北

8、矿上线。根据出现的报警、故障信息，及时发邮件或通知矿井进行调整。同时，每曰、周、月和季度向矿井提交运行分析报告，指导矿井提高运行管理水平，合理安排设备检修。分析报告包括每日的触发响应动作计划通知，每周的智能服务回顾,每月的井下精益运行回顾，每季度的生产表现回顾。智能开采服务中心的应用可以实现停机时间少、早期监测和设备损坏最小化，可提高生产力，降低生产成本。1