智能化放顶煤开采的精确放煤控制技术

2021-08-02王启鑫

当代化工研究 2021年14期

＊王启鑫

（山西汾西正文煤业有限责任公司山西 032302）

1.引言

完全机械化的煤洞技术使用手动或电动液压控制方法。由于目前尚无识别煤岩的技术方法，因此煤巷掘进过程需要现场人工观察和人工操作，煤巷无法自动施工。由于煤巷的工作面比全机械生产要多尘，煤巷的工作环境非常恶劣，生产现场要依靠视觉和听觉的观察。难以确定煤巷智能控制的核心技术。

2.放落煤矸过程监测系统设计

(1)煤洞自动感知技术煤洞自动系统包括三个宏连接

决定与行动识别连接由多个传感器融合组成。（例如，安装在支架上的高清摄像机，激光雷达检测和后来的检测）。决策连接基于识别信息通过自动系统进行分析和处理。通过线圈电液控制系统上方的煤洞的液压来完成连接。工作过程如下：根据上方的放煤口和后刮板输送的煤量，支管末端的射流将摆动以控制煤腔。如果阀板靠近水平面，则相当于盖上一个煤口。如果机尾平面是垂直的，则通过控制煤炭的运输量和后部输送机的平直度并检测放顶煤开采的煤炭的齿轮载荷，它等于放煤通道完全打开，从而自动调整煤层，提高了放煤的效率和质量，实现煤矿巷道全过程的自动化。

(2)综放液压支架感知系统设计

自动化煤矿开采的先决条件是创建一个检测系统，以监控整个煤矿开采过程。捕获梁的设计部分如图1所示。综掘页面的技术分为三个阶段：采煤之前，采煤期间和采煤之后。执行逐步的方向检查并精确控制这三个过程。遵循煤炭隧道的三个阶段：“在煤炭隧道之前，煤炭隧道中和之后”，将使用各种传感器和设备。

图1 放煤全过程监测系统

通过采煤前，采煤过程中和采煤后的三步技术集成过程，如图2所示，它开发了具有多种技术方法的测量设备，将测量数据实时传输到工作面系统，并发送了固体煤湾控制决策，通过对计算数据分析和处理，将数据传输到液压支撑系统电动液压控制的自动化功能可实现所支持的煤巷开孔尺寸和适当的关闭控制。

图2 放煤全过程监测3阶段融合控制流程

煤巷掘进过程中技术验证的难点在于，首先，煤巷产生的煤尘会大大减弱视觉信号；其次，根据煤巷数据确定信号处理时间的比例。煤通道达到了第二层，可以做出决策，观察并关上放煤口。这是放煤控制的实时控制要求。

3.掘进前顶煤层的厚度测量系统的设计

在方法和设备方面，正在进行研究以确定完全机械化的放顶煤区域顶煤层的厚度。煤层的厚度可以用探地雷达测量。需要设计雷达射频电路以匹配上述煤层的厚度和测量精度。根据要求，超宽带电磁脉冲波技术可以实现信号穿透成像性能。雷达探测煤层厚度的原理如图3所示。

图3 雷达测量顶煤厚度原理

(1)穿透顶煤层测量厚度技术方法

目前，全机械采煤区高度调整的智能化采煤精度为20mm，破碎顶板的综采区经常离开煤层，厚度为几十厘米，而综采煤层为顶煤层。通常高3m到6m或更厚。考虑到煤层的厚度和测量精度要求，可以使用超宽带雷达测量技术来测量上述煤层的厚度。超宽带雷达高频电路（超宽带）采用0.9-5.5GHz频率范围内的无线脉冲技术，可满足最高的煤测量要求，检测精度超过3m，精度为50mm。

(2)超宽带雷达探测煤层厚度系统设计

雷达组沿着工作表面以指定的间隔放置在多个操作员上，并且雷达数据通过面部通讯网络实时传输到监视主机。雷达信号处理系统在主机上工作，以检索煤层厚度数据，并将其实时传输到分析系统。三维波形显示了上部煤层厚度分布，并实现了雷达探测，波形显示，信号分析和数据存储的功能。

4.放煤空间三维扫描未放落煤量

人工放煤的控制方法是“观察并关上放煤口”。通过扫描顶煤着陆时形成的三维缝隙，实时监控顶煤区和支架尾梁区域，计算顶煤高度，将其与煤巷前面遇到的顶煤层的厚度进行比较，并做出全面的决定。

(1)煤岩扫描三维雷达装置

为了记录煤巷中煤巷变化动态的实时过程，需要多种信号记录设备和技术：①可以最直观地观察步行的高分辨率摄像机是一张双图像。可以用目标激光进行测量。②使用三维降落区域模型，用近红外色带扫描的洞察力无法穿透密集的灰尘和液滴图像。③由于无法穿透灰尘和水雾，所以无法获得二维热图像，不能得出煤层深度和颜色数据。④利用毫米波孔径成像和扫描技术，可以通过测量灰尘和水喷雾获得目标距离。结合上述一般成像技术和雷达技术，并考虑到周围煤矸的动态和静态目标，开发了一种3D动态煤石扫描模型棒。可以通过自动除尘来维护扫描镜头清晰度。三维雷达由扫描设备和高分辨率相机组成，可以使用激光或毫米波信号。雷达扫描过程基本上是一种快速准确的测距仪，配有一系列旋转的棱镜反射扫描，用于发送和接收引导信号。

(2)顶煤放落空间扫描方法

智能煤道修整方法基于对煤层顶煤厚度变化的实时监控，利用三维雷达实时监测煤层顶煤厚度数据并根据煤层厚度自动调整井眼大小。关闭时间取决于上方煤层的厚度。结合高分辨率3D融合雷达摄像机，它可以扫描煤层巷道中的煤层上部间隙并检测煤层通道，从而使3D扫描装置从液压梁和侧梁之间的连接处扩展开来。保护梁一个3D雷达透镜指向沉积的煤炭的最上层。煤巷开始后，打开3D雷达实时扫描煤巷后形成的自由空间，并结合煤层高度，并时在煤巷后面创建3D空间模型。