PPT课件--煤矿智能化系统建设与体系研究

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1、井工煤矿智能化采掘关键技术及 发展趋势,2020年2月国家八部委联合印发了关于加快煤矿 智能化发展的指导意见,对于我国煤炭工业发展 具有里程碑的意义。明确了智能化煤矿发展的三阶段目标：到2021年，建成多种类型、不同模式的智能化示范煤矿，初步 形成煤矿开拓设计、地质保障、生产、安全等主要 环节的信息化传输、自动化运行技术体系，基本实 现掘进工作面减人提效、综采工作面内少人或无人 操作、井下和露天煤矿固定岗位的无人值守与远程 监控。,关于印发关于加快煤矿智能化发展的指导意见的通知各产煤省、自治区、直辖市、新疆生产建设兵团发展改革委、能 源局、煤炭行业管理部门、应急管理厅(局)、煤矿安全监察 局、

2、煤矿安全监管部门、工业和信息化主管部门、财政厅(局)、科技厅(委、局)、教育厅(委、局):为深入其彻落实习近平总书记“四个革命、一个合作”能源 安全新战略，加快推进煤炭行业供给侧结构性改革，推动智能化,国家发展和改革委员会 国 家 能 源 局火 政学 技 术教 育发改能源2020283号,一、煤矿智能化建设现状,文件,2,1,一、煤矿智能化建设现状2020年12月，国家能源局、国家煤矿安全监察局印发关于开展首批智能化示范煤矿建设的通知，确定71处煤矿作为国家首批智能化示范建设煤矿。口其中井工矿66处，露天矿5处。口 智能化升级改造煤矿63处，新(改扩)建智能化煤矿8处。,2021年6月发布，共

3、4章、15条 总体要求(指导思想、基本原则、建设目标)煤矿智能化总体设计(井工煤矿、露天煤矿、选煤厂，建设要求)煤矿智能化建设内容(井工煤矿、露天煤矿、选煤厂)保障措施(组织、制度、技术、安 全、人才),一、煤矿智能化建设现状煤矿智能化建设指南(2021年版),国家能源局国家矿山安全监察局关于印发煤矿智能化建设指南(2021年版)的通知各产煤省、自治区、直辖市、新疆生产建设兵团发展改革委(能 薄局)、煤矿安全监管部门，有关中央企业：为贯彻落实关于加快煤矿智能化发展的指导意见(发改 能源(2020)283号),科学规范有序开展耀矿智能化建设，加快 建成一批多种类型、不同模式的相能化煤矿，国家能源

4、局、国家 矿山安全监察局研究制定了煤旷智能化建设指南(2021年版)。,国 家 能 源 局国家矿山安全监察局,(主动,国家能源局综合司 2021年6月9日印,国 能 发 煤 发 规 2 0 2 1 2 9 号,文件,观身发你们，语按屋执行。,2021年12月发布，共5章(21条),1附件 总则、申请条件及验收程序、验 收要求、监督管理、附则智能化示范煤矿验收评分方法(智能化井工煤矿、智能化露天煤矿、智能化选煤厂),一、煤矿智能化建设现状 智能化示范煤矿验收管理办法(试行),关于印发智能化示范煤矿验收管理办法(试行的通知各产煤省(自治区)及新疆生产建设兵团发晨段革委、能薄局，有关中夹企业：为贯知

5、落实关于加快煤矿智能化发展的指导意见(发改 轻源(2020)283号),加强智能化示范深矿验收管理，现将智 能化示范煤矿验教管理办法(试行)印发你们，请按照执行。,国家能源局文件国能发谋炭规202169号,(北页无正文),(主动公开),2020年9月，应急管理部、国家能源局、国家煤监局在山东邹城组织召开全国煤矿智能化建设 现场推进会；王勇国务委员出席会议，要求将系统智能化提升至智能系统化，加速推动新一代信息技术与煤 炭开发利用融合!,一、煤矿智能化建设现状,一、煤矿智能化建设现状 2022年12月，应急管理部、国家煤监局在北京组织召开全国矿山智能化建设和安全发展推进会；王勇国务委员出席会议，要

6、求以少人无人为导向，以数字赋能为重点，不断把矿山智能化建设工作 推向深入!会议提出加大政策供给，完善标准规范，相对滞后地区、灾害严重矿山、非煤矿山加快建设进度，创建少人智能矿山，建立完善创新机制，加大关键技术装备攻关力度等。,智能矿井技术人才密集全面自动化无人开采,5G十工业互联网,劳动密集自动化程度低 伤亡事故频发,传统矿井,化建设现场推进会；会议要求，一是突出示范带动，加紧组织做好首批智能化示范煤矿验收，分类分级全面推进煤矿智能化建设；二 是加强政策引导，研 究出台适合本地煤矿实际的政策措施；三是推进科技创新，重点攻 关突破一批关键核心技术；四 是坚持标准引领，建立健全煤矿智能 化标准体系

7、；五是注重人才培养，加强专业化培训；六 是加强协调 联动，发挥煤矿智能化协调机制作用，加大宣传力度，营造全社会 重视支持煤矿智能化建设的良好氛围。,2023年4月，国家能源局、陕西省人民政府、中国煤炭工业协会在陕西黄陵组织召开全国煤矿智能,一、煤矿智能化建设现状,经营管理系统智能化园区智 能 综 合 管 控 平 台智能安全监控智 能 供 电 供 排 水智能通风系统智能辅助运输智能主运输智能采煤系统智 能 掘 进 系 统智能地质保障信息基础设施以人为本安全高效系统规划全面推进因矿施策培育典型分类建设分级达标,二、井工煤矿智能化建设关键技术及验收井工煤矿建设内容建设原则 建设目标 技术架构 建设内

8、容 保障措施,智能掘进系统总体要求：根据矿井掘进地质条件 与工艺要求，因地制宜确定合理的 掘进技术与装备，配套高效的辅助 作业系统，逐步实现掘支平行作业;鼓励应用智能探测、自动定向及 导航、巷道断面自动截割成形、自 动锚护、高效除尘等先进技术与装 备，使掘进工作面生产系统具有智 能感知、自主决策和自动控制的功 能，实现掘进迎头少人或无人、系 统高效协同运行。,二、井工煤矿智能化建设关键技术及验收,(d)神东大柳塔矿快速掘进系统,(c)滚筒式据锚一体机,)往复式链锯掘进机,(a)悬臂式掘进机,(b)连续采煤机,液压锚杆钻机,(e)煤巷盾构,智能掘进系统分项技术：智能超前探测系统，鼓励采用智能钻

9、探、物探技术与装备，实现远距离一体化综合探 测；掘进设备导航和定位截割系统，根据位置、姿态变化进行自主调整和纠偏，适应巷道断面及 底板起伏等地质条件，实现自主定位截割；锚杆、锚 索自动化钻装系统，实现自动确定锚护位置、自动钻孔、自动铺网等；多机协同控制系统，实现设备间相对位置的精确监测和安全防护，不 同设备之间实现智能协同控制；掘进工作面远程 集控平台，实现单机可视操控、成套设备“一键 启停”和多机协同控制等。,二、井工煤矿智能化建设关键技术及验收,激光接收器惯性导航装,控制系统,激光发射,口煤矿掘进现状掘进技术发展滞后。我国煤矿采煤、掘进机械化程度分别为85%、65%,全国虽已建成1000多

10、个智能化采掘工作面，但智能综采发展迅速、快速 迭代，掘进事实仍处在机械化阶段，综掘和综采技术差距越来越大。采掘失衡。综掘平均月进尺仅180m,每个综采面平均月消耗巷道超过 600m,全国煤矿掘进队与综采队平均配比3.1:1,仍满足不了综采需求,严重制约了煤炭安全高效生产。作业人员多。我国煤矿井下掘进面约有1.6万个，掘进人员近100万人，工 作面水、瓦斯、顶板、粉尘、冲击地压严重威胁人员安全，伤亡人数始终 占比1/3。,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术,对于掘进面前方地质构造探测，槽波地震波探距可达150200m,探测精度为可在100 m外准确预测5m 以上的断层，100m 内准确预测1m

11、2m以上断层。在煤矿掘进迎头进行了以放炮为震源的地震波超前探测试验，取得了理想的结果。但是如能做到跟机实时探测，需要以掘进机掘进为震源进行地震波超前探测试验(掘进 机作为震源，震动强度能满足要求，与放炮相比，主要区别是震源的间断和连续)。,掘进超前探测主要有两种形式，一种为槽波地震波；一种为瞬变电磁探测。用于地质构造 的物探方法中，槽波地震波探测准确性高、应用 效果较好；用于探水的物探工程中，瞬变电磁法 效果较好,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术,1.超前探测,掘进方向地质构造,按收器 震源点,技术特点：该技术是我国目前应用最为广泛，工艺技术最成熟，适应一般地质条件的巷道掘进与支护，普通

12、综 掘占比达到90%以上。存在的问题是掘进与支护交替顺序作业，且支护时工序复杂，设备多，如果需 要遇到硬岩掘进支护时，效率更加低下，最终导致掘进效率低，劳动强度大。问题所在：1、遇到特殊地质条件硬岩掘进时，普通锚杆钻机钻孔效率低下。2、支护中，锚杆钻机无法提供螺母的高预紧力，需交替更换设备。3、单体气动锚杆钻机本身支护效率低下，影响掘进速度。,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术2.掘进机配单体气动锚杆钻机支护,十,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术3.掘进机配两臂式锚杆钻车支护,适应于围岩较破碎巷道支护；掘进与支护工序交替作业；实现顶、帮及时支护。,十,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术

13、4.综掘机机载式双锚支护,在掘进机上加水平滑动钻机；适应不同角度的巷道断面；实现工作面顶、帮及时支护；,提高掘进支护效率，降低劳动强度。,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术(1)快速支护技术掘进与支护平行作业机理国外：美国、澳大利亚地质条件简单，埋深500m 以内，采用多巷掘进，掘进与支护分离，连 采机连续掘进，后部锚杆台车快速支护。国内：神东等条件简单矿井可滞后支护，山西潞安、晋城、阳泉，河南、安徽、山东等大部分 煤矿需掘进后马上支护，掘进时无法支护，支护时无法掘进。,“卡脖子”难题不同地质条件采用支护方式不同掘进时迎头围岩受力、变形规律难以 掌握掘进与支护时空关系不明断层等地质构造对掘进

14、、支护的影响,顶、帮锚杆错位打设围岩应力分布,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术(1)快速支护技术柔性自移临时支护系统国外：连采机临时支护是刚性的，只起到护的作用，但国外煤矿地质条件简单，顶板允许滞后 采用锚杆台车补支护。国内：前探梁、护架、护板等临时支护与顶板刚性点接触破坏顶板，多数只护不 支，移动时需降低支护高度与围岩脱离，严重影响支护效果。,“卡脖子”难题临时支护如何起到主动支护作用如何适应凹凸不平巷道表面移动中能否带压移动临时支护与截割部空间关系,悬臂式掘进机临时支护 迈步式临时支架,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术(1)快速支护技术钻锚注一次性安装新型锚杆国外：美国主要为树脂锚

15、固锚杆，需打钻、卸钻杆、安装锚固剂、安装锚杆、搅拌、拧螺母6道 工序，采用锚杆台车，需辅以人工作业。国内：树脂锚固锚杆，工序复杂，全部人工作业。,“卡脖子”难题如何简化锚杆施工工序如何确定新型机械锚固锚头的锚固力新型锚杆如何实现自动钻装锚杆后期注浆孔工艺,金属网 球 形 垫 圈减摩垫圈,树脂锚固锚固及构件,托板,固和,钢带,螺母,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术(1)快速支护技术自动铺联网技术国外：连采机截割后，锚杆台车支护，自动顶网，机械化联网。国内：将网绑扎在钢带上，2人人工抬起，再用锚杆钻机安装1根锚杆将网固定，最后多人人工 采用联网勾联网。,“卡脖子”难题网片如何存储网片与锚杆、钢

16、带等构件安设工艺如何精准将网片从存储位置推出道 巷顶，并紧跟迎头如何高效高张紧力联网,网片与其他主要锚杆构件搭接方式,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术(2)自主截割与连续掘进技术基于自主导航信息的截割断面自动成形控制技术国外：激光测量法位姿检测，露天矿边坡开采惯性导航，综合导航信息的断面自动控制未见 报道。国内：光电导航技术和惯性导航技术处于研究阶段，尚无产业化应用。,“卡脖子”难题煤矿用高精度、高可靠 性传感技术装备故障及健康状态的 智能化判断掘进机视觉导航技术 CSIRO 惯性导航技术,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术(3)地质保障技术国外：一般采用定向长钻孔进行采掘工作区域的总体

17、探查。应用电磁法、地震等物探方法对巷 道超前地质勘察，在金属矿床找矿中取得了较好效果。国 内：多采用钻孔探测，效率低。以电磁波为主的巷道超前物探目前在低频电磁波领域已得到 了较好应用，但在煤矿井下，尤其是孔中探测应用研究薄弱。,常规分体式钻机 电磁法探测现场,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术(4)多设备协同作业与智能管控技术掘进工作面集控平台技术国外：CAT:硬岩采矿实现了装载车远程控制、自动驾驶等；Sandvik:AutoMine、OptiMine 技术，在金属矿山实现了采掘远程操作，设备集中监控、任务调度等。国内：国家863项目：地下无人采矿设备高精度定位技术和智能化无人操纵铲运 机的

18、模型技术研究、地下金属矿智能开采技术。“卡脖子”难题煤矿快速掘进面的集中控制、远程操作,智能采煤系统总体要求：根据煤层赋存条件、工作面设计参数、产能指标等要求，建设不同模式的智能化采煤工作面：薄煤层和中厚煤层智能化无人开采模式、大采 高工作面人机环智能耦合高效综采模式、放顶 煤工作面智能化操控割煤+人工干预辅助放煤模式、复杂条件智能化+机械化开采模式。其中，条件 适宜的薄及中厚煤层实现智能化少人开采，逐步推 广应用采煤机自适应截割、液压支架自适应支护、智能放顶煤、刮板输送机智能运输、智能供液、综 采设备群智能协同控制等技术。鼓励条件适宜的工 作面应用基于地质模型的智能化开采实践。,二、井工煤矿

19、智能化建设内容与关键技术,智能采煤系统分项技术：采煤机智能截割系统，鼓励利用 机载视频、无线通信、直线度感知、智能调 高、防碰撞检测、煤流平衡控制等技术，实 现采煤机智能控制；液压支架自适应支护系 统，实现液压支架的智能控制；刮板输送机 智能运输系统，实现刮板输送机的远程监测 和控制；带式输送机智能运输系统，实现带 式输送机的远程监测和控制，顺槽监控中心,实现采煤机、液压支架、刮板输送机、破 碎机、转载机、带式输送机、乳化液泵站、喷雾泵等工作面综采设备远程控制,三维地震数码摄影地质测绘编录,二、井工煤矿智能化建设关键技术及验收,地质勘探井下钻探,常规地质工作,矿井环网地面分控中心地面井下监测专

20、线顺槽工作面云台摄像仪本安摄像仪智能感知+远程监控供电系统 皮带输送机 破碎机 转载机 刮板输送机 液压支架,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术 14年前后，黄陵矿为代表，解决基于视频监控智能感知，实现了“自动控制+远程 干预”初步智能化开采,可 视 化远程干预,工作面以太环网,井下监控中心,巡检摄像仪,控制专线,地面,采煤机,井下,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术16年前后，转龙湾矿为代表，解决基于惯性导航工作面直线度智能控制，LAS C 实现工作面自动找直行走轨迹 水平曲线调直前截割轨迹轴编码器 惯性导航 轴编码器直后绝对定位摇臂摆角 姿态与方位 行走速度,国内：透明开采在常规地质勘

21、探成 果基础上，以地质雷达、电磁波CT等精细工 程物探成果和巷道激光 扫描数据构建初始地质 模型，以煤岩识别等数 据实时修正形成动态地 质模型，融合设备位置 姿态和环境状态等实时 数据形成动态透明工作面。,常规地质工,地质勘探作井下钻探,三维地震数码摄影地质测绘编录,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术 2020年前后，神东榆家梁煤矿、陕煤黄陵一号煤矿、阳煤新元煤矿、淄矿郭屯煤矿逐步探索基于透明地质的工作面智能化开采。,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术关键技术一：智能工作面三维“CT”模型切割技术研究建立高精度地质模型。在工作面地质勘探的基础上，增加巷

22、道精细测量、井下槽波、钻孔物探等工程，构 建工作面地质模型，再通过多源数据融合算法，运用研发的TIM-3D软件构建高精度地 质 模 型，为智能开采提供了精准的地质导航和地质保障。,测量、探测技术 地质数据 地质模型揭露地质构造巷道精细测量 揭露煤厚底板揭露煤层起伏状态煤层隐伏构造,研究、优化建模差值算法，完成三维地质模型构建,槽波地震勘探井下钻探,煤厚分布钻孔顶底板位置,煤层 空间展布形 及煤厚信息,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术关键技术一：智能工作面三维“CT”模型切割技术研究透明工作面地质模型切割技术。在高精度透明工作面模型的基础上，根据算法将其网格化，再将其切片，生成截割曲线，指导

23、采煤机生产。,工作面推进形状工作面顶板工作面底板 顶板预想截割曲线底板预想截割曲线,(米)1470146014500,(米)200 150 100 50,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术关键技术一：智能工作面三维“CT”模型切割技术研究工作面数字孪生系统研究。将工作面模型与三机进行智能交互，在虚拟化场景中进行展示，可以将观察视角 带入工作面，观察整个工作面的设备状态。,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术关键技术二：大数据智能分析决策平台研究开采工艺决策技术。在研究采煤机规划截割工艺和液压支架自动跟机工艺的基础上，结合地质模型，研究建立其开采参数模型，实现自适应地质模型最优的开采工艺。,采

24、煤机规划截割界面图 电液控规划界面图,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术关键技术三：工作面综采设备空间导航定位及精准控制融合应用惯性导航自动找直技术和激光雷达测距技术。雷达测距技术：在刮板运输机机头和机尾安装激光雷达，监测运输机距巷道副帮 侧的距离，得出上窜下滑量，为进一步调整提供技术依据；同时在两巷帮等距离安 装激光反射板，实时监测工作面向前推进距离，指导工作面设备在模型中的精准定 位。,激光雷达现场安装图 雷达测距效果展示,工作面智能安全感知技术。配置具备AI自动识别功能的摄 像仪，可实现工作面多场景的智能 安全感知；通过Al智能识别技术，实时观测、分析工作面液压支架护 帮板状态、跟机移

25、架、煤壁片帮、机头煤量、人员侵入等关键区域的 人员、设备和环境安全状态，发 现 异常及时报警，从而代替人工对生 产场景的安全监管。,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术关键技术三：工作面综采设备空间导航定位及精准控制,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术关键技术三：工作面综采设备空间导航定位及精准控制智能动态调整技术。根据地质模型的推进方向、俯仰角、倾角等地质信息，沿着推进度方向设计 预先调整算法，进行多级阶梯动态调整。,二、井工煤矿智能化建设内容与关键技术关键技术三：工作面综采设备空间导航定位及精准控制,精准控制中心界面展示图,三、未来智能化煤矿发展模式与方向智能矿山建设系统架构：,计算资源

26、池 存储资源池 算法模型库边缘计算,运维组织管理预测性维护预防性维护 日常运行管理 运维知识图谱运维知识库,采(剥离)、掘、机、运、通等 开采系统与装备智能矿山运维管理系统,经营管理中心决策指挥中心安全生产中心综合集控中心展示平台,数据共享数据报表 融合分析 算法训练 统计分析 數 据 抽 取 分类存储 深度清洗,人-机-环-管感知系统.,边缘网关决策分发 计算节点 分类存储 数据清洗,测风传感器瓦斯传感器 视觉传感器 振动传感器 温度传感器,地质云平台智能化探设备 智能物探设备 智能钻探设备,地质-工程信息系统.,无 线 网 络有 线 网 络 调 度 通 信,非煤矿山煤矿,矿山智能生产管控平

27、台,矿山生产系统,云数据中心,多 型 网 络,露天开采,井工开采,非煤矿山,煤 矿,:,增加锚杆的 杆径等减少锚杆支护数量提高巷道支护速度,三、未来智能化煤矿发展模式与方向智能快速掘进：减少支护锚杆数量,提高锚杆材 质强度,三、未来智能化煤矿发展模式与方向智能快速掘进：增加平行作业的锚杆钻机数量(跨越式支锚一体机),三、未来智能化煤矿发展模式与方向智能快速掘进：简化钻锚工艺流程,电液比例多路阀,分布式电磁阀箱,遥控发射,控制面板,三、未来智能化煤矿发展模式与方向智能采煤：基于视频拼接的远程操控远程可视化 煤机远控,机架协同控制煤流负荷平衡控制供液协同控制远程控制,牵引控制滚筒控制,精确推移远程

28、干预,视频监控网络通讯,支架远控 协同控制,煤机记忆截割自动控制,视频拼接,自动找直,智能化煤矿管理：集团、矿区、煤矿三级协同智能管控体系,三、未来智能化煤矿发展模式与方向,生产运营指挥中心,基础设施建设：工业环网+办公网+调度室+机房,信息管理部 基建管理部,科技环保部,辆售公司,采购中心,安全监察部,人资管理部,集团煤炭板块,集 团 公 司,2 15机电检修,技术管理中心,战略决策,生 产 运 营,三、未来智能化煤矿发展模式与方向智能化煤矿运维：构建煤矿智能化运行与维护管理标准体系，形成以“流程为导向，服务为核心，技术为支点”的运维管理思路，建设“四化一库”的运维管理体系建设规划，即“智能化服务平台、规范化流程制度、专业化队伍建设、精细化物资管理、运维,火 问题管理 电气特性 设备数据 质量鉴定资料管理,运维体系框架基 于ITSS,提供标准化的管理方式运 维 流 程 开发人员 核心资产对像 角色流 程导标准化流程化,知识库”,形成完整的智能化煤矿安全高效运维体系。,配置 工 工具现自动信 收集提高统计 效率自动化,按需配备功能,接口开放 便于客户化租2机房,工器具管理统计分析音/视须通话集群通话,现场作业作业督导作业管理现场检查,智能化慢块化,谢谢47,