智能化综采工作面装备选型及关键技术的研究应用

摘要：科学技术的发展，我国的智能化技术有了很大进展，并在煤矿综采工作面中得到了广泛的应用。在煤矿综采工作面中大量采用智能化的资源采掘体系，可以达到煤炭资源无任何开采的状态，推动智能化综采技术的整体发展。因此，研究煤矿综采工作面的智能化控制方法，对于实现国家经济长远、可持续发展，具有十分重大的现实意义。文章就智能化综采工作面装备选型及关键技术进行研研究，为其他矿井开展智能化工作提供借鉴和参考。

关键词：智能化；设备选型；地质建模；综合管控平台

引言

煤矿综采工作面智能化开采作为煤炭工业的重要领域，具有一定的研究背景和重要性。煤矿综采工作面传统的开采方式存在效率低、安全隐患多、资源浪费严重等问题，迫切需要智能化技术的引入和应用。智能化开采不仅可以提高开采效率，减少人工劳动，还可以有效降低煤矿工人的风险，改善工作环境，实现煤矿的可持续发展。面对全球能源需求的不断增加，智能化开采也对增强煤炭行业的竞争力和可持续性具有重要意义。

1综采工作面生产

煤矿作业的核心地带，就是综合采煤工作面。该工作面涉及多个环节的作业，既包括对煤矿资源的开采，也涉及支架的正确安装以及物资的连续输送。首先，采煤机在煤层中进行切割，完成煤矿的采集。随后，支架设备对已开采完毕的区域进行支撑，确保工作面的稳定性和安全性。最后，通过运输系统，将采煤机采集的煤矿运送至地面或其他加工设备，以便进行后续处理。

2综采工作面的地质特点

综采工作面的地质特点对于煤矿开采至关重要，因为它直接影响采煤过程的安全性和效率。综采工作面通常位于地下，其地质特点包括复杂的地层结构、不均匀的煤层分布和地下水的存在。地层结构可能包括各种类型的岩石、泥岩、页岩和砾石，它们交错在一起，形成复杂的地质构造。这种多样性导致煤矿地质条件不断变化，需要采煤机和支架等设备具备适应不同地质条件的能力。煤炭通常不均匀地分布于地下，形成了煤层和煤柱的交替排列。这意味着在综采工作面附近，煤层和非煤岩石（煤柱）相互交错存在，而煤层的厚度、质量和连续性都会发生变化。这种不均匀性要求煤矿工人在面对不断变化的地质条件时，具备高度的地质认识和操作技能，以根据具体情况采取不同的采煤策略。另外，采煤机和支架等设备必须适应不同煤层和非煤岩石之间的转变，以防止设备卡住或受损。此外，不均匀的煤层分布还增加了地质灾害风险，特别是顶板垮落风险，因为不稳定的煤柱可能导致地表塌陷。地下水的存在也是综采工作面地质特点的一部分。地下水可能渗入煤层和岩石中，提升了地质条件的复杂性。地下水渗透可能引发地质灾害，如顶板垮落和断裂，这会对煤矿工人的安全构成威胁。同时，地下水的存在可能加速煤炭的氧化，导致煤层中瓦斯释放，增加了瓦斯爆炸的风险。此外，地下水水的渗透还可能导致工作面积水，影响采煤机的正常运行，甚至导致设备损坏。

3智能化工作面关键技术

3.1三维透明地质建模技术

煤炭开采是人、设备及工作面煤岩三者之间交互的一种过程，由于矿井生产地质条件的复杂性，煤岩的赋存特征多变，因此，智能综采工作面必须具备精准识别井下环境的能力，为智能控制和智能决策提供合理的基础信息。在煤矿智能化建设过程中，运用了很多新型技术，特别是引入了激光雷达和惯性导航技术，融合高清视频系统，实现了基于统一坐标驱动的透明三维地质模型，构建了更为高效、智能的感知平台。该技术通过结合GIS和BIM的优势，实现了地质信息的高度精细化呈现。使用激光雷达、高精度GPS、传感器等技术对矿井综采工作面进行三维扫描和定位，获取大量的点云数据。这些数据经过处理和融合，采用三维建模技术可构建出矿井的高精度三维地质模型。同时，彩色相机与激光雷达相结合，用于扫描煤壁，实现煤岩分界的智能识别。与传统的地质图静态展示不同，该技术的地质模型具备实时更新和动态修正的功能。在矿井作业过程中，地质条件可能发生变化，通过不断更新地质模型，保证其与实际情况保持一致。同时输出采煤截割线、直线度基线、仰俯采基线等数据。这些数据通过智能导航系统，指导装备在矿井中按照最优路径和姿态进行操作，大幅提高了设备的开采效率和准确性。

3.2分析无人值守运输技术

就智能化自动采煤系统而言，会经过对集控中心的应用来对所经过的机械设备进行控制，这样就能够监测与控制设备的开启与停止。而且要将自移机尾与转载机工作同时进行，还要和液压张紧装置相配合，且液压张紧装置属于带式输送机，转载机在向煤割一刀时，就会前移800mm，在割3刀之后，就会前移2.4m，还会自动收带。将永磁直驱系统使用到带式输送机中，该系统能够按照割煤量的状况来对输送机进行调整，使能耗降低，经过对集控中心的使用来使无人值守、在线监测与协同控制的实现。

3.3废弃物处理与资源综合利用技术

废弃物处理与资源综合利用技术在绿色开采中占据了举足轻重的地位。传统的采矿活动往往会产生大量的废弃物，如尾矿、废石等，这些废弃物如果处理不当，不仅会占用大量土地，还可能对环境造成污染。因此，如何有效地处理这些废弃物并实现资源化利用，成为绿色开采中的一项重要课题。尾矿回收和尾矿综合利用是两种重要的技术手段。尾矿回收主要是通过物理、化学或生物方法，从尾矿中提取有价值的金属或非金属元素，实现资源的二次利用。而尾矿综合利用这一技术手段的应用则更为广泛，除了用于提取有价值的元素外，还可以将尾矿用于制造建筑材料，如砖块、水泥等。更令人欣喜的是，经过特殊处理，尾矿还可以转化为土壤改良剂，用于改善贫瘠土壤的肥力，提高农作物产量。

3.4大倾角割煤程序关键技术

原有的人工操作下行割煤共有8个工艺段，分别为：上出口斜切进刀；割斜切进刀底煤以及上循环工艺顶煤；收浮煤同时支架推移拉架；割三角煤；割三角煤底煤；收浮煤；割通工作面，支架延迟后滚筒推拉移架；上行空刀收浮煤。针对急倾斜智能化割煤，将原有的下行割煤8个工艺段优化减少至4个工艺段，即：割通工作面，同时支架延迟采煤机下滚筒两架拉架、上出口形成蛇形进刀段；上行空刀收浮煤；上行斜切进刀割底煤；下行割媒，两滚筒割顶煤至斜切进刀段。有效地减少了割煤、推溜、拉架次数以及电液控控制程序，进而提高急倾斜工作面采煤效率。通过急倾斜开采工艺的研究应用以及机械化、自动化、智能化技术应用，实现了复杂急倾斜煤层智能化工作面自动实现调架（排架）、自主决策采煤、设备集中及远程控制、智能预警等，使复杂煤层急倾斜智能化开采自动跟机率达90％以上。

结语

随着全球能源需求的持续增长和科技进步的日新月异，煤炭作为传统能源的重要组成部分，其开采效率与安全性的提升成为煤炭行业发展的重要议题。近年来，煤矿综采工作面智能化技术与设备的发展取得了显着成就，不仅提高了煤炭开采效率，还大幅降低了安全事故的发生概率。随着更多新技术与设备在煤矿综合智能化作业中的推广与运用，可以利用现代技术手段建立起一个完备的综合智能化作业体系，从而提高煤矿智能化的作业效率。在煤矿资源开发进程中，要将智能化系统进行适当的应用，提升其智能化操作的程度，从而完全缓解煤矿生产中的人力短缺问题，建立起完备的自动化网络和控制体系，提高煤矿综合智能化的生产效率，促进煤矿综采向无人化、智能化的方向发展。

参考文献

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