智能化放頂煤開采的精確放煤控制技術

＊王啟鑫

（山西汾西正文煤業有限責任公司 山西 032302）

1.引言

完全機械化的煤洞技術使用手動或電動液壓控制方法。由于目前尚無識別煤巖的技術方法，因此煤巷掘進過程需要現場人工觀察和人工操作，煤巷無法自動施工。由于煤巷的工作面比全機械生產要多塵，煤巷的工作環境非常惡劣，生產現場要依靠視覺和聽覺的觀察。難以確定煤巷智能控制的核心技術。

2.放落煤矸過程監測系統設計

(1)煤洞自動感知技術煤洞自動系統包括三個宏連接

決定與行動識別連接由多個傳感器融合組成。（例如，安裝在支架上的高清攝像機，激光雷達檢測和后來的檢測）。決策連接基于識別信息通過自動系統進行分析和處理。通過線圈電液控制系統上方的煤洞的液壓來完成連接。工作過程如下：根據上方的放煤口和后刮板輸送的煤量，支管末端的射流將擺動以控制煤腔。如果閥板靠近水平面，則相當于蓋上一個煤口。如果機尾平面是垂直的，則通過控制煤炭的運輸量和后部輸送機的平直度并檢測放頂煤開采的煤炭的齒輪載荷，它等于放煤通道完全打開，從而自動調整煤層，提高了放煤的效率和質量，實現煤礦巷道全過程的自動化。

(2)綜放液壓支架感知系統設計

自動化煤礦開采的先決條件是創建一個檢測系統，以監控整個煤礦開采過程。捕獲梁的設計部分如圖1所示。綜掘頁面的技術分為三個階段：采煤之前，采煤期間和采煤之后。執行逐步的方向檢查并精確控制這三個過程。遵循煤炭隧道的三個階段：“在煤炭隧道之前，煤炭隧道中和之后”，將使用各種傳感器和設備。

圖1 放煤全過程監測系統

通過采煤前，采煤過程中和采煤后的三步技術集成過程，如圖2所示，它開發了具有多種技術方法的測量設備，將測量數據實時傳輸到工作面系統，并發送了固體煤灣控制決策，通過對計算數據分析和處理，將數據傳輸到液壓支撐系統電動液壓控制的自動化功能可實現所支持的煤巷開孔尺寸和適當的關閉控制。

圖2 放煤全過程監測3階段融合控制流程

煤巷掘進過程中技術驗證的難點在于，首先，煤巷產生的煤塵會大大減弱視覺信號；其次，根據煤巷數據確定信號處理時間的比例。煤通道達到了第二層，可以做出決策，觀察并關上放煤口。這是放煤控制的實時控制要求。

3.掘進前頂煤層的厚度測量系統的設計

在方法和設備方面，正在進行研究以確定完全機械化的放頂煤區域頂煤層的厚度。煤層的厚度可以用探地雷達測量。需要設計雷達射頻電路以匹配上述煤層的厚度和測量精度。根據要求，超寬帶電磁脈沖波技術可以實現信號穿透成像性能。雷達探測煤層厚度的原理如圖3所示。

圖3 雷達測量頂煤厚度原理

(1)穿透頂煤層測量厚度技術方法

目前，全機械采煤區高度調整的智能化采煤精度為20mm，破碎頂板的綜采區經常離開煤層，厚度為幾十厘米，而綜采煤層為頂煤層。通常高3m到6m或更厚。考慮到煤層的厚度和測量精度要求，可以使用超寬帶雷達測量技術來測量上述煤層的厚度。超寬帶雷達高頻電路（超寬帶）采用0.9-5.5GHz頻率范圍內的無線脈沖技術，可滿足最高的煤測量要求，檢測精度超過3m，精度為50mm。

(2)超寬帶雷達探測煤層厚度系統設計

雷達組沿著工作表面以指定的間隔放置在多個操作員上，并且雷達數據通過面部通訊網絡實時傳輸到監視主機。雷達信號處理系統在主機上工作，以檢索煤層厚度數據，并將其實時傳輸到分析系統。三維波形顯示了上部煤層厚度分布，并實現了雷達探測，波形顯示，信號分析和數據存儲的功能。

4.放煤空間三維掃描未放落煤量

人工放煤的控制方法是“觀察并關上放煤口”。通過掃描頂煤著陸時形成的三維縫隙，實時監控頂煤區和支架尾梁區域，計算頂煤高度，將其與煤巷前面遇到的頂煤層的厚度進行比較，并做出全面的決定。

(1)煤巖掃描三維雷達裝置

為了記錄煤巷中煤巷變化動態的實時過程，需要多種信號記錄設備和技術：①可以最直觀地觀察步行的高分辨率攝像機是一張雙圖像。可以用目標激光進行測量。②使用三維降落區域模型，用近紅外色帶掃描的洞察力無法穿透密集的灰塵和液滴圖像。③由于無法穿透灰塵和水霧，所以無法獲得二維熱圖像，不能得出煤層深度和顏色數據。④利用毫米波孔徑成像和掃描技術，可以通過測量灰塵和水噴霧獲得目標距離。結合上述一般成像技術和雷達技術，并考慮到周圍煤矸的動態和靜態目標，開發了一種3D動態煤石掃描模型棒。可以通過自動除塵來維護掃描鏡頭清晰度。三維雷達由掃描設備和高分辨率相機組成，可以使用激光或毫米波信號。雷達掃描過程基本上是一種快速準確的測距儀，配有一系列旋轉的棱鏡反射掃描，用于發送和接收引導信號。

(2)頂煤放落空間掃描方法

智能煤道修整方法基于對煤層頂煤厚度變化的實時監控，利用三維雷達實時監測煤層頂煤厚度數據并根據煤層厚度自動調整井眼大小。關閉時間取決于上方煤層的厚度。結合高分辨率3D融合雷達攝像機，它可以掃描煤層巷道中的煤層上部間隙并檢測煤層通道，從而使3D掃描裝置從液壓梁和側梁之間的連接處擴展開來。保護梁一個3D雷達透鏡指向沉積的煤炭的最上層。煤巷開始后，打開3D雷達實時掃描煤巷后形成的自由空間，并結合煤層高度，并時在煤巷后面創建3D空間模型。

5.結論

在煤層勘探之前，作為參考可以使用地面鉆探雷達來測量上方煤層的厚度，也可以使用超寬帶無線電脈沖信號測量，超寬帶無線電脈沖信號測量可以穿透3-6m厚的煤層，并且測量煤層厚度的精度可以達到1cm的水平。