CN102221832A

CN102221832A - 一种煤矿无人工作面开发系统

Info

Publication number: CN102221832A
Application number: CN2011101198656A
Authority: CN
Inventors: 梁峰
Original assignee: JIANGSU HEGUANGTIANDI TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: JIANGSU HEGUANGTIANDI TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2011-05-10
Filing date: 2011-05-10
Publication date: 2011-10-19

Abstract

本发明公开了一种煤矿无人工作面开发系统围绕采煤机、液压支架和刮板输送机，设计有三机自动控制系统、三机工矿检测与故障诊断系统、灾害预测预报系统、采煤环境安全专家系统、采煤工艺智能化系统、采煤模拟系统和决策仿真系统。本发明的一种煤矿无人工作面开发作业利用工控系统、计算机系统实现了高度自动化的煤矿无人工作面开发全过程的全自动化，而且建立虚拟模型，优化其中工艺。相比于传统工艺，其具有自动化程度高，安全可靠，效率高等优点。

Description

一种煤矿无人工作面开发系统

技术领域

本发明涉及一种自动化系统，尤其是用于煤矿无人工作面的自动化系统。

背景技术

煤矿的安全生产一直是国家整个安全生产体系中的重中之重，而煤矿监控系统是煤矿的安全生产保障体系中的重要环节。中国煤矿开采技术装备普遍落后,煤炭资源回收率低、死亡率高以及“数字矿山”发展缓慢。本发明要解决的问题是基于科学采矿理念，分析煤矿开采现状，研究存在的问题，提出高度自动化与传统综采工艺相结合的无人工作面的概念和系统模型。

发明内容

本发明提供了一种解决上述问题的方案，提供一种可靠性高，维护方便的一种煤矿无人工作面开发系统。

本发明的技术方案是提供一种煤矿无人工作面开发系统，其包括采煤机、液压支架和刮板输送机，其特征在于：其还包括：

三机自动控制系统: 用于实现所述采煤机、液压支架和刮板输送机的自动控制功能；

三机工矿检测与故障诊断系统: 用于对采煤机、液压支架和刮板输送机的实现智能监控、监测和保护的功能；

灾害预测预报系统：用于监测地质数据，并依据该地质数据预测和预防各种灾害；

采煤环境安全专家系统：用于采集所述采煤机、液压支架和刮板输送机及其周围环境的信息，确保所述采煤机、液压支架和刮板输送机以最佳的状态工作；

采煤工艺智能化系统：根据所述采煤机、液压支架和刮板输送机及其周围环境的信息，自动调整所述采煤机、液压支架和刮板输送机的运行状态和运行参数；

采煤模拟系统：利用虚拟现实技术创造出一个三维的采矿现实环境模型,模拟采矿作业过程以及工艺设备的运行，从而达到优化和评价生产系统的功能；

决策仿真系统：将上述各系统以及它们采集的地质信息、设备信息、建立的模型结合起来，完成开采工艺与设备的优化决策。

优选的，所述三机自动控制系统包括应用于所述采煤机的自主定位与自动导航系统及自动调高系统。

优选的，所述三机自动控制系统包括应用于所述液压支架的采用支架控制方式的电液控制系统。

优选的，所述三机工矿检测与故障诊断系统通过传感器检测所述采煤机的电压、电流、绝缘、牵引力、方向、位置、流量、压力、温度、湿度、速度、摇臂倾角及机身倾斜度等信息。

本发明的一种煤矿无人工作面开发作业利用工控系统、计算机系统实现了高度自动化的煤矿无人工作面开发全过程的全自动化，而且建立虚拟模型，优化其中工艺。相比于传统工艺，其具有自动化程度高，安全可靠，效率高等优点。

附图说明

图1是本发明的一种煤矿无人工作面开发系统的功能结构图。

具体实施方式

下面对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

如图1所示，本发明的一种煤矿无人工作面开发系统围绕采煤机、液压支架和刮板输送机，设计有三机自动控制系统、三机工矿检测与故障诊断系统、灾害预测预报系统、采煤环境安全专家系统、采煤工艺智能化系统、采煤模拟系统和决策仿真系统。其中：

三机自动控制系统：工作面的三机主要包括:采煤机、液压支架和刮板输送机,实现三机自动控制是实现无人工作面的基础。采煤机是无人工作面设备的核心部件,实现无人工作面的关键技术就是研究适合中国煤层条件的采煤机自动控制系统。采煤机的自动控制系统包括自主定位与自动导航系统及自动调高系统,采煤机高速、精确自主定位导航技术是实现采煤机自动控制系统的关键。液压支架电液控制系统采用目前最先进的支架控制方式,集机械、液压、电子、计算机和通信网络等技术于一身,可实现拉架、推溜、打护帮板、收护帮板以及架间

喷雾等随机联动自动化,以及自动控制液压支架动作,实现支架本架控制、邻架控制、隔架控制、运行状态和工作面矿压监测的远程控制等。新型智能化刮板输送机在各性能方面取得了很大的发展,实现了自动推移控制,同时向大型化、智能化、高可靠性及元部件标准化方向发展。

三机工况检测与故障诊断系统：三机工况自动检测与故障诊断系统为实现三机在工作面安全运行提供可靠保障,采煤机智能化检测技术已经达到较高水平,DBT、久益等公司的新型电牵引采煤机具有建立在微处理机基础上的智能监控、监测和保护系统,在采煤机上安装有电压、电流、绝缘、牵引力、方向、位置、流量、压力、温度、湿度、速度、摇臂倾角及机身倾斜等传感器,可以检测169个采煤机的参数,实现交互式人机对话、远近控制、无线电随机遥控、数据采集存储及传输、工况监测及状态显示、故障诊断及预警等多种功能。液压支架90%以上的故障是液压系统泄漏,目前中国液压系统泄漏故障自动检测及其诊断技术发展比较成熟。刮板输送机的故障诊断和工况监测技术可以连续监测输送机各种部件的运行状态,进行故障诊断和报警,同时为解决刮板输送机的启动问题、功率平衡问题、过载保护和悬链问题,国内外公司研制出各种可控驱动装置和自动调链装置,采用CST可控驱动装置、ACTS自动调链装置及工况监测系统,使其向智能化自动化方向发展,从而实现了功率大、事故率小、效率高和安全运行。

灾害预测预报系统：工作面灾害自动预测预报系统通过各种传感器对井下煤层厚度及其变化、顶底板岩层组合及其空间分布,构造(断层、褶曲),矿井水文地质及瓦斯地质、煤层中的地质异常体(岩浆岩侵入体、岩溶陷落柱和煤层冲刷),煤层夹矸、地应力、地温、工作面顶板状态、瓦斯爆炸、地热害以及由它们诱

发地震、突水、煤与瓦斯突出等进行监测;将监测信息传送至控制中心,利用预测评价软件系统和地质信息处理系统,为保证工作面的生产效率提供地质数据和分析判断,从而避免因地质条件的复杂性和无序变化造成井下工作面事故的发生,保护井下各种传感器和精密设备安全。

综采工作面的综合检测系统的发展为无人自动预测预报系统奠定了基础,数字防爆横波地震仪、数字防爆坑道无线电波透视仪、数字防爆直流电法仪、防爆瑞利波仪、钻孔防爆直流电法仪、钻孔防爆测斜仪、便携式智能化地震仪、地质雷达和煤与瓦斯突出自动定位仪等矿井物探仪器为探测采煤工作面前方地质构造提供了条件。

“采煤-环境”安全专家系统：“采煤-环境”专家可靠系统模型为无人工作面提供了可靠的安全系统保障,保证无人工作面的高产、高效和可靠性。它能判断机电设备和周围环境的状态,快速采集各种数据并进行分析、诊断以及预测,从而保证设备能自动工作在最优的状况下。

综合分析无人工作面可靠性系统的影响因素,包括环境因素和机械设备因素,它们分别组成了环境系统和机械系统。环境系统包括静态和动态因素,井下温度、顶板淋水、顶板松软、底板松软、断层、瓦斯、煤层厚度、倾角等是静态地质

因素,但在采煤过程中随机出现,具有动态特征;顶板状态随着采煤速度、采高以及支架状态的变化是动态变化,而顶板的初次来压、周期来压以及工作面前方应力分布又具有一定的规律,具有静态特征。机械系统可靠性影响因素主要包括

三机自动化配套和采煤工艺系统可靠性,自动化程度高、功率大,效率高是无人工作面最大的特征,因此三机配套不仅包括几何尺寸配套、性能配套、生产能力配套和寿命配套,还有自动化程度的配套;采煤工艺系统基本为一串联系统,系

统中每一个工艺环节发生故障都将造成采煤机的停止采煤,工作面设备和环境系统的相互交叉形成了“三机-围岩”系统。

采煤工艺智能化系统：综采高产高效工作面自动化程度不断提高,工作面生产

过程基本实现了自动化操作,自动化生产系统中,主要设备为采煤机、液压支架和刮板输送机,三种设备是相互独立,依照一定的原则分开控制,基本上实现了自动化、高效和安全生产,这些为无人工作面采煤工艺自动化奠定了基础。随着

内置式多功能微处理机、智能控制采煤机和综采工作面自动综合监测系统的发展,增加了采煤机动态控制与故障处理能力,根据地质条件的变化,改变煤机的运行状态参数(截割速度、滚筒位置、破碎机位置),无人工作面采煤工艺智能化实现成为可能。例如当顶板不好时,支架受力状态发生变化,将会自动调整移架的方式、移架速度、采煤机割煤速度和截深等;刮板输送机过载时,采煤机将会改变割煤速度、深度来调整生产能力,放煤口根据放煤方式、放煤布局以及放煤时间自动控制放煤总量。无人工作面采煤工艺的自动化调整系统使工作面整体系统工作在最佳状态,保证工作面和谐、安全、可靠的生产。

采矿模拟系统：无人工作面采矿模拟系统利用虚拟现实技术创造出一个三维的采矿现实环境,模拟采矿作业过程以及工艺设备的运行,操作人员可以与该系统进行人机交互,在任意时刻穿越任何空间进入系统模拟的任何区域。该系统能识别物体、输入和处理各种信息、控制物体运动、模拟自然规律、确定空间状态,其主要特点是创造一个与现实开采情况极为接近的三维环境,通过计算机显示采矿作业情况,获得生产系统运行状况平面图、不同的设备动态显示图和设备运行具体参数,包括运行的时间、产量、设备间的距离等动态信息,通过对不同型号设备、不同开采参数下的生产系统进行动态模拟,从而达到优化和评价生产系统的目的。

决策仿真系统：无人工作面的决策仿真系统是一个智能型的多层次结构,通过系统的中心控制将地质信息、设备信息数据库、各种控制与监测系统、软件系统以及模型有机地结合起来,完成开采工艺与设备的优化决策,同时根据操作人员参与活动所产生动态、直观的反应和操作,使计算机模拟、设计的优化和决策系统具有逻辑思维、直观形象思维甚至创造思维能力,能随时根据工作面生产状况信息的改变做出迅速反应,寻找最佳解决办法。根据无人工作面的系统模型,分析要实现无人工作面各个子系统所需要的技术支撑,包括采煤机自主定位与自动导航技术、采煤机自动调高技术、煤岩自动识别技术、液压支架电液控制技术、刮板输送机自动推移技术、三机工况检测和故障诊断技术、井下高速双向通讯技术、组件式矿山软件与模型技术,数据库技术以及井下多传感器技术。

以上实施例仅为本发明其中的一种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种煤矿无人工作面开发系统，其包括采煤机、液压支架和刮板输送机，其特征在于：其还包括：

2.根据权利要求1所述的一种煤矿无人工作面开发系统，其特征在于：所述三机自动控制系统包括应用于所述采煤机的自主定位与自动导航系统及自动调高系统。

3.根据权利要求1所述的一种煤矿无人工作面开发系统，其特征在于：所述三机自动控制系统包括应用于所述液压支架的采用支架控制方式的电液控制系统。

4.根据权利要求1所述的一种煤矿无人工作面开发系统，其特征在于：所述三机工矿检测与故障诊断系统通过传感器检测所述采煤机的电压、电流、绝缘、牵引力、方向、位置、流量、压力、温度、湿度、速度、摇臂倾角及机身倾斜度等信息。