王國法 劉俊峰

（天地科技股份有限公司，煤炭科學研究總院，100013）

0 引言

根據(jù)大型煤炭基地建設(shè)目標，我國將建成河南、魯西、神東、晉中、陜北、晉北、晉東、云貴、蒙東、兩淮、冀中、黃隴、寧東、新疆等14個大型煤炭基地，并在大型煤炭基地建設(shè)的基礎(chǔ)上培育大型煤炭企業(yè)。同煤集團采用大型煤炭基地跨地區(qū)、特大型礦井、安全高效集群開發(fā)模式，在大同、朔南、軒崗、內(nèi)蒙古等礦區(qū)規(guī)劃建設(shè)了塔山、同忻、潘家窯、金莊、東周窯、鐵峰、麻家梁、梵王寺、北辛窯、白家溝、色連一號等11個大型千萬噸礦井[1～3]。

國家十三五規(guī)劃提出“加快推進煤炭無人開采技術(shù)研發(fā)和應(yīng)用”，國家安全監(jiān)管總局開展了“機械化換人、自動化減人”科技強安專項行動，國內(nèi)現(xiàn)代化礦井實現(xiàn)綜采工作面的智能化，綜采工作面無人化生產(chǎn)是自動化時代的標志[4]。神華神東公司2008年在榆家梁煤礦建成第一個自動化綜采工作面；陜煤黃陵公司2014年建成了地面遠程操控采煤系統(tǒng)，實現(xiàn)“工作面內(nèi)1人巡視，監(jiān)控中心2人遠程干預(yù)”的常態(tài)化自動生產(chǎn)[4、5]。

相對中厚煤層綜采工作面智能化，放頂煤開采工作面頂煤賦存信息、實時垮落信息獲取困難導致放煤主要依靠人為操作；放煤工藝需要協(xié)同考慮采煤機速度、轉(zhuǎn)載機運量等，同時盡可能實現(xiàn)精準放煤，以提高工作面整體工效；工作面控制系統(tǒng)需要接入礦井災(zāi)害預(yù)警系統(tǒng)、環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、煤質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)，并形成聯(lián)動。

1 大同千萬噸礦井群特厚煤層綜放開采綜述

基于同煤集團千萬噸礦井群安全高效可持續(xù)開發(fā)關(guān)鍵技術(shù)研究，提出了以煤炭開采為核心、以安全生產(chǎn)為前提、以環(huán)境保護為制約、以協(xié)調(diào)管理為手段的資源－人－環(huán)境－效益協(xié)調(diào)可持續(xù)開發(fā)，實現(xiàn)同煤集團千萬噸礦井群技術(shù)效益、環(huán)境效益、經(jīng)濟效益、社會效益最大化。

1.1 塔山礦特厚煤層大采高綜放成套技術(shù)裝備研發(fā)及應(yīng)用

從“十一五”開始，針對同煤礦區(qū)14～20 m特厚煤層就進行了大采高綜放成套技術(shù)與裝備的研發(fā)。

支架圍巖耦合關(guān)系是綜采技術(shù)的核心。首先，從液壓支架圍巖強度耦合理論出發(fā)，對于14～20 m特厚煤層綜放開采，割煤高度由3.5 m增加到4.5～5 m，一次采厚最大達到20 m。為確保煤炭安全、高效、高回收率開采，必須解決14～20 m特厚煤層大采高綜放開采支架圍巖關(guān)系與安全保障技術(shù)難題。在現(xiàn)場觀測和模擬實驗基礎(chǔ)上，建立了特厚煤層組合懸臂梁模型（見圖1），解釋了特厚煤層工作面來壓強度大、持續(xù)時間長的現(xiàn)象，得出了考慮基本頂巖層壓力、頂煤壓力以及傳遞基本頂載荷的塔山煤礦綜放液壓支架支護強度計算公式[6～8]。

圖1 大采高綜放支架-圍巖關(guān)系組合懸臂梁模型

Gz=(LZ1?HZ1+LZ2?HZ2+LZ3?HZ3)γ?g?L 式 中 ：LZ1、HZ1 、LZ2、HZ2、LZ3、HZ3分別為直接頂各巖層的長度和厚度。

L為計算長度。

Lm為基本頂Z1斷裂線到支架后部切頂線距離；

k：頂煤的傳遞系數(shù)。k≤1；與煤層硬度、頂煤厚度、夾矸條件、破碎程度等均有關(guān)系，此處取為0.5。

得出工作面所需的支護強度為：

支架工作阻力在工作面三機配套完成后，根據(jù)工作面控頂面積進行計算。

其次，從支架圍巖剛度和穩(wěn)定性耦合理論出發(fā)，解決塔山8105工作面大采高綜放工作面直接面對頂煤，加大采高會帶來嚴重的前端冒落和煤壁片幫（見圖2）；一次放頂煤15 m，加劇了對液壓支架的沖擊，以及可能出現(xiàn)的頂板懸空造成支架受力不平衡而發(fā)生的失穩(wěn)傾倒，都給大采高綜放工作面支護帶來了極大的風險和難度。

創(chuàng)新研制世界首臺套工作阻力15 000 kN/最大高度5.2m的大采高放頂煤液壓支架（見圖3），發(fā)明了雙前連桿、雙后連桿穩(wěn)定機構(gòu)、強擾動式尾梁－插板放煤機構(gòu)的大采高放頂煤液壓支架新架型結(jié)構(gòu)。

圖3 ZF15000/28/52放頂煤液壓支架

第三，綜放開采擁有割煤和放煤兩套系統(tǒng)，工作面設(shè)備密集，千萬噸生產(chǎn)能力要求裝備功率增加、尺寸更大，如何使這些裝備與液壓支架配套實現(xiàn)穩(wěn)定可靠運行，采放均衡生產(chǎn)同時又符合安全生產(chǎn)要求是成套裝備配套研究要解決的首要難題。完成了千萬噸綜放工作面設(shè)備總體配套（表1）。

表1 千萬噸綜放工作面設(shè)備列表

技術(shù)與裝備達到1 000萬t能力，總體性能穩(wěn)定，工作可靠；工作面設(shè)備平均開機率92.1%；2011年全年8105工作面出煤量1 084.9萬t，具備了實現(xiàn)工作面年產(chǎn)1 000萬t的能力。平均日產(chǎn)3.03萬t，最高日產(chǎn)達到約5萬t；最高月產(chǎn)130萬t。

1.2 礦井群綜放技術(shù)與裝備的協(xié)同創(chuàng)新和應(yīng)用

大同煤礦集團有限責任公司為主的晉北基地是我國特大型動力煤基地，同煤集團2016年煤炭產(chǎn)量超過1.2億噸，位居山西省第一名。大型煤炭基地建設(shè)的一個重要特色在于摒棄以往單一地區(qū)的開發(fā)模式，而實現(xiàn)跨區(qū)域、多礦區(qū)、特大型礦井、高產(chǎn)量的開發(fā)新模式，同時在煤炭開發(fā)的同時強調(diào)資源、安全、環(huán)境、經(jīng)濟與社會效益和諧開發(fā)[9、10]。

首先，建立了千萬噸礦井群協(xié)調(diào)開采評價模型，其目標是基于客觀的礦井資源條件、管理水平、開采技術(shù)條件等，通過科學分析與評價，尋找系統(tǒng)存在的問題，并提出整改措施，從而使礦區(qū)實現(xiàn)資源、環(huán)境、計劃、經(jīng)濟、健康協(xié)調(diào)發(fā)展。

其次，提出煤炭資源條件分類協(xié)調(diào)開采技術(shù)，即基于千萬噸礦井集群開發(fā)的優(yōu)勢，將千萬噸礦井群按煤層賦存條件、開采技術(shù)條件與綜合管理條件進行分類開采，確定最優(yōu)開采技術(shù)參數(shù)與開采方法，最大限度的采出煤炭資源，降低勞動強度，提高礦井效益。重點解決如下三個方面的問題：（1）特厚煤層頂煤冒放性分析。在傳統(tǒng)頂煤冒放性分類的基礎(chǔ)上，重點關(guān)注了放煤工藝、頂煤來壓特征的影響。（2）工作面合理機采高度的確定（見圖4）。從不同機采高度的頂煤回收率、煤壁片幫程度、工作阻力確定、回采工藝配合等方面進行個綜合分析研究。（3）提高回采率技術(shù)措施。通過研究頂煤冒放規(guī)律，分析頂煤塊度（見圖5）、放煤工藝、設(shè)備參數(shù)等對頂煤翻出率的影響，從設(shè)備、工藝、管理等方面提出了保證頂煤回收率的技術(shù)措施。

圖4 煤壁水平位移量對比曲線

圖5 不同塊度頂煤首末放出以及首放矸石速度時間

第三，提出了千萬噸礦井群工作面裝備系列型譜。采煤裝備體系建設(shè)的重要任務(wù)之一是研究建立采煤設(shè)備型譜。設(shè)備型譜：是設(shè)備采購規(guī)劃的核心內(nèi)容，是用最少數(shù)目的不同規(guī)格設(shè)備構(gòu)成的、列出企業(yè)已有的和將來要采購的全部設(shè)備并能滿足可預(yù)見到全部使用要求的設(shè)備系列。它是設(shè)備通用性和系列化兩種標準形式的結(jié)合與發(fā)展。就一種設(shè)備而言，其通用性是有限的，只能滿足一定范圍、一定條件下的使用要求。為了擴大某一類設(shè)備的適用范圍，就必須增加該類設(shè)備的規(guī)格品種構(gòu)成設(shè)備系列。但是設(shè)備的規(guī)格品種又不可能無限制的擴展，就需要經(jīng)過分析、比較和篩選，使其達到的規(guī)格品種最簡最優(yōu)。以液壓支架為例給出了千萬噸礦井群支架型譜（見表2）

最后，提出以煤炭開采為核心、以安全生產(chǎn)為前提、以環(huán)境保護為制約、以協(xié)調(diào)管理為手段、滿足資源--人--環(huán)境--效益協(xié)調(diào)可持續(xù)開發(fā)、通過調(diào)整產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、大力推廣應(yīng)用循環(huán)經(jīng)濟的礦井群建設(shè)方案，有效解決了礦區(qū)優(yōu)質(zhì)資源開發(fā)可持續(xù)性差、礦井安全高效開采形勢嚴峻、礦區(qū)資源開發(fā)與生態(tài)環(huán)境保護不同步、煤炭技術(shù)經(jīng)濟效益差等突出的問題。

2 智能化綜放技術(shù)創(chuàng)新

2.1 智能化綜采放頂煤技術(shù)特征

依據(jù)綜采工作面成套裝備控制系統(tǒng)在感知、決策和執(zhí)行三要素方面的水平，智能化綜采放頂煤工作面，是指綜采放頂煤工作面采用了具有充分全面的感知、自學習和決策、自動執(zhí)行功能的液壓支架、采煤機、刮板輸送機等機電一體化成套裝備和遠程智能化綜合控制系統(tǒng)，實現(xiàn)了工作面的智能遠程監(jiān)控、安全高效開采。智能化綜采放頂煤工作面主要技術(shù)特征是:①液壓支架智能控制，液壓支架以電液控制系統(tǒng)為基礎(chǔ)，同時，具有支架與圍巖耦合監(jiān)測控制、超前壓力預(yù)報、初撐和移架狀態(tài)自決策控制、姿態(tài)監(jiān)測與智能決策控制、煤幫智能決策控制、記憶時序控制放煤、智能噴霧降塵控制等功能；②采煤機智能控制，采煤機具有位置監(jiān)測精確定位、自學習智能軌跡規(guī)劃、基于智能決策或煤巖識別的滾筒自動調(diào)高、自動記憶割煤、防碰撞安全避險、故障自診斷等功能，并具有基于產(chǎn)量需求、輸送機設(shè)備負荷、工作面環(huán)境等信息的智能決策調(diào)速、采高自動控制、遠程可視化控制等功能；③工作面運輸設(shè)備具有電氣軟啟動、負載及運行狀態(tài)監(jiān)測、系統(tǒng)運行參數(shù)在線監(jiān)測、機尾自動張緊、故障診斷及與工作面控制系統(tǒng)的通信和自動控制功能；④工作面智能控制系統(tǒng)能實現(xiàn)工作面設(shè)備間的信息通信、自學習和智能決策遠程控制與工作面人工干預(yù)協(xié)同控制等[5]。

表2 同煤集團千萬噸礦井群型譜設(shè)備放頂煤液壓支架基本參數(shù)列表

2.2 建立智能放煤決策系統(tǒng)

智能放煤決策系統(tǒng)是智能化綜采房頂煤實現(xiàn)的核心環(huán)節(jié)。首先，對現(xiàn)場人工放煤進行大量測試，匯集人員、機器、環(huán)境等多方面的信息數(shù)據(jù)，包括對放煤時間、放煤輪數(shù)、放煤口數(shù)量以及人工放煤軌跡的測試，還包括對刮板機運行特性與承載能力的測試，進行礦壓規(guī)律及頂煤運移規(guī)律分析研究，通過測試，掌握了現(xiàn)有綜放面采放工藝、放煤模式、放煤經(jīng)驗、設(shè)備運行特性等。

其次，在現(xiàn)場測試的基礎(chǔ)上，通過對各類信息的收集、篩選、分類、處理，建立了多源信息數(shù)據(jù)庫，并根據(jù)各類信息之間的時空關(guān)系、邏輯流程，搭建了智能放煤工藝執(zhí)行流程（見圖6）。

圖6 智能放煤流程搭建

最終，根據(jù)智能放煤工藝執(zhí)行流程，設(shè)計了分段多窗口時序控制放煤程序。基于三維地理信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，實時獲取放煤口位置對應(yīng)的煤層地理信息，結(jié)合實時礦壓數(shù)據(jù)、采煤機位置信息、合理確定不同放煤口的開啟順順序和開啟時間（見圖7）。

圖7 智能放煤決策模型

智能放煤決策模型解決何時何地放多少煤的問題，相當于放煤系統(tǒng)的指揮中樞。

2.3 建立基于多傳感器融合的智能放煤控制系統(tǒng)

同煤集團根據(jù)自身煤層地質(zhì)條件，千萬噸礦井群建設(shè)均采用四柱支撐掩護式放頂煤液壓支架，其很好的適應(yīng)了同煤礦區(qū)特厚煤層開采壓力大、頂煤放出量大的特點。在放煤過程中，出現(xiàn)頂煤架前冒落、煤壁片幫等，需要采取措施控制支架姿態(tài)，調(diào)整放煤時間和頻率。

首先開發(fā)了四柱放頂煤液壓支架姿態(tài)控制技術(shù)，基于支架-頂煤作用關(guān)系，根據(jù)其穩(wěn)定性要求和安全防護要求，通過開發(fā)高可靠性、微功耗、無線角度傳感器、壓力傳感器監(jiān)測支架頂-掩-尾角度、高度，結(jié)合壓力監(jiān)測，得出各主要結(jié)構(gòu)件間的扭曲度，實時掌握工作面每架液壓支架的整體傾斜和仰俯角度，通過對整個工作面支架姿態(tài)的檢測，可以根據(jù)數(shù)據(jù)的累計統(tǒng)計和實時檢測得出當前姿態(tài)的變化情況，通過調(diào)整液壓支架立柱和平衡千斤頂對液壓支架的姿態(tài)進行調(diào)整，實現(xiàn)頂梁和頂板大面積的支護、防止結(jié)構(gòu)件損壞、預(yù)防倒架、咬架，通過自動調(diào)整使液壓支架始終處于良好姿態(tài)，實現(xiàn)了支架姿態(tài)和圍巖的最佳耦合關(guān)系[11～13]。

尤其在放煤前后及放煤過程中，支架圍巖相互作用力變化劇烈，分析判別四柱支架受力狀態(tài)、放煤狀態(tài)、角度狀態(tài)，從而通過電液控系統(tǒng)進行調(diào)整反饋，使支架在整體放煤過程中處于正常工況（見圖8）。

圖8 四柱放頂煤支架姿態(tài)控制系統(tǒng)

通過行程傳感器、角度傳感器控制液壓支架尾梁、插板千斤頂?shù)墓ぷ鳡顟B(tài)，精準控制放煤口開啟的大小和數(shù)量，實現(xiàn)放煤量的智能調(diào)節(jié)與控制，保證回收率和減低含矸率（見圖9）。

圖9 放煤機構(gòu)精準控制

放煤控制系統(tǒng)，解決如何準確執(zhí)行放煤指令的問題，相當于放煤系統(tǒng)的執(zhí)行機構(gòu)。2.4采放運一體化協(xié)同控制技術(shù)

首先，就整個綜放系統(tǒng)來講，開發(fā)了三級協(xié)同控制技術(shù)，從一級的采煤機控制系統(tǒng)、供電系統(tǒng)、電液控系統(tǒng)、運輸機控制系統(tǒng)、泵站控制系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)到二級的順槽監(jiān)測、集控系統(tǒng)，再到三級的調(diào)度室調(diào)度指揮中心，從而實現(xiàn)對綜放工作面設(shè)備的協(xié)調(diào)管理與集中控制。

其次，就采煤與放煤來說，依據(jù)運輸系統(tǒng)的負荷感知信息，在監(jiān)控中心開發(fā)了煤流負荷均衡控制系統(tǒng)，根據(jù)運輸設(shè)備的運輸能力，實時調(diào)整割煤速度、放煤口數(shù)量、放煤口大小、放煤時間等參數(shù)，實現(xiàn)采煤、放煤、運能的自適應(yīng)協(xié)同。（見圖10）

圖10 采放運煤流控制系統(tǒng)

基于千兆工業(yè)以太環(huán)網(wǎng)，采用先進統(tǒng)一的自動化控制網(wǎng)絡(luò)平臺、智能網(wǎng)管型環(huán)網(wǎng)交換機，利用環(huán)網(wǎng)冗余技術(shù),保證在0.3秒快速恢復(fù)環(huán)網(wǎng)系統(tǒng),提高了礦井自動化系統(tǒng)的可靠性。實現(xiàn)綜放工作面遠程控制，達到井上下實時監(jiān)控，實現(xiàn)了井上一鍵啟停。

2.5 、安全監(jiān)控及信息化建設(shè)

同忻礦建成了以千兆交換機為骨干的井下和地面兩個千兆環(huán)網(wǎng)，并將井上下監(jiān)測監(jiān)控子系統(tǒng)全部集成，基于“同網(wǎng)、同纜、同芯”傳輸技術(shù)，實現(xiàn)了數(shù)據(jù)、音頻、視頻的“三網(wǎng)合一”。

其主要組成部分包括：（1）基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)平臺，通過寬帶光纖環(huán)網(wǎng)和現(xiàn)場總線以及商用數(shù)據(jù)庫、多媒體數(shù)據(jù)庫和實時數(shù)據(jù)庫實現(xiàn)信息的采集、傳輸、儲存、分析、決策、控制、發(fā)布和查詢；（2）礦山數(shù)據(jù)倉庫，實現(xiàn)從散亂數(shù)據(jù)到規(guī)范化的數(shù)據(jù)集成，建立規(guī)范的數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)，消除礦山“信息孤島”和數(shù)據(jù)冗余，實現(xiàn)面向各種引用的快速檢索和轉(zhuǎn)送，實時數(shù)據(jù)庫必須實現(xiàn)各種事件的主動觸發(fā)并保證時效性；（3）礦山工業(yè)自動化系統(tǒng)，包括井下皮帶監(jiān)控系統(tǒng)、礦山供電監(jiān)控系統(tǒng)、礦井排水監(jiān)控系統(tǒng)、主扇風機房監(jiān)測系統(tǒng)、壓風機房監(jiān)測系統(tǒng)等，通過系統(tǒng)集成平臺可以有效協(xié)同數(shù)據(jù)倉庫、監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)、安全管理系統(tǒng)、生產(chǎn)系統(tǒng)和調(diào)度系統(tǒng)，實現(xiàn)自動控制和遠程控制，達到真正的管控一體化；（4）安全生產(chǎn)監(jiān)測監(jiān)控系統(tǒng)，包括有線通訊、無線移動通訊系統(tǒng)、礦井人員定位和井下移動設(shè)備定位系統(tǒng)、視頻監(jiān)控系統(tǒng)、安全生產(chǎn)環(huán)境監(jiān)測系統(tǒng)、水文監(jiān)控系統(tǒng)、礦壓監(jiān)測系統(tǒng)、火災(zāi)監(jiān)控系統(tǒng)、降雨量監(jiān)測系統(tǒng)、地表巖移監(jiān)測系統(tǒng)，通過它們向數(shù)據(jù)倉庫、安全管理、調(diào)度系統(tǒng)等提供實時信息，供決策支持系統(tǒng)使用；（5）三維地理信息與可視化集成平臺，基于統(tǒng)一的三維空間和時間坐標，將礦山中的所有信息可視化后，配置完整的屬性信息，建立真三維礦山地理信息模型，再利用GPS-GIS-RS技術(shù)和各種勘察、測量、采集手段獲取動態(tài)信息對模型和屬性進行實時修正，形成完整的三維時態(tài)地理信息系統(tǒng)、井上井下所有對象的透明管理和虛擬現(xiàn)實系統(tǒng)仿真；（6）安全風險預(yù)控管理系統(tǒng)，借助先進的三維地理信息系統(tǒng)，實現(xiàn)地面地下所有對象的隱患風險透明管理，大幅度地提高抗災(zāi)能力和生產(chǎn)效率，在精細的風險管控體系下，以嚴格規(guī)范的管理、完善實用的方法、先進科學的技術(shù)真正實現(xiàn)人員無失誤、設(shè)備無故障、系統(tǒng)無缺陷、管理無漏洞的人、機、環(huán)境和管理高度融合的礦井風險預(yù)控管理目標；（7）生產(chǎn)技術(shù)管理系統(tǒng)，主要包括地測地理信息系統(tǒng)、采礦協(xié)同設(shè)計系統(tǒng)、智能化通防系統(tǒng)、輸配電地理信息系統(tǒng)、工業(yè)管網(wǎng)地理信息系統(tǒng)、機電設(shè)備管理系統(tǒng)等，完善生產(chǎn)技術(shù)管理系統(tǒng)有利于提高生產(chǎn)管理水平和生產(chǎn)效率；（8）調(diào)度指揮系統(tǒng)，實現(xiàn)安全監(jiān)測監(jiān)控、工業(yè)自動化、生產(chǎn)技術(shù)管理、以及安全風險管理強大集成，具備強大的決策分析、故障診斷功能和災(zāi)變時期快速反應(yīng)能力。

通過礦井信息化建設(shè)和安全監(jiān)控聯(lián)動，將綜采放頂煤智能化系統(tǒng)并入礦井整體管理系統(tǒng)。

3 智能化綜放效果及研發(fā)方向

智能化綜放技術(shù)還有許多關(guān)鍵技術(shù)需要進一步提高。

3.1 放煤過程煤矸識別

目前已有了20余種煤巖分界傳感機理和系統(tǒng),有天然γ射線、振動頻譜傳感系統(tǒng)，測力截齒、同位素、噪聲、紅外線、紫外線、超聲波、無線電波、雷達探測等，由于井下煤層和圍巖條件十分復(fù)雜，難以準確、可靠地判斷煤巖分界，都未成功地應(yīng)用于實際。由于在頂煤放落過程中產(chǎn)生的聲波信號屬于非平穩(wěn)信號，而且信號類型復(fù)雜、頻譜重疊，很難確定其所包含的信號成分的類型。需要研究煤巖界面數(shù)據(jù)的信號處理技術(shù)，進行煤巖數(shù)據(jù)的信號調(diào)理，去除信號噪聲，為煤巖界面模型計算提供可用的數(shù)據(jù)。選取先進合理的技術(shù)對信號進行特征提取，完成從模式空間到特征空間的轉(zhuǎn)換，為數(shù)據(jù)融合提供可靠而準確的特征級數(shù)據(jù)。

煤矸識別傳感器是實現(xiàn)智能放煤的關(guān)鍵部件。其在實驗室的工作性能基本能夠通過測試，缺點在于現(xiàn)場使用過程中的可靠性和分辨率減低過多。研制現(xiàn)場使用、的工作可靠、有一定分辨率的煤巖分界識別傳感器是智能放煤的主要工作內(nèi)容之一。

使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模式識別等技術(shù)，建立數(shù)學模型進行煤巖界面的數(shù)據(jù)分析，采用多傳感器信息融合技術(shù)，進行計算模型的數(shù)據(jù)融合、模型融合和決策融合，最終實現(xiàn)綜采放頂煤工作面的煤巖識別。

由于每種傳感器都有其特定的適用范圍和精度，因此不可避免具有局限性。綜放工作面在放煤過程中將不同來源、不同模式、不同媒質(zhì)、不同時間、不同表示形式的信息加以有機組合，最后得到放煤的含矸量?；诙鄠鞲衅餍畔⑷诤系拿簬r分界技術(shù)，避免了單傳感器工作的局限性，使識別系統(tǒng)更可靠。數(shù)據(jù)融合作為一門跨學科的綜合信息處理技術(shù)，能夠?qū)γ簬r界面狀態(tài)識別的提供理論支撐和技術(shù)保障。最后，針對煤巖界面識別的具體問題，選取符合放頂煤工藝的融合算法。

3.2 智能放煤控制機制及系統(tǒng)可靠性

智能放煤控制主要包括兩方面的內(nèi)容，放煤工藝和放煤時間。放煤工藝解決如何放煤的問題，要求保證高回收率和提高放煤效率；放煤時間解決何時停止放煤和降低含矸率、提高煤質(zhì)的問題。

目前放煤工藝的智能化主要是通過人工經(jīng)驗或理論分析進行決策。實際開采中需要隨時判斷頂煤的運移規(guī)律、裂隙發(fā)育程度、塊度形成和變化軌跡，進行判別并影響決策。

放煤口何時關(guān)閉的智能決策也可以通過模糊決策，智能識別等多方案進行統(tǒng)籌解決。

整體智能放煤的機制和系統(tǒng)要根據(jù)不同的煤層地質(zhì)條件、工作面條件、礦井生產(chǎn)條件進行智能條件，其對系統(tǒng)的可靠性和適應(yīng)性提出了更高的要求。

3.3 采放協(xié)調(diào)智能控制系統(tǒng)自學習能力

目前的煤流控制系統(tǒng)，具備根據(jù)煤流調(diào)整采煤機速度和放煤速度的功能，但對于前后刮板輸送機的煤流監(jiān)測不夠精確，對于采放的協(xié)同控制存在一定的滯后。只有通過對前后部刮板輸送機的煤流精確監(jiān)測、對煤機速度、刮板式鏈速、放煤量、頂煤存量、放煤速度等進行統(tǒng)一的控制才能保證工作面采放的真正協(xié)調(diào)。

不同的條件，系統(tǒng)的設(shè)定很難統(tǒng)一，只有通過智能系統(tǒng)的自學習能力，系統(tǒng)的不斷迭代，才能實現(xiàn)工作面智能高效回采。

3.4 端頭及過渡段放煤及智能控制

綜放工作面的端頭和過渡段放煤是放頂煤開采的難點，對工作面安全生產(chǎn)、提高回收率意義重大。

通過采用放頂煤工作面交叉?zhèn)刃?、整體端頭支架結(jié)構(gòu)形式，可以實現(xiàn)工作面過渡段和端頭段的放煤。智能放煤過程中，對端頭段、過渡段的放煤工藝設(shè)計、智能控制目前尚屬空白。需要進一步進行研究。

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