34m煤层千万吨级智能化综采装备关键技术研究.docx
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34m煤层千万吨级智能化综采装备关键技术研究
3-4m煤层千万吨级智能化综采装备关键技术研究
完成单位：
兖矿集团鄂尔多斯能化转龙湾煤炭有限公司
天地科技股份有限公司
一、项目承担单位基本情况
鄂尔多斯市转龙湾煤炭有限公司（以下简称“转龙湾煤矿”）是兖州煤业鄂尔多斯能化有限公司的全资子公司，煤矿法人代表是商登涛总经理。
二、项目基本情况
（一）项目背景、思路、目标
1、背景
十二五以来，在国家863等重大项目的支持下，液压支架制造、采煤机自动截割、综采工作面智能控制等关键核心技术取得突破，为煤矿“高配”成套装备奠定了技术基础。
目前，我国正处于转型升级和结构调整的关键时期，各个行业正迎来巨大变革，发展以实现无人化开采为目标的智能装备对我国煤炭开采产业的发展具有重要意义。
2、思路
在正常采煤生产过程中实现以采煤机记忆割煤为主，人工远程干预为辅；以液压支架跟随采煤机自动动作为主，人工远程干预为辅；以综采运输设备集中自动化控制为主，就地控制为辅；以综采设备数据监测为主，视频监控为辅；实现“智能化作业，有人巡视”，达到工作面少人安全高效开采。
3、目标
通过自主创新和关键技术引进，形成一套集检测、控制、通讯、视频于一体的智能化国产综采成套装备。
提高煤矿智能化生产水平，达到减人提效，实现安全高效绿色开采。
（二）实施的基础条件、主要内容和特点
1、基础条件
（1）兖州煤业股份有限公司综机管理中心具有多年综机管理经验，专业技术水平较高。
（2）转龙湾煤矿依托兖矿集团雄厚的人才基础和丰富的综采开采经验。
（3）天地科技股份有限公司是实力很强的技术研发机构，拥有一大批知名专家和高素质技术队伍。
（4）参与该项目的人员都是长期从事综采设备研究与管理的骨干，具有丰富的科研开发、项目组织、现场经验及管理经验。
2、主要内容和特点
本项目的研究重点包括工作面直线度检测及智能控制技术、综采工作面采煤机智能截割技术、综采工作面刮板输送机智能控制技术等煤矿智能化开采关键技术的研究、成套综采智能化工作面工程示范应用。
（三）项目建设、完成情况和资金投入情况
1、项目建设、完成情况
（1）项目研发出大功率、高可靠、智能化高效工作面成套装备，首次在3～4m煤层条件下达到年产千万吨级的水平。
（2）在国内综采工作面首次采用LASC技术研发了工作面自动校直技术，实现了液压支架与刮板输送机自动校直，可在复杂条件下实现工作面自动化生产模式常态化运行。
SAC电液控制系统（解决“控得精”问题）
（3）首次在国内研制出具有惯导特性的智能化采煤机，实现了全作业循环的自动化。
（4）研制出工作面支架、端头支架、超前支架自动协调控制系统，可遥控超前支架。
（5）研制了智能变频调速的大运量、高可靠、超重型刮板输送机，链速匹配控制精度大幅度提高，运行能耗大幅度降低。
（6）研制了千兆以太网主干、无线WiFi多级跳传辅助的智能化综采装备的综合通信平台。
（7）项目在兖州煤业鄂尔多斯能化有限公司转龙湾煤矿3～4m煤层23303工作面进行工业试验，系统运行可靠。
（8）经鉴定，本项目完成了计划任务书规定的目标，同意通过鉴定。
2、资金投入情况
（1）国产综采成套装备投入约2.18亿元。
包括采煤机、液压支架、刮板输送机、转载机、破碎机、顺槽皮带、电站、泵站等。
（2）智能控制系统投入约1720万元。
包括SAC电液控制系统520万元、SAM综采自动化系统360万元、LASC工作面自动找直系统600万元、SAP智能集成供液系统240万元。
三、项目实施需要解决的关键问题
（一）智能化成套综采装备配套研究，要解决的主要技术难点和问题：
1、工作面开采技术参数优化设计。
2、强力、高可靠性液压支架支护系统优化设计。
3、示范工程工作面配套优化设计。
4、成套装备进行综采自动化智能化工作面示范工程试验。
（二）综采工作面智能化采煤机研究，要解决的主要技术难点和问题：
1、支持复杂端头截割作业循环的采煤机智能截割软硬件技术研发。
2、采煤机恶劣工况条件下采高、位置等关键传感检测系统的可靠性提升问题。
3、采煤机内日益增长的控制、传感及音视频信号传输所需的多种异构网络设计优化。
4、采煤机在工作面复杂动态环境下远程通讯可靠性保障技术。
（三）综采工作面智能化刮板输送机研究，要解决的主要技术难点和问题：
1、研究刮板输送机煤量载荷与链速的关系，实现智能调速。
2、研究刮板输送机液压系统、润滑系统、冷却系统、机械及电气传动系统的故障综合智能诊断与预知维修技术。
（四）综采工作面直线度检测及智能控制技术研究，要解决的主要技术难点和问题：
1、多种工作面直线度控制技术的初步研究和对比。
2、惯性导航系统在低速、高震动环境下对于工作面直线度的精确测量。
3、液压支架电液控制系统精确控制。
四、项目价值、优势及创新点
（一）项目价值、优势
1、该工程通过一段时间的试验和示范，检验出存在的问题和不足，为项目的推广应用和未来新的项目研究提供经验。
2、本项目各项指标均已达到甚至超过国内国际最高水平，在国内外具有很强的市场竞争力，创新成果可在更多矿区进行推广应用。
（二）创新点
1、综采工作面采煤机智能截割技术研究
（1）深入了解惯性导航系统的工作原理，通过惯性导航系统，精确检测采煤机的三维空间姿态，并绘制出采煤机在工作面的运行轨迹。
（2）通过软硬件、结构设计的优化，实现采煤机传感器、传感网络可靠性的提升。
（3）开发FSK载波通讯和BPLM通讯技术，实现采煤机到顺槽的可靠双向通讯，使工作面设备之间，以及惯性导航系统与服务器之间实现了可靠的通讯。
（4）开发基于记忆截割的采高自动调节技术，实现能适应复杂端头工艺的采煤机自动截割，使采煤机能够实现全工作面自动化运行。
2、综采工作面刮板输送机智能控制技术研究
（1）智能控制刮板输送机，首次开发了刮板输送机智能控制软件，具有分析和决策能力，控制设备高效运行。
（2）首创刮板输送机多参数混合逻辑控制方式进行智能调速。
（3）具有智能启动功能，采用分段同步控制方式，先张紧底部链条，之后机头尾电机同时从零速开始启动运行。
（4）具有链条自动保护功能，输送机刮板链启动前张紧，停机后释放张紧力，对链条主动进行保护。
（5）具有监测与专家系统，数据的实时监测、存储、分析和判断功能，能够进行实时监测和预警显示，并给出维护保养的建议。
（6）基于冲击与最大扭矩联合控制的主动防护功能，对作用于链条的冲击载荷和极限扭矩进行限制，避免或减少断链故障发生。
（7）通过模拟量及开关量双重输入分析技术，准确判断链条断链位置，实现断链实时监测预警。
3、综采工作面直线度检测及智能控制技术研究
（1）首次在国内煤矿综采工作面实际生产过程中应用惯性导航技术绘制工作面曲线，满足了智能化开采工作面在直线度控制下的连续推进常态化开采应用。
（2）首创的双速控制逻辑阀，有效的将工作面直线度控制在可以智能化连续生产的范围之内。
五、项目实际应用情况及效果分析
本项目成果将有力提升综采工作面成套智能化装备的总体技术水平，已在转龙湾煤矿进行了示范应用，应用效果良好。
（一）减少装备配套投入
3～4m煤层年产千万吨智能化综采成套装备的研究成功，将满足我国发展高产高效工作面的需要。
整套综采装备的售价约为全进口产品的1/2，可为国内煤矿用户节约大量设备成本。
（二）减少工作面人工成本
该套自动化生产设备运行稳定，工人从操作工变成巡检工，节约了人工的投入，节约人工总费用近300万元。
传统工作面人员用工数量
智能化工作面
采煤机司机
2人
采煤机司机
1人
支架工
4人
支架工
1人
溜头溜尾
3人
工作面巡检
2人
转载机司机
1人
转载机司机
1人
运输机司机
1人
运输机司机
0人
监控中心
1人
监控中心
2人
泵站工
1人
泵站工
1人
合计
13人
合计
8人
（三）提高生产效率
2016年2月至2017年3月转龙湾煤矿智能化综采工作面自安装调试运转成功以来，克服了工作面地质条件差、煤层局部具有高应力显现的困难，产量提升，为煤矿带来巨大的经济效益。
六、项目成果的应用前景、示范意义及行业推广价值
目前，国内综采工作面自动化研究刚刚起步，市场前景广阔。
项目研究过程中项目组积极与全国各大煤矿用户进行相关技术交流，得到了几十个矿业集团对智能化开采技术及成套装备产生了浓厚的兴趣。
项目的实施能够实现整个采煤过程中少人值守的智能化安全高效生产，推广应用前景及效益十分可观。
七、项目经验总结和下一步计划
智能化综采成套装备应用过程中，虽然取得了良好的示范作用，但长远来看，综采智能控制技术存在工业技术移植、智能开采决策等问题。
（一）不同地质环境下的适应性
在转龙湾成功应用的成套装备与技术，是否具有普遍的适应性，还有待于进一步的探索和尝试。
（二）系统与设备的日常维护
智能化综采成套装备日常的使用需要对人员进行专业化培训，并且保证设备维护检修的力度，从而保证系统的稳定运行；另一方面也需要继续提升单个产品和系统的可靠性与智能化水平，减少人员参与的影响。
（三）工业技术移植难题
由于综采工作面的特殊环境，在各项新技术的实验过程中，带来了各种困难，例如防爆、防尘、非直视、功耗等问题都影响了新技术在综采工作面的应用。
（四）智能开采决策难题
目前的智能化开采系统，未进行有效的信息集成和互通。
还需要建立综采工作面自动化专家决策系统，并进行深度数据挖掘，从而建立起一套基于数据挖掘技术的综采工作面自动化专家决策系统。
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