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        厚煤層智能放煤工藝及精準(zhǔn)控制關(guān)鍵技術(shù)研究

        2020-10-10 06:33:48張學(xué)亮郎瑞峰吳少偉
        煤炭工程 2020年9期
        關(guān)鍵詞:支架工藝智能

        張學(xué)亮,劉 清,郎瑞峰,邵 斌,吳少偉

        (1.北京天地瑪珂電液控制系統(tǒng)有限公司,北京 100013;2.中煤華晉集團(tuán)有限公司 王家?guī)X煤礦,山西 運(yùn)城 043000)

        綜放開(kāi)采自20世紀(jì)80年代引入中國(guó)以來(lái),因其具有開(kāi)采效率高,適應(yīng)性強(qiáng)等優(yōu)勢(shì),逐漸成為厚煤層的首選開(kāi)采手段[1,2]。針對(duì)6m以上厚煤層及4m以上不穩(wěn)定厚煤層,綜放開(kāi)采優(yōu)勢(shì)明顯,但是在實(shí)際應(yīng)用中,也存在頂煤采出率低、出煤含矸率高增加洗選成本等問(wèn)題[3],如何在提高頂煤采出率的同時(shí)降低含矸率,成為綜放開(kāi)采實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵。如何通過(guò)提升綜放開(kāi)采裝備的自動(dòng)化、智能化水平,輔以多種傳感觀測(cè)手段,實(shí)現(xiàn)提高頂煤采出率,降低出煤含矸率,成為綜放開(kāi)采的必然發(fā)展方向[4,5]。

        國(guó)內(nèi)外圍繞自動(dòng)化放煤開(kāi)展過(guò)一系列的研究工作,取得了一些有益的經(jīng)驗(yàn)。兗礦集團(tuán)澳思達(dá)煤礦采用基于時(shí)間控制與人工干預(yù)協(xié)調(diào)的自動(dòng)放煤方式,取得較好的效果[6,7]。有學(xué)者研究了基于記憶放煤時(shí)序控制的智能放煤模式[8,9],有學(xué)者引入果蠅優(yōu)化算法與徑向基函數(shù)進(jìn)行放煤時(shí)間預(yù)測(cè),實(shí)現(xiàn)根據(jù)煤層賦存自動(dòng)調(diào)整放煤時(shí)間[10],有學(xué)者提出了以傳感器感知控制為主的自動(dòng)化記憶放煤控制方法[11]。

        針對(duì)綜放工作面的放煤控制方面,國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)項(xiàng)目開(kāi)始對(duì)智能化放煤展開(kāi)研究[12]。有學(xué)者提出通過(guò)設(shè)計(jì)基于智能決策機(jī)制的智能化放煤控制系統(tǒng),使煤矸在頂煤放出過(guò)程中最大程度地分離[13]。有學(xué)者從智能決策控制角度出發(fā),以合理調(diào)節(jié)群組放煤口控制動(dòng)作為手段,提出一種基于Q-learning模型的智能化放頂煤控制策略,通過(guò)調(diào)整放煤過(guò)程中各放煤口開(kāi)閉實(shí)時(shí)控制策略,實(shí)現(xiàn)放煤效率的有效提升[14]。智能放煤的實(shí)現(xiàn)過(guò)程,很大程度上取決于放煤機(jī)構(gòu)的精準(zhǔn)控制程度,有學(xué)者提出了一種綜采放頂煤工作面自動(dòng)放煤控制系統(tǒng),通過(guò)人工示范操作和機(jī)器學(xué)習(xí)記憶,實(shí)現(xiàn)了以傳感器感知控制為主、時(shí)間控制為保護(hù)值、地面調(diào)度室遠(yuǎn)程干預(yù)控制為輔的自動(dòng)化放煤控制[15]。

        本文在綜放工作面放煤工藝分析的基礎(chǔ)上,圍繞智能放煤工藝,系統(tǒng)分析了智能放煤工藝原理、智能放煤工藝流程、智能放煤工藝參數(shù);指出智能放煤需要依靠精準(zhǔn)控制才能確保工藝流程到位,分析了頂煤厚度精準(zhǔn)探測(cè)、放煤煤矸識(shí)別、放煤機(jī)構(gòu)動(dòng)作精準(zhǔn)控制等關(guān)鍵技術(shù),可為厚煤層綜放工作面智能放煤提供參考。

        1 智能放煤工藝

        1.1 智能放煤工藝原理

        綜放開(kāi)采工藝包含割煤和放煤兩部分工藝。割煤工藝是指采煤機(jī)割煤動(dòng)作及其與前部刮板輸送機(jī)、液壓支架相互配合而形成的回采過(guò)程,綜放開(kāi)采工作面采用較多的割煤工藝為端部斜切進(jìn)刀、單向/雙向割煤;綜放工作面放煤工藝緊密配合割煤工藝,在采煤機(jī)割煤、綜放支架移架后,頂煤失去支承發(fā)生垮落,通過(guò)控制綜放支架后部放煤機(jī)構(gòu)的尾梁和插板動(dòng)作,可將頂煤放出,放出的頂煤由后部刮板輸送機(jī)運(yùn)出,根據(jù)與割煤工藝的相對(duì)關(guān)系,放煤工藝分為一刀一放、兩刀一放、三刀一放等,目前采用較多的為一刀一放。

        綜放工作面放煤工藝根據(jù)單架放煤控制過(guò)程及放出頂煤的量,分為單輪放煤、雙輪放煤和多輪放煤。根據(jù)多個(gè)綜放支架之間的協(xié)調(diào)關(guān)系,可以分為按支架編號(hào)順序依次執(zhí)行放煤控制過(guò)程的順序放煤和按支架編號(hào)間隔順序依次執(zhí)行放煤控制過(guò)程的間隔放煤。

        在綜放工作面放煤工藝的基礎(chǔ)上,發(fā)展形成了自動(dòng)化放煤工藝。自動(dòng)化放煤工藝依托自動(dòng)化放煤控制系統(tǒng),該系統(tǒng)由綜放支架、電液控制系統(tǒng)、云臺(tái)攝像機(jī)、行程傳感器、傾角傳感器等諸多元件組成,其工作流程為:根據(jù)頂煤放落情況及后部刮板輸送機(jī)運(yùn)輸煤量,電液控制系統(tǒng)來(lái)控制綜放支架后部尾梁和插板動(dòng)作,借助相應(yīng)的傳感器有效檢測(cè)液壓支架的狀態(tài),進(jìn)而由電液控制系統(tǒng)發(fā)出相應(yīng)的命令來(lái)控制液壓支架,通過(guò)該過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化放煤過(guò)程。在自動(dòng)化放煤控制系統(tǒng)中,通過(guò)視頻監(jiān)視、后部刮板輸送機(jī)電機(jī)電流監(jiān)測(cè)、振動(dòng)及圖像識(shí)別技術(shù)等來(lái)計(jì)算運(yùn)煤量和煤的含矸率,構(gòu)建液壓支架姿態(tài)與放煤量的數(shù)學(xué)模型,通過(guò)控制液壓支架放煤機(jī)構(gòu)(尾梁、插板)與采空區(qū)形成的放煤口開(kāi)度,來(lái)控制放煤量。

        智能放煤工藝是在自動(dòng)化放煤工藝的基礎(chǔ)上,通過(guò)對(duì)綜放工作面采煤機(jī)、液壓支架、刮板輸送機(jī)等設(shè)備進(jìn)行系統(tǒng)的智能化升級(jí),配備完善的智能感知、智能決策、智能放煤控制系統(tǒng),提升綜放工作面成套裝備的智能化水平,實(shí)現(xiàn)智能化放煤。智能放煤工藝的關(guān)鍵是煤矸識(shí)別,在綜放支架后部放煤機(jī)構(gòu)配置基于振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)的煤矸識(shí)別檢測(cè)裝置,振動(dòng)信號(hào)通過(guò)智能放煤控制器進(jìn)行在線分析,發(fā)現(xiàn)矸石信號(hào)超過(guò)閾值,立即發(fā)出信號(hào)關(guān)閉綜放支架放煤口。在綜放支架后部配置音視頻裝置,通過(guò)人工遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè),出現(xiàn)煤矸增多等異常情況自動(dòng)進(jìn)行提示,人工通過(guò)遠(yuǎn)程干預(yù)操作或智能判斷自動(dòng)關(guān)閉綜放支架放煤口。在帶式輸送機(jī)機(jī)尾處設(shè)置灰分在線檢測(cè)系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)綜放工作面煤流系統(tǒng)中灰分的檢測(cè),若異常增多,則反饋給操作臺(tái)工作人員,人工通過(guò)遠(yuǎn)程干預(yù)操作或智能判斷自動(dòng)關(guān)閉綜放支架放煤口。智能放煤控制系統(tǒng)如圖1所示。

        圖1 智能控制系統(tǒng)圖

        1.2 智能放煤工藝流程

        根據(jù)上述智能放煤工藝原理,確定智能放煤工藝流程。智能放煤工藝流程是以單架智能放煤工藝流程為基礎(chǔ),多個(gè)綜放支架協(xié)調(diào)動(dòng)作完成整個(gè)工藝流程。確定單架智能化放煤流程如圖2所示。

        圖2 單架智能化放煤流程圖

        以圖2所示的流程為基準(zhǔn),采用單輪順序放煤時(shí),可以采用逐個(gè)支架順序執(zhí)行該智能化放煤流程的方式完成整個(gè)綜放工作面的智能化放煤;采用雙輪順序放煤時(shí),第二輪放煤開(kāi)始應(yīng)與第一輪放煤間隔10個(gè)支架以上,依此類推,直至整個(gè)綜放工作面放煤工序完全結(jié)束。

        2 智能放煤精準(zhǔn)控制關(guān)鍵技術(shù)

        智能放煤工藝的實(shí)現(xiàn)離不開(kāi)智能放煤決策,在依靠智能放煤工藝建立起相應(yīng)的智能決策模型后,實(shí)現(xiàn)智能放煤精準(zhǔn)控制才能確保最終放煤效果。智能放煤精準(zhǔn)控制需要系統(tǒng)融合頂煤厚度精準(zhǔn)探測(cè)、放煤煤矸識(shí)別、放煤機(jī)構(gòu)精準(zhǔn)動(dòng)作控制與執(zhí)行,形成閉環(huán)過(guò)程。

        2.1 頂煤厚度精準(zhǔn)探測(cè)技術(shù)

        對(duì)綜放工作面來(lái)說(shuō),所采煤層一般厚度在4~20m,有的甚至煤層厚度更大,在井田勘探階段,可以采用地震波勘探、瞬變電磁勘探等對(duì)煤層厚度進(jìn)度探測(cè),結(jié)合部分鉆孔實(shí)測(cè)數(shù)據(jù),給出區(qū)域煤層的大致賦存狀態(tài),其精度較低,為分米級(jí)。在綜放工作面掘進(jìn)階段和回采前,可以依靠超聲波探測(cè)結(jié)合掘進(jìn)巷道頂煤鉆探孔進(jìn)行煤層厚度探測(cè),其精度相對(duì)較高,為厘米級(jí)。對(duì)于確定的綜放工作面,需要及時(shí)探測(cè)沿綜放工作面方向的頂煤厚度,為提前預(yù)計(jì)放煤量提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。根據(jù)煤巖界面存在明顯的介電常數(shù)差異的原理,采用脈沖雷達(dá)發(fā)射出的信號(hào)在分界處會(huì)產(chǎn)生明顯的反射信號(hào),可以依此確定煤巖分界面的位置,進(jìn)而對(duì)頂煤厚度及頂煤量進(jìn)行精準(zhǔn)探測(cè)。

        采用UWB(Ultra Wide Bandwidth)透地雷達(dá),通過(guò)頻率范圍900MHz~5.5GHz的無(wú)線電脈沖技術(shù),能夠達(dá)到探測(cè)煤層厚度3m、探測(cè)精度50mm的透地測(cè)量需求。能夠?qū)崿F(xiàn)在綜放工作面采煤機(jī)割煤后對(duì)頂煤厚度的精準(zhǔn)及時(shí)探測(cè),滿足現(xiàn)場(chǎng)放煤預(yù)測(cè)需求。脈沖雷達(dá)的硬件構(gòu)成為:一對(duì)收發(fā)天線、雷達(dá)模塊及輸入輸出通信電路,雷達(dá)模塊采用單芯片CMOS脈沖信號(hào)收發(fā)器,其性能特點(diǎn)為近距離、高分辨率、512位深度、大于30Gbps的高速采樣率、超低功率射頻發(fā)射等[16]。

        沿工作面每間隔一定數(shù)量的支架可布置1臺(tái)UWB透地雷達(dá)組成雷達(dá)群,利用工作面網(wǎng)絡(luò)將分布于工作面的各個(gè)雷達(dá)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳給監(jiān)控中心主機(jī),雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)提取雷達(dá)測(cè)定的頂煤層厚度信息,并實(shí)時(shí)發(fā)送給綜放自動(dòng)化控制系統(tǒng)。

        UWB透地雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)雷達(dá)檢測(cè)、波形顯示、信號(hào)分析、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能,能夠以二維和三維波形呈現(xiàn)。

        通過(guò)分析雷達(dá)信號(hào)可以測(cè)量出煤巖分界的位置,將連續(xù)多幀波形的分析結(jié)果形成信號(hào)強(qiáng)度對(duì)比灰度圖,利用灰度對(duì)比可以判定煤巖分界界面位置,從而確定頂煤厚度。通過(guò)對(duì)多個(gè)雷達(dá)信號(hào)的統(tǒng)一展示,能夠?qū)崿F(xiàn)煤巖界面的三維展示,進(jìn)而可計(jì)算出頂煤厚度和待放煤量,為智能放煤提供及時(shí)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。頂煤厚度可能在采煤過(guò)程中不斷變化,將一段時(shí)間內(nèi)實(shí)測(cè)結(jié)果進(jìn)行三維展示,可直觀看到煤巖分界的變化情況。

        2.2 放煤煤矸識(shí)別技術(shù)

        放煤的煤矸識(shí)別是智能放煤判斷的一個(gè)難點(diǎn)。根據(jù)相關(guān)研究,可采用振動(dòng)加速度傳感來(lái)識(shí)別放落下的是煤還是矸石,但是這種方案只對(duì)煤矸屬性差別較大的情況起作用[17]。也有學(xué)者研究了基于圖像的煤矸識(shí)別,現(xiàn)場(chǎng)可以考慮采用高清攝像機(jī)進(jìn)行煤矸識(shí)別,難點(diǎn)是放煤過(guò)程中后部放煤口粉塵過(guò)大,使得攝像頭無(wú)法清晰地獲取煤矸成像信息;其次綜放支架后部放煤拍攝空間對(duì)攝像頭的安裝、防砸、防塵以及維護(hù)提出了很大的挑戰(zhàn);有些放頂煤工作面的矸石顏色與煤炭顏色非常接近,以致不能有效識(shí)別[18]。論文研究聚焦于王家?guī)X煤礦,其回采的2號(hào)煤層抗壓強(qiáng)度實(shí)測(cè)平均9.93MPa,直接頂板細(xì)粒砂巖-粉砂巖抗壓強(qiáng)度平均27.75MPa,屬于煤矸屬性差別較大的情況,采用振動(dòng)加速度傳感器識(shí)別技術(shù)進(jìn)行煤矸識(shí)別。

        在綜放支架尾梁下方安裝加速度傳感器采集放落煤矸的振動(dòng)信號(hào),煤矸放落時(shí)產(chǎn)生一定的振動(dòng)聲譜特征變化,可以從其功率譜上進(jìn)行理論分析,將采集到的放煤信號(hào)進(jìn)行譜運(yùn)算,通過(guò)觀察放煤過(guò)程中信號(hào)頻域能量集中在哪個(gè)頻段,根據(jù)相關(guān)研究,矸石下落后的信號(hào)功率譜值顯著增大,功率譜值能對(duì)振動(dòng)能量做出間接反映。

        對(duì)煤矸振動(dòng)信號(hào)設(shè)計(jì)FIR (Finite Impulse Response)濾波器,其設(shè)計(jì)方法建立在對(duì)理想濾波器頻率特性作某種近似的基礎(chǔ)上,選用應(yīng)用窗函數(shù)法進(jìn)行設(shè)計(jì)。通過(guò)設(shè)計(jì)濾波系數(shù),采用216階系統(tǒng)帶通濾波設(shè)計(jì),通帶頻率設(shè)計(jì)為9.5~10.5kHz;阻帶截止頻率設(shè)計(jì)9kHz和11kHz,且阻帶衰減設(shè)計(jì)為-55dB,這樣既能有效衰減尾梁插板動(dòng)作時(shí)產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)以及煤塊撞擊尾梁所產(chǎn)生的信號(hào),又能使得矸石撞擊的實(shí)際信號(hào)無(wú)損進(jìn)入系統(tǒng)后續(xù)功率譜運(yùn)算。

        將帶無(wú)線通信的加速度傳感器用高強(qiáng)度磁鐵吸附在支架尾梁下方,采集到的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行三維分析,結(jié)果如圖3所示。

        圖3 加速度傳感器時(shí)域能量算法三維圖

        經(jīng)測(cè)定,基于王家?guī)X煤礦煤矸混合樣本測(cè)定的加速度傳感器時(shí)域三維能量顯示在頻率10kHz附近,時(shí)間持續(xù)30~40ms的過(guò)程中能量出現(xiàn)了很高的峰值,其他頻率內(nèi)也有小的峰值出現(xiàn),通過(guò)計(jì)算9.5~10.5kHz范圍內(nèi)的能量值累積值,與單獨(dú)煤、矸樣本基準(zhǔn)能量進(jìn)行比對(duì)產(chǎn)生煤矸識(shí)別結(jié)果。從圖中可以看出,實(shí)際采集的數(shù)據(jù)通過(guò)前級(jí)濾波處理后有效的信號(hào)主要集中在9.5~10.5kHz范圍內(nèi),矸石掉落時(shí)此頻率范圍內(nèi)的信號(hào)能量能夠有效反應(yīng)矸石掉落情況。

        2.3 放煤機(jī)構(gòu)動(dòng)作精準(zhǔn)控制技術(shù)

        綜放支架放煤機(jī)構(gòu)的控制是通過(guò)對(duì)尾梁油缸、插板油缸進(jìn)行動(dòng)作控制實(shí)現(xiàn)的,兩者動(dòng)作實(shí)現(xiàn)程度如何是放煤精準(zhǔn)控制效果的關(guān)鍵。在綜采工作面前部精準(zhǔn)推移控制中,通過(guò)給油缸配置行程傳感器,并引入推移控制邏輯閥,并優(yōu)化電液控制系統(tǒng)自動(dòng)推移控制流程,實(shí)現(xiàn)移架、推溜動(dòng)作精確控制及銷(xiāo)軸間隙自動(dòng)消除功能[19]。通過(guò)在綜放支架尾梁油缸、插板油缸安裝行程傳感器,行程傳感數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)上傳至電液控制系統(tǒng),實(shí)現(xiàn)對(duì)放煤機(jī)構(gòu)動(dòng)作的實(shí)時(shí)檢測(cè),達(dá)到對(duì)放煤機(jī)構(gòu)動(dòng)作精準(zhǔn)控制。

        采用基于磁致伸縮原理的行程傳感器進(jìn)行放煤機(jī)構(gòu)動(dòng)作精準(zhǔn)控制檢測(cè)。磁致伸縮行程傳感器利用鐵磁材料的磁致伸縮原理,通過(guò)檢測(cè)磁致伸縮線的形變位置來(lái)確定傳感器的行程值,從而達(dá)到測(cè)量千斤頂活塞桿行程的目的,其測(cè)量精度能達(dá)到3mm以內(nèi)。磁致伸縮行程傳感器結(jié)構(gòu)如圖4所示。預(yù)裝行程傳感器的放煤機(jī)構(gòu)如圖5所示。

        圖4 磁致伸縮行程傳感器結(jié)構(gòu)圖

        圖5 安裝行程傳感器的綜放支架放煤機(jī)構(gòu)圖

        3 智能放煤工藝應(yīng)用

        王家?guī)X煤礦12309綜放工作面位于123盤(pán)區(qū)西翼中部,北側(cè)為12311綜放工作面采空區(qū),南側(cè)為實(shí)體煤,西側(cè)為123盤(pán)區(qū)邊界,推進(jìn)長(zhǎng)度1320m,寬度260m,工作面回采2號(hào)煤層,煤層傾角2°~5°,可采儲(chǔ)量265.3萬(wàn)t。

        12309綜放工作面采用單一走向長(zhǎng)壁采煤法,綜合機(jī)械化低位放頂煤采煤工藝,設(shè)計(jì)采用采煤機(jī)兩端頭斜切進(jìn)刀,煤機(jī)割煤一刀,放煤一次,按一刀一放正規(guī)循環(huán)作業(yè),采高3.1m,放煤高度3m,循環(huán)進(jìn)度0.865m,采用自然垮落法管理采空區(qū)頂板。

        12309綜放工作面配備MG620/1540-WD型變頻電牽引采煤機(jī),配備150架綜放支架,基本支架選用ZFY12000/23/34D型放頂煤電液控支架,所有支架尾梁和插板安裝行程傳感器,搭配SGZ1000/2×1000型前、后部變頻刮板輸送機(jī),SZZ1200/700型轉(zhuǎn)載機(jī),DSJ-140/250/2×450型可伸縮帶式輸送機(jī)等設(shè)備,配備了SAC電液控制系統(tǒng)和SAM綜采自動(dòng)化系統(tǒng),整套設(shè)備集一鍵啟動(dòng)、記憶割煤、采放同步、智能放煤、自動(dòng)調(diào)直等功能于一身。

        根據(jù)王家?guī)X煤礦2號(hào)煤層密度1.35t/m3,支架寬度1.75m,循環(huán)進(jìn)尺0.865m,頂煤厚度3m,實(shí)際同時(shí)開(kāi)啟支架放煤口數(shù)量3架。

        每隔15架,在綜放支架上分別安裝UWB透地雷達(dá),用于探測(cè)頂梁上方的頂煤厚度,共布置10套。將帶無(wú)線通信的加速度傳感器用高強(qiáng)度磁鐵吸附在中部支架尾梁下方,用于放煤煤矸識(shí)別測(cè)試,共布置30架?,F(xiàn)場(chǎng)根據(jù)智能放煤控制系統(tǒng)調(diào)試進(jìn)度,進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)性試驗(yàn)。

        對(duì)王家?guī)X煤礦采用人工放煤和智能放煤的應(yīng)用效果進(jìn)了跟蹤實(shí)測(cè)。2019年10月14日至19日,通過(guò)下井跟班實(shí)測(cè),獲得了王家?guī)X煤礦12309綜放面人工放煤實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。2019年10月22日至23日,調(diào)取智能放煤控制系統(tǒng)數(shù)據(jù),結(jié)果見(jiàn)表1。頂煤采出率數(shù)據(jù)計(jì)算按照開(kāi)始日早班8:00至結(jié)束日早班8:00進(jìn)行考慮,考慮工作面兩巷煤壁至煤壁范圍,每天每個(gè)生產(chǎn)班測(cè)定10處支架高度(支架編號(hào)與透地雷達(dá)安裝支架編號(hào)一致)取平均值作為采煤機(jī)割煤高度基準(zhǔn)數(shù)據(jù),每天檢修班取機(jī)頭機(jī)尾各1個(gè)點(diǎn)向頂煤打鉆測(cè)定頂煤厚度,與UWB透地雷達(dá)探測(cè)數(shù)據(jù)取平均值作為頂煤厚度基準(zhǔn)數(shù)據(jù),通過(guò)帶式輸送機(jī)上皮帶秤測(cè)定的過(guò)煤量作為采出總體煤量,帶式輸送機(jī)尾處灰分儀測(cè)定的灰分值作為含矸率指標(biāo),頂煤采出率=(采出總體煤量×(1-含矸率)-割煤計(jì)算量)/頂煤計(jì)算量×100%。

        表1 現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)放煤工藝數(shù)據(jù)對(duì)比表

        上述數(shù)據(jù)表明,采用智能放煤工藝,移架時(shí)間提升23%~35%,單架放煤時(shí)間提升14%~26%,割煤速度提升16%~20%,頂煤采出率達(dá)到91%,提高3個(gè)百分點(diǎn),煤炭含矸率達(dá)到20%,降低3個(gè)百分點(diǎn)??傮w采放效率提升約20%。

        4 結(jié) 論

        1)在綜放工作面放煤工藝和自動(dòng)化放煤工藝分析的基礎(chǔ)上,系統(tǒng)分析了智能放煤工藝原理和智能放煤工藝流程。指出智能放煤工藝的關(guān)鍵是煤矸識(shí)別,闡述了基于振動(dòng)信號(hào)檢測(cè)、音視頻檢測(cè)、灰分在線檢測(cè)的智能放煤工藝原理。

        2)智能放煤需要依靠精準(zhǔn)控制才能確保工藝流程到位,分析了頂煤厚度精準(zhǔn)探測(cè)、放煤煤矸識(shí)別、放煤機(jī)構(gòu)動(dòng)作精準(zhǔn)控制等關(guān)鍵技術(shù),通過(guò)在支架前部安裝UWB透地雷達(dá)測(cè)量頂煤厚度作為放煤量的基準(zhǔn),采用基于振動(dòng)加速度傳感器的煤矸識(shí)別方式進(jìn)行煤矸識(shí)別,以9.5~10.5kHz范圍作為矸石放落有效信號(hào)為終止放煤基準(zhǔn),通過(guò)在綜放支架尾梁和插板油缸安裝磁致伸縮行程傳感器實(shí)現(xiàn)對(duì)放煤機(jī)構(gòu)動(dòng)作精準(zhǔn)控制。

        3)根據(jù)王家?guī)X煤礦12309工作面綜放開(kāi)采實(shí)際,采用智能放煤工藝頂煤采出率達(dá)到91%,煤炭含矸率達(dá)到20%,與人工放煤“見(jiàn)矸關(guān)窗”方式相比分別提高3%、降低3%??傮w采放效率提升約20%。

        4)經(jīng)過(guò)王家?guī)X煤礦12309工作面現(xiàn)場(chǎng)工業(yè)試驗(yàn),驗(yàn)證了智能放煤工藝原理和流程,同時(shí)驗(yàn)證了頂煤厚度精準(zhǔn)探測(cè)、放煤煤矸識(shí)別、放煤機(jī)構(gòu)動(dòng)作精準(zhǔn)控制等關(guān)鍵技術(shù),為實(shí)現(xiàn)綜放工作面的智能化無(wú)人開(kāi)采提供了必要條件。

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