安全高效智能化煤炭开采技术现状与展望
贾艳杰1 朱尚军2
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贾艳杰1 朱尚军2,. 安全高效智能化煤炭开采技术现状与展望[J]. 煤炭技术研究,2021.5. DOI:10.12721/ccn.2021.157043.
摘要:
我国当下的煤炭开采,大部分都是由井工开采固体形态的原煤产品,作为主要开采方式。当下世界各地的主要采煤国家,针对煤层气在开采方面的研究和实验力度都在不断加大,煤层开采进而成为煤炭采掘业当中的重要组成部分,而其安全、高效、智能化,也成为了当下的重点研究课题,本文主要针对其在开采技术的现状方面以及未来展开分析,以供参考。
关键词: 智能化煤炭开采技术
DOI:10.12721/ccn.2021.157043
基金资助:

前言:我国属于以煤炭能源为主的一次性能源国家,针对煤炭在开采量以及使用量方面处于世界第1位,进而在生态环境方面所造成的破坏也极为严重。因此,针对其在安全、智能、高效开采方面展开分析,对于未来环境发展等各方面都很有意义。

1  安全、高效、智能化的煤炭开采技术当下的现状

1.1 采煤机智能调高的控制技术

采煤机质量调高的控制技术指的是,采煤机可以按照煤层具体厚度、倾角的变化,对摇臂高度进行自动调整,进而让煤层在截割时的精准度得到有效保证。当下,采煤机主要是使用记忆截割的方式,对摇臂高度进行有效调节,通过实时记录采煤机在工作面位置方面的具体信息,以及该位置的摇臂在高度上的具体信息,对截割曲线进行有效绘制以及记录,后续开采过程当中按照这一曲线自动进行截割,这种方式并不能对每种变化进行实时化的响应,适用的情况是煤层相对比较稳定的情况。

从控制逻辑的角度来看,只有对煤层以及岩层在分界面方面实行有效的感知,才能够对割煤在高度方面实现精准、有效的控制。但是,当下把煤层、岩层在严格区分方面的相关技术,一直没有获得有效的突破。从上个世纪80年代开始,国内外针对雷达探测、振动检测、热敏测量、激光粉尘探测、电子自旋共振、红外线探测等,这些方法都进行了先后的尝试。但是,由于煤层的形状相对无法确定、探测的精准度相对比较差、探测的范围相对也比较小、探测厚度又有限制、信号衰减速度相对比较快等这些原因,进而导致识别时的精准度、精准性,都没有达到有效的控制要求,导致实际效果并不是很理想。

因此,单一的以煤、岩界面进行识别的采煤机摇臂,在调高方面实现智能化技术并不是最佳的有效途径。应该以煤层地质信息的精准预测、数字模型的推演、工作面的三维精准测量、截割参数的动态化分析等这些作为基础,对于综合智能调高的控制决策进行有效制定,进而针对采高在精准度方面,实行智能化的控制。

2.2 液压支架群组以及围岩的智能耦合的自适应控制

液压支架是在煤炭进行机械化开采过程当中的一项关键性设备,围岩作用状态的具体好坏,与工作面在生产方面的成败能够起到直接影响。虽然当下针对支架在动作上进行了调整,也基本上实现了自动化。但是,最主要的目标是让工作面装备,能够实现高效协同化的具体推进,针对支架自身在支护状态调节方面,还是需要人工才能完成,这样做效率相对比较低、动作准确性和一致性相对都比较差,也无法达到理想化的效果。因此,提出了液压支架控制群组、围岩的智能耦合的自适应控制办法。

支护系统、围岩的智能耦合指的是,液压支架除了当下被动支撑的功能之外,还具备自动改变当下支护状态、自动对参数进行调整、自主进行感知、自主进行分析处理等这些主动支护的功能,基本上让支护状态可以实现最优化。

如果想要上述这些目标得到有效的实现,需要在以下几个方面对技术展开有效创新:

2.2.1 支架状态的全方位、高精度的自主化感知

除了当下比较常用的部件倾角检测功能、立柱压力的感知等功能之外,还应该具备支架各个部件的关键位置,受力的具体大小、端面顶板完整性的检测、工作面仰/俯角的自动化检测、超前压力的预报、支架后方的顶板破断状态的检测等,这些工作面的环境、围岩状况的具体感知功能,只有这样做才可以对支架在支护状态上实行合理、全面的控制。

2.2.2 支架的适应性控制技术

以液压支架、围岩耦合关系,在开采当中的工艺要求作为基础,对支架、围岩耦合在适应性评价中的指标体系、评价准则、指标权重实施有效确定。针对感知系统所实施监测的数据进行有效分析,进而得出评价的具体结果,当做自主调控的最终检测依据。在工作面多个应力场的耦合围岩稳定性控制方法,在具体应用之后,稳定性智能支护当中的单元所产生的支护应力场、工作面围岩在运移之下,所形成的不稳定性的采动应力场进行相互叠加,在工作面的顶板、煤壁当中,能够达到和采动应力相对平衡的效果。支撑应力场是由顶板下沉、煤壁水平移位,这两种因素在控制当中的方法进行有效确定,护帮应力场是按照煤壁破坏--滑移的片帮策略进行有效确定。建立起智能支护单元中具体姿态、压力等这些参数的变化,以及顶板来压的映射库。智能支护单元使用智能控制的终端,能够对内部液压支架,在压力、姿态、围岩当中应力监测装置的信号进行有效感知。综合分析处理之后,按照围岩稳定性的具体情况,智能中心会向液压支架电液的控制系统,发出相应预警、控制等指令[1]

2  安全、高效、智能化的煤炭开采技术未来的展望

当下我国需要考虑的安全、高效的开采技术,在发展当中的方向,依然还是对使用矿山压力的控制理论进行有效深化,然后在工作面上对采掘机械化、自动化进行有效推进,让煤矿在安全高效的生产、环境灾害信息化以及智能化的控制方面得到有效的实现。首先,需要以正确的理论作为中心指导思想,按照不同煤层在开采当中的不同条件对参数进行收集,然后再进行科学化的定量设计,把采掘工作面当中的生产第一目标,制定到控制煤矿生产事故、环境灾害的具体控制当中,按照正确思想、现代化的高新技术,让发展当中的智能化得到有效保证。当下结合回采工作面在顶板方面的控制,研究出了综合智能支架、智能挖底的充填综掘机,让大型矸石在回填时的有效控制得到了实现。当下很多的矸石除了充填之外,通常都是在露天进行放置,对土地造成了大量的占用,煤矸石当中有一些硫元素是有害的,需要进一步对其采取相关措施,对有害物质硫进行有效消除,使用生物技术等,对煤矸石山当中的生态进行有效重建,进而对生态环境进行有效改变[2]

结束语:综上所述,在具体开展过程当中,尽最大可能让长途遥控、可视化、智能化得到有效实现。由此在发生事故的时候,才可以进行智能化的决策以及处理,这对于煤矿在开采方面的安全,能够起到极其重要的意义。

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