煤礦智能化開(kāi)采-煤巖識(shí)別

原創(chuàng) Alpha 安爾法智控Alpha工業(yè)物聯(lián) 2022-05-07

煤礦智能化開(kāi)采

煤巖識(shí)別

COAL-ROCK RECOGNITION

前言

在煤炭綜采過(guò)程中，煤巖突變經(jīng)常導(dǎo)致開(kāi)采難度增加，設(shè)備磨損加劇，這不僅增大了采煤機(jī)械的故障率，還導(dǎo)致煤礦貧化率居高不下，從而降低了煤炭生產(chǎn)效率。在綜放工作面中，巖石強(qiáng)度高、密度大，巖石長(zhǎng)期的垮落沖擊極易對(duì)支架造成損傷，既增加了后續(xù)的分選難度又造成了巷道安全隱患，此外開(kāi)采深度的不斷增加為煤炭高效生產(chǎn)帶來(lái)了挑戰(zhàn)，因此國(guó)家提倡無(wú)人化/智能化開(kāi)采達(dá)到高產(chǎn)、高效、安全目標(biāo)，進(jìn)而保障煤炭的穩(wěn)定供給。而實(shí)現(xiàn)煤礦智能化開(kāi)采，首先要解決煤巖識(shí)別的難題，這也是國(guó)家能源科技“十二五”規(guī)劃中提出的重點(diǎn)待解決問(wèn)題，無(wú)論在綜采工作面還是綜放工作面，煤巖識(shí)別技術(shù)都是制約煤炭智能開(kāi)采的關(guān)鍵難題，并且由于巖石占比增加，這也致使后續(xù)煤炭分選工藝復(fù)雜，高能耗，高污染，低效率。因此安全、高效的煤巖識(shí)別技術(shù)對(duì)于提高煤炭產(chǎn)出率與質(zhì)量至關(guān)重要。

成都安爾法自主研發(fā)的基于P波定向能聚焦相控陣?yán)走_(dá)的礦井綜采工作面煤巖界面識(shí)別系統(tǒng)就為上述難題找到了解決方案。

什么是相控陣?yán)走_(dá)？

相控陣?yán)走_(dá)又稱(chēng)作相位陣列雷達(dá)，是一種以改變雷達(dá)波相位來(lái)改變波束方向的雷達(dá)，因?yàn)槭且噪娮臃绞娇刂撇ㄊ莻鹘y(tǒng)的機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)天線(xiàn)面方式，故又稱(chēng)電子掃描雷達(dá)。

相控陣?yán)走_(dá)（圖源于網(wǎng)絡(luò)，侵刪）

它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）波束指向靈活，能實(shí)現(xiàn)無(wú)慣性快速掃描，數(shù)據(jù)率高；

（2）一個(gè)雷達(dá)可同時(shí)形成多個(gè)獨(dú)立波束，分別實(shí)現(xiàn)搜索、識(shí)別、跟蹤、制導(dǎo)、無(wú)源探測(cè)等多種功能；

（3）目標(biāo)容量大，可在空域內(nèi)同時(shí)監(jiān)視、跟蹤數(shù)百個(gè)目標(biāo)；

（4）對(duì)復(fù)雜目標(biāo)環(huán)境的適應(yīng)能力強(qiáng)；

（5）抗干擾性能好。

因此，相較于其它煤巖識(shí)別技術(shù)，采用相控陣?yán)走_(dá)裝置的雷達(dá)波照射技術(shù)在實(shí)際使用中，它能做到實(shí)時(shí)連續(xù)有效探測(cè)頂板、底板，并具有超前切割地質(zhì)構(gòu)造的技術(shù)特點(diǎn)。真正做到了隨采隨探，實(shí)時(shí)探測(cè)信號(hào)，指揮采煤機(jī)搖臂高低，智能化作業(yè)，符合國(guó)家對(duì)煤礦安全生產(chǎn)、增產(chǎn)增效的要求。為數(shù)字化礦山智慧化生產(chǎn)平臺(tái)建設(shè)奠定了基礎(chǔ)。

基于P波定向能聚焦相控陣?yán)走_(dá)的

煤巖識(shí)別技術(shù)的特點(diǎn)

該技術(shù)采用采用非接觸式屏蔽天線(xiàn)，可實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的獲取1.5m內(nèi)的煤巖界面信息，探測(cè)精度達(dá)到2cm，連續(xù)探測(cè)誤差<5%,目前能夠做到探測(cè)深度3.5m,誤差<7%。，設(shè)備能直接固定在采煤機(jī)箱體上，隨機(jī)移動(dòng)，隨采隨探，天線(xiàn)具備抗干擾能力。

系統(tǒng)具備以下功能：

構(gòu)建三維地質(zhì)模型

可構(gòu)建動(dòng)態(tài)自?xún)?yōu)化的工作面精確三維地質(zhì)模型。該軟件已與龍軟GIS互通協(xié)議，可以構(gòu)建動(dòng)態(tài)自?xún)?yōu)化的工作面精確三維地質(zhì)模型，隨采隨更新，為礦山地質(zhì)信息提供精確的實(shí)時(shí)更新。

超前探測(cè)采煤壁的地質(zhì)構(gòu)造

超前探測(cè)采煤壁的地質(zhì)構(gòu)造。利用高精度的煤巖識(shí)別技術(shù)，可連續(xù)實(shí)時(shí)探測(cè)回采工作面，頂板煤巖探測(cè)、底板煤巖探測(cè)、回采工作面煤巖探測(cè)，以及可能存在的開(kāi)采風(fēng)險(xiǎn)，做到提前感知，隨采隨探。

自主智能割煤

自主智能割煤。通過(guò)探測(cè)的煤巖圖像特點(diǎn)對(duì)比工作面三維地質(zhì)模型和實(shí)際數(shù)字模型，在綜合分析煤層變化趨勢(shì)、工作面平直度、當(dāng)前割頂?shù)浊闆r、采煤機(jī)運(yùn)行等數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上，通過(guò)優(yōu)化算法制定后續(xù)割煤策略，給出下一刀割煤滾筒曲線(xiàn)，實(shí)現(xiàn)自主智能割煤。

反演后渲染煤巖波形圖

反演后渲染的富水異常區(qū)波形圖

GIS圖

根據(jù)某礦智能生產(chǎn)礦井的模式，加強(qiáng)建立智能化回采工作面的煤巖識(shí)別裝置，有效的解決采煤機(jī)滾筒安全生產(chǎn)問(wèn)題已是迫在眉睫。因此我們將基于P波定向能聚焦相控陣?yán)走_(dá)的煤巖識(shí)別技術(shù)應(yīng)用到此煤礦上，得到如下結(jié)果：

采集的波形圖（具有明顯的煤巖分界線(xiàn)）

與礦山GIS地質(zhì)圖結(jié)合

指導(dǎo)三維生產(chǎn)工作面

小結(jié)

煤巖界面識(shí)別系統(tǒng)是煤礦生產(chǎn)，回采工作面，地質(zhì)透明化的重要應(yīng)用環(huán)節(jié)。是形成無(wú)人化、少人化工作面安全生產(chǎn)重要技術(shù)。也是實(shí)現(xiàn)數(shù)字化礦山、智慧化生產(chǎn)平臺(tái)、智能化采煤的重要基礎(chǔ)。實(shí)現(xiàn)回采工作面智能化裝備，安全生產(chǎn)新模式，提高產(chǎn)能和生產(chǎn)質(zhì)量，符合國(guó)家的政策規(guī)定要求，具有十分重要的意義和必要性。

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