保德煤矿智能化掘进工作面建设及应用研究.pdf
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1、第32 卷增刊12023年6 月文章编号:10 0 4-40 51(2 0 2 3)S1-0157-05中国矿业CHINA MINING MAGAZINED0I:10.12075/j.issn.1004-4051.20230411Vol.32,Suppl 1June2023保德煤矿智能化掘进工作面建设及应用研究蒲林(神东煤炭集团保德煤矿,山西忻州0 36 6 0 0)摘要:为了解决保德煤矿生产接续紧张,实现减人增安、降本增效,提高智能化开采水平,根据单位现有的生产掘进模式结合智能化科技应用,研究工作面国产化电控系统,为各种自动化控制功能提供控制接口;通过截割动载荷识别和自适应截割,实现掘锚一体
2、机记忆割煤和自适应割煤;采用自动锚杆支护,实现钻孔、送药、锚固等工序的自动化运行;实现梭车自动化作业以及机尾自动移设;通过掘、支、锚、运一体化数字李生技术,实现工作面数据在线监测和设备远程集中控制;工作面多机协同控制,实现“智能掘进、少人操作”。通过以上研究对掘锚机、梭车、连运车及胶带机机尾进行智能升级改造,针对性地建设智能掘进系统,从而探索出一条符合保德煤矿自身生产条件的智能化掘进道路。关键词:智能掘进系统;智能截割;自动支护;集中控制;兼容接口PU Lin中图分类号:TD82Research of the application of intelligent excavation work
3、face in Baode Coal Mine(Baode Coal Mine,Shendong Coal Group,Xinzhou 036600,China)Abstract:In order to solve the tight production continuity of Baode Coal Mine,achieve reducing personnel,increasing safety,reducing costs,and increasing efficiency,and improve the level of intelligent mining,basedon the
4、 existing production and excavation mode of the unit and the application of intelligent technology,adomestically produced electric control system for the working face is studied to provide control interfaces forvarious automation control functions.By identifying the cutting dynamic load and adaptive
5、 cutting,thememory cutting and adaptive cutting of the excavator anchor integrated machine can be achieved.Adoptingautomatic anchor rod support to achieve automated operation of drilling,feeding,anchoring and otherprocesses.Implement automated shuttle operation and automatic tail movement.By integra
6、ting digital twintechnology of excavation,support,anchoring,and transportation,online monitoring of working face data andremote centralized control of equipment are achieved.Collaborative control of multiple machines in theworking face,achieving“intelligent excavation and less manual operation.Throu
7、gh the above research,intelligent upgrading and transformation will be carried out on the tail of anchor diggers,shuttle trucks,continuous transport vehicles,and belt conveyors,and targeted construction of intelligent excavation systemswill be carried out to explore an intelligent excavation road th
8、at meets the production conditions of BaodeCoal Mine.Keywords:intelligent excavation system;intelligent cutting;automatic support;centralized control;compatible interface0引言煤炭是我国的主体能源和战略资源,2 0 2 2 煤文献标识码:A炭行业发展年度报告显示,国内煤炭产量创历史新高,全国原煤产量45.6 亿t,同比增长10.5%。预收稿日期:2 0 2 3-0 6-0 4作者简介:蒲林(198 7 一),男,四川广元人,硕
9、士,主要从事安全管理工作,E-mail:m15536 8 8 8 911 16 3.c o m。引用格式:蒲林.保德煤矿智能化掘进工作面建设及应用研究J.中国矿业,2 0 2 3,32(S1):157-16 1.PU Lin.Research of the application of intelligent excavation workface in Baode Coal MineJJ.China Mining Magazine,2023,32(S1):157-161.责任编辑:刘硕158测到“十四五”末,国内煤炭产量控制在41亿t左右,全国煤炭消费量控制在42 亿t左右,采煤机械化程度达
10、到9 0%以上,掘进机械化程度达到7 5%以上,因此“十四五”期间,我国“对煤炭的注意力不会分散”。采掘并举、掘进先行,由于目前矿井采煤智能化机械化程度高,产能逐步释放,而掘进装备更新较慢,造成掘进速度慢、生产接续紧张、采掘比例失调等现实难题,难以适应智能化开采的需要,因此寻求快速安全高效的掘进方法迫在眉睫。2 0 2 1年6 月,国家能源局和国家矿山安全监察局印发了煤矿智能化建设指南(2 0 2 1年版),鼓励应用先进技术与装备,使掘进工作面生产系统具有智能感知、自主决策和自动控制的功能,实现掘进装备自主定位、少人或无人化、系统高效协同运行。目前一些发达国家基本实现了断面自动成形、定向掘进、
11、故障诊断与远程监控等功能,很大程度提高了掘进工作效率,降低工人劳动强度11。而我国综掘工作面的施工目前以人工操作为主,检测与控制精度低,成巷质量得不到保障,人工辅助工作量依然很大,巷道掘进速度与回采速度不匹配造成采掘失调问题较为严重2。为了打破掘进常规的割煤、支护、运煤及后配套工作的全过程人工干预的生产工艺,根据保德煤矿现有的掘进模式,对掘锚机、梭车、连运车及胶带机机尾进行智能升级改造,最终实现智能装备、技术在掘进工作面的应用。1煤矿智能化发展现状煤矿采掘机械装备经历了几十年的使用和发展,装机功率越来越大,截割性能与整机可靠性不断提升,但我国综掘工作面的自动化智能化施工技术与国外先进水平依然有
12、较大差距,尚不能真正实现无人化的综掘工作,综采综掘工作面在机械化基础之上尚需要进一步本质性的技术突破。1.1国外研究现状德国VMT的TUnIS导航使用多维激光与二维倾角传感器为传统隧道掘进提供高精确的测量精度和顶级性能的导航系统,并设计了掘进机单目相机目标识别系统用以确定机器三维姿态3;奥地利Geodata公司开发了Tauros RH系统直接集成在掘进机控制系统中,实现了截割头位置的准确定位,并利用双轴倾角仪确定机体倾斜状态,实现掘进机自动断面截割L4I;澳大利亚PEMPEK公司提出了由项板激光模块(LOYP)、机器控制系统(ObelixPLUS)、便携式控制室套件、遥测系统(ROYCE)组成
13、的煤矿井下掘进机激光制导和远程控制系统5。可见,国中国矿业外相关企业与研究机构在煤矿采掘装备定位导航系统应用和位姿精确控制等智能化方面的研究均处于领先地位。1.2国内研究现状在国内,经过近10 年的自主创新,我国在煤矿井下采掘装备远程遥控关键技术、多机协同控制技术和状态监测及故障诊断技术等方面进行了重点攻关,基本实现采掘装备机械化向自动化的发展。国家8 6 3重点项目“煤矿采掘装备遥控关键技术”对掘进机截割机构自动定位和遥控操作进行攻关,实现了煤矿井下掘进断面的计算机控制6。陆博等7 对井下车辆定位进行了研究,提出并研制了一种基于超宽带技术的井下车辆定位系统,求解出车辆设备较精确的实时坐标位置
14、。索智文8 1分析了综采工作面自动化发展现状,对采煤机记忆割煤、支架跟机自动化、煤岩识别等技术的应用情况及存在问题进行了分析,并提出了综采工作面智能化开采方案。以上的煤矿智能化研究,取得相关方向的研究成果,但是结合保德煤矿高瓦斯矿井、破碎顶板支护的生产掘进模式均不能达到拿来即用,用之即成的效果。因此务必结合自身的地质概况、生产模式和掘进工艺来打造一套符合自身生产需求的智能化掘进工作面。2智能化掘进工作面研究体系2.1研究目标根据项目研究总体目标结合掘进工作面现有设备,建成一套具备统一、标准的协议;高的导航精度;掘锚一体机记忆割煤和自适应割煤;钻孔、送药、锚固等工序的自动化运行;梭车自动行走、自
15、动转弯、自动受料、自动卸料;作业人工劳动强度低;运输能力强的智能化掘锚工作面。研究掘、支、锚、运一体化数字李生技术与多工序协同控制技术,实现工作面数据在线监测和设备远程集中控制、多机协同控制,实现“智能掘进、少人操作”。2.2研究内容1)掘锚一体机和梭车国产化标准电控系统及其线控技术的研究。研究可靠标准的国产化电控系统,不仅具有统一标准的协议,而且为各种自动化控制功能提供控制接口。研究梭车线控技术,实现梭车电液联动控制,自动驱动梭车各个执行机构的动作。2)掘进工作面封闭空间组合导航技术的研究。掘锚一体机采用多传感器融合的导航定位技术,包括惯性导航单元、全自动全站仪、测距雷达传感器等,用于实现装
16、备姿态、航向及位置信息的获取。3)截割动载荷识别与自适应截割技术的研究。第32 卷增刊1研究截割动载荷识别技术和自适应截割技术,并根据截割负载、煤层硬度及瓦斯浓度等感知数据,自动调整截割掏槽和升降速度,实现自主掏槽、自动截割及自主调整。4)自动锚护技术的研究。研究自动锚杆支护技术,实现钻孔、送药、锚固和上网等工序的自动化运行,实现巷道顶板指定锚杆支护工序的自动化,降低人员劳动强度。5)智能插架连续运输系统研究。研究长距离机尾自动移设技术,实现机尾自动牵引和自动调偏的精准拉移;研究智能插架系统,实现机尾延伸皮带架智能辅助机械安装,单人辅助完成皮带架安装,减少作业人工劳动强度。6)掘、支、锚、运多
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