(完整版)袁亮院士-煤与瓦斯共采理论与关键技术
平煤五矿防突心得体会
统一思想、坚定信念、依法依规、科学合理坚决打赢瓦斯治理攻坚战——淮南防突培训心得体会平煤股份五矿2015年6月28日统一思想、坚定信念、依法依规、科学合理坚决打赢瓦斯治理攻坚战2015年6月份，按省局统一安排，在集团公司统一组织下，分批次赴淮南考察学习瓦斯防治、防突管理、技术措施，历时半个多月。
通过考察学习，针对矿井的瓦斯治理和防突工作，我们更进一步提高了认识，统一了思想、捋清了工作思路、针对矿井自身的特点找出了工作方法和瓦斯治理的有效措施，总结汇报如下。
一、瓦斯不治、矿无宁日发生的长虹矿“3.21”事故，就在我们身边，随着突出发生的一瞬间，鲜活的生命定格在3月21日，多少个家庭支离破碎，巨大的经济损失、恶劣的政治影响让我们深思。
五矿历史上的“11.28”、“12.24”瓦斯爆炸事故，“8.13”煤与瓦斯突出事故虽过去多年，但在五矿人心中的伤痛永远无法抚平。
回顾历史，教训惨痛！平煤股份五矿1958年建成投产，是平煤股份主力矿井之一，矿井采用立井多水平分区上下山开拓，正在开采水平两个：-225水平、-650水平，主采煤层己组煤层，采用单一走向长臂后退式综合机械化采煤法。
核定生产能力165万吨，1991年被鉴定为煤与瓦斯突出矿井，所开采的己15煤层、己16、17煤层均为突出煤层。
历史上共发生煤与瓦斯突出13次，2002年8.13事故造成5人死亡6人受伤，防突措施落实不到位，管理上的漏洞是造成事故的主要原因；但追根朔源，是瓦斯区域治理措施的不落实造成的。
所以瓦斯不治矿无宁日。
二、强化培训、提高认识煤与瓦斯突出是发生群死群伤的第一杀手，提高防治煤与瓦斯突出工作的重要性的认识是防大事故的重中之重，思想上的不重视就会给事故提供温床。
我们五矿一部分同志思想上就有麻痹倾向，不能完全理解和接受省政府“双十条”规定的“双六”指标和严禁用局部措施代替区域措施去消突的要求。
认为十余年来我们控制住了突出事故，并还想在原来进行区域划分的所谓“非突区”进行作业。
袁亮汇报材料第次修改稿.ppt
煤炭学报创刊50周年学术论坛
1.2水文地质（补充）勘探与井下水 Nhomakorabea超前探测（放）与监测预警
（1）矿井水文地质补充调查与勘探理念和技术手段有所创新，勘 探程度有所提高。
第二十九条：矿井有下列情形之一的，应当进行水文地质补充勘探工作： （一）矿井主要勘探目的层未开展过水文地质勘探工作的； （二）矿井原勘探工程量不足，水文地质条件尚未查清的； （三）矿井经采掘揭露煤岩层后，水文地质条件比原勘探报告复杂的； （四）矿井经长期开采，水文地质条件已发生较大变化，原勘探报告不能满足生产要求的； （五）矿井开拓延深、开采新煤系（组）或者扩大井田范围设计需要的； （六）矿井巷道顶板处于特殊地质条件部位或者深部煤层下伏强充水含水层，煤层底板带压，专门防治水 工程提出特殊要求的； （七）各种井巷工程穿越强富水性含水层时，施工需要的。
3 发展趋势与研究展望
煤炭学报创刊50周年学术论坛
（1）完善精细智能化的煤矿安全高效开采地质保障系统研发； （2）深部和下组煤开采条件下水害防治基础理论与技术方法； （3）“煤-水”双资源型矿井建设和开发理论与技术研究，加 强“控水采煤”核心技术研发； （4）“煤-水-气-热”多资源型矿井建设与开发理论与技术； （5）进一步加强废弃矿井闭坑管理机制与可操作措施研究； （6）大采高综合机械化采煤或一次性采全高放顶煤开采条件
2 面临的挑战与存在主要问题
煤炭学报创刊50周年学术论坛
（1）矿井防治水基础工作薄弱，水文地质调查和勘探程度偏 低，严重滞后矿井建设速度和生产强度；
（2）矿井突水机理认识不足，缺乏大型相似材料物理模拟；
（3）相对落后的探测和防治水技术手段未能完全满足高强度 快速采掘工程和生产的要求，特别是小型隐蔽性致灾通道的超
平煤股份十三矿赴淮南矿业集团防突培训心得体会
赴淮南矿业集团学习瓦斯治理经验心得体会平煤股份十三矿2015年6月赴淮南矿业集团学习瓦斯治理经验心得体会平煤股份十三矿按照上级统一安排，我矿矿长、总工程师、安全矿长自2015年6月15日起分3期赴淮南矿业集团参加河南煤矿安全监察局举办的全省煤与瓦斯突出矿井负责人防突专项培训班的学习。
系统学习了淮南矿业集团瓦斯治理理念、安全文化、防治煤与瓦斯突出关键技术、煤与瓦斯共采理论与关键技术和创新工程科技理念等。
认真聆听了袁亮院士关于淮南矿业集团瓦斯治理的历程、经验和有关瓦斯防治的先进理念，有理论、有实践、有成果、有收获。
使我们得到了心灵的震撼和理念的提升，受益匪浅。
参观了煤矿瓦斯治理国家工程研究中心和谢一矿深井实验基地，并下井学习了矿井安全管理、工作面瓦斯治理及石门揭煤技术，系统地学习到了淮南矿业集团瓦斯治理的经验和做法，深感收获很大。
我感觉到这次培训学习的主要亮点是：一、领导重视，规格高，覆盖面广，收获大。
这次培训是由河南煤监局领导亲自带队，各煤业集团主要负责人全脱产学习，中国工程院袁亮院士，淮矿集团高层领导及专家亲自授课。
教材信息量大、内容丰富、图文并茂、技术先进、质量高、制作精。
我们普遍认为收获大、效果好。
二、淮矿集团瓦斯治理理念新。
提出了一切为了发展，一切为了职工，发展先进生产力，保护生命，保护职工，保护环境，瓦斯事故是可以预防和避免的，高投入、高素质、强技术，严管理、重利用，瓦斯治理要治得住，治得快、治得省，通风是基础、抽采是重点、防突是关键、监控是保障。
地质不过关，瓦斯治本难等先进理念。
为瓦斯治理提供了思想保障基础。
三、瓦斯治理技术强。
淮南矿业集团形成了以保护层开采技术为核心的瓦斯治理模式，对煤层群联合开采选择一个煤层作为关键保护层进行开采，形成循环卸压，彻底解决了煤层突出问题，使我们眼前为之一亮。
根据各矿瓦斯和煤层赋存的特点和规律，形成了“一矿一策、一面一策”的具体固化和实施。
一面六巷、一巷多用、联合开采井上下立体瓦斯抽采治理技术，实现了煤与瓦斯共采。
煤炭绿色开采技术及其应用
煤炭绿色开采技术及其应用摘要：社会主义建设新时期，探究煤矿绿色开采技术的实践与创新，是煤矿企业可持续发展的技术保障。
本文对煤炭绿色开采技术及其应用进行了探讨。
关键词：煤炭；绿色开采；技术；应用中图分类号：f407.21文献标识码： a 文章编号：根据我国的能源资源状况，煤炭作为我国最重要的一次性能源，在未来20 年内，其在能源构成中的主体地位将不会改变。
2020 年我国煤炭消费量将达到40 亿t。
届时，煤炭产量很可能无法满足工业需求。
不能再单纯地通过提高煤炭的产量缓解煤炭供应的压力，而应该综合考虑发展煤炭循环经济，减少煤炭开采对环境的破坏，而且也应该把发展煤炭循环经济，实现煤炭绿色开采作为理念，大力发展绿色的采煤技术。
一、煤矿开采对环境产生的影响在工作人员实施煤炭开采的过程中，对于环境所产生的影响非常严重，不仅仅能够对整个地下水系以及地表水系产生影响，更加能够对地表水以及地下水产生直接的污染。
煤炭开采能够直接影响到地下水的排泄以及疏干，原因就在于，地下水不断的实施排泄和疏干，一定会使得地下水的水位大面积以及大幅度下降，煤炭区的供水也会枯竭，地表的植被会更加干枯，破坏了自然景观，使农业产量大幅度下降，更有甚者会直接引起地表的土壤沙化。
由于煤炭层是一种层状沉积的矿床，煤炭层的厚度相对来说也比较小，其单位面积的生产能力并不高，甚至可以说是低下，在工作人员实施煤矿开采的过程中，矿井下面很大面积都会被采空，进而形成大量的采空区。
其顶板就会冒落，岩层更加会进行移动，进而直接造成了地面沉降现象的出现，在地表上形成了一块块低洼地。
有些会因为地表的潜水位本来就比较浅，也就在形成低洼的地方形成了积水池或者沼泽地，有些直接表现为又宽又深的裂缝，还有可能埋下山体滑坡隐患，更有甚者会直接形成山体滑坡、积水池或者沼泽，最终破坏了煤炭区的环境，对整个生态环境体系也造成了不可弥补的影响。
二、绿色开采理论体系与总体框架绿色开采理念是在科学采矿三原则(安全、环保和经济)的指导下提出的，强调在现有采煤理论、方法和技术的基础上，发展与创新采矿科学技术，从广义资源的角度上认识和对待煤、瓦斯和水等一切可以利用的各种资源。
煤及共伴生资源精准开采理论体系
煤及共伴生资源精准开采理论体系煤及共伴生资源精准开采是借力大数据、云计算、区块链、人工智能、5G通讯、超级计算、物联网等现代互联网、通讯网高新信息技术，融合地质勘探保障技术、协同开采机制、多相多场耦合理论及灾害防控预警模型，创新开采扰动多维全息地质信息实时共享互馈的互联网+现场监控、物理/数值模拟、基础实验“三位一体”科学研究方法，深度透视化资源储藏环境、动静态地质扰动灾害孕育演化，集成基于虚拟现实技术(VR)、全息人机虚拟互动技术(AR)的原生/扰动地质信息实时展示、智能决策及预警解危平台，超前决策协调开采方式，灾害应急救援方案，最终实现少人(无人)煤及共伴生资源精准绿色安全开采，集成满足新时代环境保护、资源需求、安全开采要求的现代化煤及共伴生资源开发模式。
煤层无人开采方面涉及矿层动态信息智能感知、多场耦合演化信息实时可视、自动巡航切割等关键技术;油气、铀开发方面涉及智能钻完井装备、智能连续管钻井、智能水平分支井完井、局域/广域物联网系统构建、井上下一体化智能闭环监控与决策系统等关键技术，安全保障方面涉及地球物理数据库、灾害风险判识、灾害智能防控、风险监控预警等技术理论。
煤及共伴生资源精准开采发展将经历三大战略阶段。
第1阶段以定性、探索性的协调开采规划，机械化、信息化、数字化的开采管控，进行煤及共伴生资源精准开采探索;第2阶段定量挖掘分析开采扰动地层损坏量、环境污染量、综合经济效益、灾害类型/源头，推进机械学习，优化协调开发模式、开采方案，基于煤、铀、油气开采工艺(地浸采铀、直接垮落法/充填法采煤、压差采油)结合数字化、信息化、智能化技术构建智能管控平台，科学、高效决策开发方案，实现提质增效、降本减灾开采;第3阶段互联网+物联网+科学开采理论、技术及装备高度成熟，智能实验设备、生产装备不断涌现，多相多场耦合机理及复合灾害模型弹性构建，开发管理水平极大提高，深入融合智能算法、MGIS、机器智能学习、VR/AR技术，透视化资源赋存及灾害区域，依据环境扰动容量、绿色资源需求量及资源开采安全保障，智能自主决策开采方案，智能机器人连续管钻井、智能无人盾构机开拓、自适应综合优化管道、自适应自主巡航采煤，勘探、规划、建设、开采及灾害防控一体化智能综合煤及共伴生资源精准开采体系形成。
煤矿千米深井智能开采关键技术研究与应用
㊀第４９卷第４期煤炭科学技术Ｖｏｌ ４９㊀Ｎｏ ４㊀㊀２０２１年４月ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ㊀Ａｐｒ．２０２１㊀移动扫码阅读任怀伟，巩师鑫，刘新华，等．煤矿千米深井智能开采关键技术研究与应用［Ｊ］．煤炭科学技术，２０２１，４９（４）：１４９－１５８ ｄｏｉ：１０ １３１９９／ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２１ ０４ ０１８ＲＥＮＨｕａｉｗｅｉ，ＧＯＮＧＳｈｉｘｉｎ，ＬＩＵＸｉｎｈｕａ，ｅｔａｌ．Ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎｋｅｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｉｎｉｎｇｆｏｒｋｉｌｏ－ｍｅｔｅｒｄｅｅｐｃｏａｌｍｉｎｅ［Ｊ］．ＣｏａｌＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０２１，４９（４）：１４９－１５８ ｄｏｉ：１０ １３１９９／ｊ ｃｎｋｉ ｃｓｔ ２０２１ ０４ ０１８煤矿千米深井智能开采关键技术研究与应用任怀伟１，２，巩师鑫１，２，刘新华１，２，吕㊀益３，文治国１，２，刘万财３，张㊀帅１，２（１．中煤科工开采研究院有限公司科创中心，北京㊀１０００１３；２．煤炭科学研究总院开采研究分院，北京㊀１０００１３；３．中煤新集能源股份有限公司口孜东煤矿，安徽淮南㊀２３２１７０）摘㊀要：千米深井复杂条件煤层智能化开采是当前煤矿技术发展迫切需要解决的难题㊂以中煤新集口孜东煤矿１４０５０２工作面地质条件为基础，针对该工作面俯采倾角变化大㊁矿压显现剧烈㊁顶板煤壁破碎所致的采场围岩稳定控制难㊁液压支护系统适应性降低等问题，研究了千米深井复杂条件工作面智能化开采关键技术，为复杂难采煤层开采提供了技术与装备支撑㊂研发了基于ＬＯＲＡ的工作面液压支架（围岩）状态监测系统，同时获取立柱压力和支架姿态数据㊂提出了基于大数据分析的矿压分析预测方法，采用ＦＬＰＥＭ和ＡＲＭＡ两种算法组合预测提升精度和效率，采用数据分布域适应迁移算法解决了支护过程中时变工况导致预测模型失准的问题，模型预测精度达到９２％以上㊂研发了基于Ｕｎｉｔｙ３Ｄ的工作面三维仿真与运行态势分析决策系统，支撑复杂条件下的围岩控制和煤层跟随截割控制的智能决策㊂现场试验表明：工作面在试验期开采高度达到６．５ｍ，在１４ʎ １７ʎ俯采㊁顶板相对破碎㊁煤层硬度１．６的条件下，月产达到３１．５万ｔ㊂设备可靠性和适应性较之前该矿使用设备明显提升，工作面安全性大幅改善，实现了千米深井三软煤层的安全高效开采㊂关键词：千米深井；智能开采；位姿状态监测；大数据分析；分析决策中图分类号：ＴＤ６７㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀文章编号：０２５３－２３３６（２０２１）０４－０１４９－１０Ｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｎｋｅｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｏｆｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｉｎｉｎｇｆｏｒｋｉｌｏ－ｍｅｔｅｒｄｅｅｐｃｏａｌｍｉｎｅＲＥＮＨｕａｉｗｅｉ１，２，ＧＯＮＧＳｈｉｘｉｎ１，２，ＬＩＵＸｉｎｈｕａ１，２，ＬＹＵＹｉ３，ＷＥＮＺｈｉｇｕｏ１，２，ＬＩＵＷａｎｃａｉ３，ＺＨＡＮＧＳｈｕａｉ１，２（１．ＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＩｎｎｏｖａｔｉｏｎＣｅｎｔｅｒ，ＣＣＴＥＧＣｏａｌＭｉｎｉｎｇＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｂｅｉｊｉｎｇ㊀１０００１３，Ｃｈｉｎａ；２．ＣｏａｌＭｉｎｉｎｇａｎｄＤｅｓｉｇｎｉｎｇＢｒａｎｃｈ，ＣｈｉｎａＣｏａｌＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｂｅｉｊｉｎｇ㊀１０００１３，Ｃｈｉｎａ；３．ＫｏｕｚｉｄｏｎｇＭｉｎｅＣｏａｌ，ＸｉｎｊｉＥｎｅｒｇｙＣｏ．，Ｌｔｄ．，ＣｈｉｎａＮａｔｉｏｎａｌＣｏａｌＧｒｏｕｐＣｏｒｐ．，Ｈｕａｉｎａｎ㊀２３２１７０，Ｃｈｉｎａ）收稿日期：２０２１－０２－２８；责任编辑：曾康生基金项目：国家重点研发计划资助项目（２０１７ＹＦＣ０６０３００５）；国家自然科学基金重点资助项目（５１８３４００６）；国家自然科学基金面上资助项目（５１８７４１７７４）；中国煤炭科工集团科技专项重点资助项目（２０１９－ＴＤ－ＺＤ００１）作者简介：任怀伟（１９８０ ），男，河北廊坊人，研究员，硕士生导师，博士，中国煤炭科工集团三级首席科学家㊂Ｔｅｌ：０１０－８４２６３１４２，Ｅ－ｍａｉｌ：ｒｈｕａｉｗｅｉ＠ｔｄｋｃｓｊ．ｃｏｍＡｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｉｎｉｎｇｏｆｃｏａｌｓｅａｍｓｉｎｔｈｅｃｏｍｐｌｅｘｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆｋｉｌｏ－ｍｅｔｅｒｄｅｅｐｃｏａｌｍｉｎｅｉｓａｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｃｏａｌｍｉｎｅｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｕｒｇｅｎｔｌｙｎｅｅｄｓｔｏｂｅｓｏｌｖｅｄ．ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｇｅｏｌｏｇｉｃａｌｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆＮｏ．１４０５０２ｆｕｌｌｙｍｅｃｈａｎｉｚｅｄｍｉｎｉｎｇｆａｃｅｉｎＫｏｕｚｉ⁃ｄｏｎｇＭｉｎｅＣｏａｌ，ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｓｏｆｄｉｆｆｉｃｕｌｔｙｉｎｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇｔｈｅｓｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋａｎｄａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔｓｙｓｔｅｍｃａｕｓｅｄｂｙｌａｒｇｅｃｈａｎｇｅｓｉｎｔｈｅｕｎｄｅｒ－ｍｉｎｉｎｇｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎａｎｇｌｅｏｆｔｈｅｍｉｎｉｎｇｆａｃｅ，ｓｅｖｅｒｅｍｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅ，ｔｈｅｂｒｏｋｅｎｒｏｏｆａｎｄｃｏａｌｗａｌｌ，ｋｅｙｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓｆｏｒｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｉｎｉｎｇｏｆｃｏｍｐｌｅｘｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｉｎｋｉｌｏ－ｍｅｔｅｒｄｅｅｐｃｏａｌｍｉｎｅａｒｅｓｔｕｄｉｅｄ，ｐｒｏｖｉｄｉｎｇｔｅｃｈｎｉｃａｌａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｓｕｐｐｏｒｔｆｏｒｔｈｅｍｉｎｉｎｇｏｆｃｏｍｐｌｅｘａｎｄｄｉｆｆｉｃｕｌｔ－ｔｏ－ｍｉｎｅｃｏａｌｓｅａｍｓ．Ｆｉｒｓｔｌｙ，ａＬＯＲＡ－ｂａｓｅｄｓｔａｔｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔｓ（ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋ）ｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄ，ｗｈｉｃｈｃａｎａｃｑｕｉｒｅｐｏｓｔｕｒｅｄａｔａｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔｗｈｉｌｅａｃｑｕｉｒｉｎｇｃｏｌｕｍｎｐｒｅｓｓｕｒｅｄａｔａ．Ｓｅｃｏｎｄｌｙ，ａｍｉｎｉｎｇｐｒｅｓｓｕｒｅａｎａｌｙｓｉｓａｎｄｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ｗｈｅｒｅｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆＦＬＰＥＭａｎｄＡＲＭＡａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｗａｓｕｓｅｄｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙ，ａｎｄｄａｔａｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｄｏｍａｉｎａｄａｐｔｉｖｅｍｉｇｒａｔｉｏｎａｌｇｏｒｉｔｈｍｗａｓｕｓｅｄｔｏｓｏｌｖｅｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｏｆｉｎａｃｃｕｒａｔｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｍｏｄｅｌｓｃａｕｓｅｄｂｙｔｉｍｅ－ｖａｒｙｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｎｔｈｅｓｕｐｐｏｒｔｐｒｏｃｅｓｓｓｏｔｈａｔｔｈｅｍｏｄｅｌｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎａｃｃｕｒａｃｙｒｅａｃｈｅｄ９２％．Ｆｉｎａｌｌｙ，ａｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄｏｐｅｒａｔｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｄｅｃｉｓｉｏｎ－ｍａｋｉｎｇｓｙｓｔｅｍｂａｓｅｄｏｎＵｎｉｔｙ３Ｄｗａｓｄｅｖｅｌｏｐｅｄｔｏ９４１２０２１年第４期煤炭科学技术第４９卷ｓｕｐｐｏｒｔｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｄｅｃｉｓｉｏｎ－ｍａｋｉｎｇｆｏｒｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋｃｏｎｔｒｏｌａｎｄｃｏａｌｓｅａｍｆｏｌｌｏｗｉｎｇｃｕｔｔｉｎｇｃｏｎｔｒｏｌｕｎｄｅｒｃｏｍｐｌｅｘｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ．Ｆｉｅｌｄｔｒｉ⁃ａｌｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｍｉｎｉｎｇｈｅｉｇｈｔｏｆｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｒｅａｃｈｅｄ６．５ｍｄｕｒｉｎｇｔｈｅｔｅｓｔｐｅｒｉｏｄ，ｔｈｅｍｏｎｔｈｌｙｐｒｏｄｕｃｔｉｏｎｒｅａｃｈｅｄ３１５０００ｔｏｎｓｕｎｄｅｒｔｈｅｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｏｆ１４ʎ １７ʎｏｆｓｌｏｐｉｎｇｍｉｎｉｎｇａｎｇｌｅ，ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙｂｒｏｋｅｎｒｏｏｆ，ａｎｄ１．６ｏｆｃｏａｌｓｅａｍｈａｒｄｎｅｓｓ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｔｏｐｒｅｖｉｏｕｓｕｓｅｄｆａｃｉｌｉｔｉｅｓ，ｔｈｅｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙａｎｄａｄａｐｔａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｎｅｗｆａｃｉｌｉｔｉｅｓｗｅｒｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ，ａｎｄｔｈｅｓａｆｅｔｙｏｆｔｈｅｗｏｒｋｉｎｇｓｕｒｆａｃｅｗａｓｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｗｈｉｃｈａｃｈｉｅｖｅｄｔｈｅｓａｆｅａｎｄｈｉｇｈ－ｅｆｆｉｃｉｅｎｃｔｍｉｎｇｏｆｔｈｅｔｈｒｅｅ－ｓｏｆｔｃｏａｌｓｅａｍｉｎ１０００ｍｄｅｅｐｃｏａｌｍｉｎｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｅｅｐｋｉｌｏ－ｍｅｔｅｒｍｉｎｅ；ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｉｎｉｎｇ；ｐｏｓｉｔｉｏｎｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｌａｒｇｅｄａｔａａｎａｌｙｓｉｓ；ａｎａｌｙｓｉｓｄｅｃｉｓｉｏｎ０㊀引㊀㊀言开采自动化㊁智能化技术研究是当前煤炭领域研究的热点［１］㊂针对不同地质条件，国内外学者在采场状态感知与建模㊁自动控制技术以及开采装备创新方面开展了大量研究㊂澳大利亚联邦科学与工业研究组织研发出ＬＡＳＣ技术，采用军用高精度光纤陀螺仪和定制的定位导航算法获知采煤机的三维坐标，实现工作面自动找直等智能化控制［２－３］㊂液压支架自动跟机㊁采煤机斜切进刀自动控制及基于位置感知的三机协同推进控制等在地质条件相对较好的陕北㊁神东等矿区已经得到推广应用，基本实现了 工作面无人操作，工作面巷道有人值守 的常态化开采［４－６］㊂对于地质条件相对复杂的薄煤层及中厚煤层，研发了基于动态修正地质模型的智能采掘技术，采用定向钻孔㊁随采探测等动态修正工作面地质模型，通过构建工作面绝对坐标数字模型实行自主智能割煤［７－９］㊂然而，对于我国东部山东㊁淮南等矿区埋深１０００ｍ左右的深部复杂条件煤层，已有的自动化㊁智能化技术难以达到预期效果㊂深部采场一般存在着高地温㊁高地压㊁大变形的特点，矿压显现强烈，顶板㊁煤壁破碎，工作面倾角变化幅度剧烈，巷道变形大［１０］㊂目前，工作面自动化㊁智能化开采还无法预知所有的地质条件变化情况，开采装备也无法适应大范围的地质参数变化，因而实现自动化㊁智能化难度非常大㊂但从另外的角度，这些深部开采工作面用人多，安全性差，生产环境恶劣，恰恰最需要实现自动化㊁智能化㊂实现煤矿深部智能开采，最重要的是实现采场围岩稳定性控制以及 移架－割煤－运煤 过程与围岩空间动态变化的适应性控制㊂采场围岩稳定性控制需考虑采场上覆围岩结构及参数㊁运移特征㊁支护参数等，提出能够自适应控制围岩的策略和方法［１１－１２］；工作面装备运行与围岩空间变化的适应性控制则涉及装备运行特征㊁围岩动态变化规律㊁空间位姿测量及表征等，给出运行趋势的分析方法和预测性控制算法［１３］㊂其中，支护系统状态测量㊁适应性设计以及装备运行态势的分析预测是首先需要解决的关键问题㊂笔者以中煤新集口孜东煤矿１４０５０２工作面为工业性试验点，针对工作面俯采倾角变化大㊁矿压显现剧烈㊁顶板煤壁破碎所带来的采场围岩稳定性控制难度大㊁液压支护系统适应性降低等问题，基于工作面煤层地质条件研发了７ｍ四柱式超大采高液压支架；建立了工作面状态监测系统，实时监测和解算支架支护状态和围岩定性；研发了基于Ｕｎｉｔｙ３Ｄ的工作面三维仿真与运行态势分析决策系统，突破千米深井智能开采围岩稳定性控制和装备运行适应性控制的关键技术瓶颈㊂１㊀千米深井工作面地质条件及开采特点１．１㊀口孜东煤矿５号煤煤层赋存条件口孜东煤矿５号煤埋深９６７ｍ，工作面沿倾斜条带布置，走向方向南部平缓，北部较陡，煤层平均倾角１４ʎ，局部２０ʎ，俯采最大角度１７ʎ㊂１４０５采区工作面布置如图１所示，首采１４０５０２工作面倾向倾角８ʎ １５ʎ，平均倾角１４ʎ，局部２０ʎ㊂煤层厚度２．８６９．７５ｍ，平均６．５６ｍ，普氏系数１．６㊂工作面顶㊁底板以泥岩为主，少数为细砂岩㊁粉砂岩及砂质泥岩，顶㊁底板围岩特点是岩层较软㊂图１㊀口孜东煤矿１４０５采区工作面布置Ｆｉｇ．１㊀ＬａｙｏｕｔｏｆｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｉｎＮｏ．１４０５ｍｉｎｉｎｇａｒｅａｏｆＫｏｕｚｉｄｏｎｇＭｉｎｅ口孜东煤矿１４０５采区煤层厚度等厚线如图２所示，６．０ｍ煤层以上占总采区８０％，７．０ｍ以上煤层占总采区的５０％，８．０ｍ以上煤层占总采区的１０％㊂确定最小采高４．５０ｍ，最大采高７．００ｍ，平均０５１任怀伟等：煤矿千米深井智能开采关键技术研究与应用２０２１年第４期采高６．５６ｍ㊂图２㊀口孜东煤矿１４０５采区煤层厚度等厚线Ｆｉｇ．２㊀ＣｏａｌｓｅａｍｔｈｉｃｋｎｅｓｓｃｏｎｔｏｕｒｏｆＮｏ．１４０５ｍｉｎｉｎｇａｒｅａｉｎＫｏｕｚｉｄｏｎｇＭｉｎｅ１．２㊀工作面装备选型配套根据口孜东煤矿５号煤层地质赋存条件，通过对比分析不同采煤方法㊁支架方案选择的优缺点，综合分析产量和效率因素㊁资源采出率因素㊁采空区遗煤自然发火因素㊁工作面超前段巷道维护因素㊁工作面支护因素㊁人员因素㊁智能化开采因素等，确定选择７．０ｍ大采高一次采全高采煤方法进行开采㊂淮南地区地质构造与国内其他地区有较大不同，具体表现为埋深大㊁ 三软 煤层㊁倾角大㊁松散层厚㊁基岩薄等，工作面主要采用俯斜长壁采煤法㊂对于口孜东煤矿１４０５０２工作面而言，大采高开采可以充分发挥资源采出率高㊁开采工艺简单㊁工作面推进速度快㊁设备维护量少㊁易于实现自动化和有利于工作面 一通三防 等优势，但需要对液压支架与围岩适应性进行深入分析研究，要综合考虑支护强度㊁顶梁前端支撑力㊁合力作用点调节范围㊁防片帮冒顶㊁防扎底等多种因素，对液压支架和成套装备参数进行针对性设计㊂确定支架最大高度７．２ｍ，最小高度考虑运输与配套尺寸，确定为３．３ｍ㊂１４０５０２工作面配套装备见表１㊂表１㊀１４０５０２工作面成套装备Ｔａｂｌｅ１㊀ＣｏｍｐｌｅｔｅｅｑｕｉｐｍｅｎｔｉｎＮｏ．１４０５０２ｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅ序号设备设备主要技术参数参考型号１中部支架工作阻力１８０００ｋＮ；高度３．３ ７．２ｍ；支护强度１．７３ １．７８ＭＰａＺＺ１８０００／３３／７２Ｄ过渡支架工作阻力２２０００ｋＮ；高度２．９ ６．０ｍ；支护强度１．５３ＭＰａＺＺＧ２２０００／２９／６０Ｄ端头支架工作阻力２４２００ｋＮ；高度２．９ ５．５ｍ；支护强度１．５ＭＰａＺＺＴ２４２００／２９／５５Ｄ２采煤机总功率２５９０ｋＷ；采高４．５ ７．０ｍ；滚筒直径３．５ｍ；截深０．８６５ｍＭＧ１０００／２５９０－ＧＷＤ３刮板输送机功率３ˑ１２００ｋＷ；运输能力４０００ｔ／ｈ；卸载方式交叉侧卸ＳＧＺ１２５０／３ˑ１２００４转载机输送能力４５００ｔ／ｈ；长度约５０ｍ；功率７００ｋＷＳＺＺ１３５０／７００５破碎机破碎能力５０００ｔ／ｈ；功率７００ｋＷ；电压３３００ＶＰＣＭ７００７乳化液泵站工作压力３７．５ＭＰａ；流量６３０Ｌ／ｍｉｎ；电机功率５００ｋＷＢＲＷ６３０／３７．５８喷雾泵站工作压力１６ＭＰａ；额定流量５１６Ｌ／ｍｉｎ；电机功率１６０ｋＷＢＰＷ５１６／１６㊀㊀工作面成套装备地面联调试验情况如图３所示㊂图３㊀工作面成套装备地面联调Ｆｉｇ．３㊀Ｇｒｏｕｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｊｏｉｎｔｄｅｂｕｇｇｉｎｇｏｆｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅ２㊀千米深井工作面智能开采技术路径针对千米深井复杂条件工作面开采，除成套装备功能㊁参数与围岩条件相匹配外，控制系统能否适应环境动态变化㊁控制围岩稳定并驱动装备跟随煤层自动推进是影响开采效率和安全㊁减少作业人员㊁降低劳动强度的关键［１４－１５］㊂目前，在地质条件简单㊁煤层变化小的工作面，智能化开采技术与装备主要实现开采工艺自动化和 三机 装备协调联动控制，以提升开采效率为目标［１６］㊂然而，上述口孜东煤矿５号煤１４０５０２工作面走向倾向都有倾角㊁顶板破碎㊁围岩大变形，是典型的复杂条件工作面㊂在该工作面实施７．０ｍ大采高开采，极易发生片帮㊁冒顶㊁扎底㊁飘溜㊁上窜下滑等问题，必须通过现场操作工人的经验提前实施预防措施，现有自动化技术无法完成上述功能㊂因此，复杂条件煤层智能开采必须在装备性能㊁参数足够满足要求的前提下，实现以围岩稳定支护和煤层跟随截割为目标的环境适应性控制，是一个不依赖人工操作的自适应自学习过程㊂１５１２０２１年第４期煤炭科学技术第４９卷如图４所示复杂条件煤层智能开采技术路径图㊂环境适应性控制的前提是要首先知道环境的状态，然后对环境变化趋势进行分析和预测，最后通过智能控制技术给出 三机 装备运动参数㊂图４㊀复杂条件智能化开采技术路径Ｆｉｇ．４㊀Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔｍｉｎｉｎｇｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｐａｔｈｕｎｄｅｒｃｏｍｐｌｅｘｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ㊀㊀环境状态这里先考虑围岩压力和煤层赋存状态，主要采用压力传感器测量工作面来压情况，采用倾角传感器测量工作面倾角及设备姿态㊂以测量数据为基础，通过支架－围岩耦合关系模型，判断顶板㊁煤壁稳定性，通过三维力学模型判断支架受力状态及其动态变化，通过运动学模型判断工作面推进方向变化趋势㊂工作面装备智能控制综合实时控制㊁趋势控制㊁群组控制㊁模型跟随控制等技术，实现开采工艺工序优化㊁功能参数调整的多数据融合决策，完成工作面稳定支护㊁截割空间与煤层空间最佳重合的自主连续生产㊂３㊀７．０ｍ大采高复杂条件工作面智能化关键技术３．１㊀７．０ｍ超大采高液压支架适应性设计围岩支护和装备推进都离不开液压支架㊂复杂条件工作面开采首先要求液压支架要有适应围岩变化的能力㊂针对口孜东煤矿５煤的１４０５０２工作面条件，对液压支架结构和动态性能进行创新设计，研制出最高的ＺＺ１８０００／３３／７２Ｄ四柱式一次采全高液压支架，如图５所示㊂３．１．１㊀架型参数及支护强度设计根据口孜东煤矿５煤地质条件，以俯采为主且顶板相对破碎，煤层较软，底板主要为泥岩，因此重点考虑顶梁合力作用点控制，以及片帮㊁扎底和漏矸等异常状况㊂为此，采用四柱式液压支架，提升顶梁控制能力㊁防止底座扎底；同时为增强顶梁前端支撑力，采用前后立柱不同缸径设计㊂前立柱采用４００图５㊀ＺＺ１８０００／３３／７２Ｄ四柱式一次采全高液压支架Ｆｉｇ．５㊀ＺＺ１８０００／３３／７２Ｄｆｏｕｒ－ｃｏｌｕｍｎｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔｆｏｒｍｉｎｉｎｇｆｕｌｌ－ｈｅｉｇｈｔｏｎｅｃｅｍｍ缸径，后立柱采用３２０ｍｍ缸径㊂当顶梁合力作用点前移㊁后立柱难以发挥作用时，支架仍有足够的支撑能力㊂根据计算，顶梁前端支撑力最大达到５０００ｋＮ，支架支护强度达到１．７２ＭＰａ，远超过同等高度㊁支护力的支架，这样可以很好的控制顶板，同时减少顶板对煤壁的压力，减轻片帮程度㊂３．１．２㊀护帮及稳定性设计为防止煤壁片帮㊁冒顶，采用伸缩梁＋铰接三级护帮的结构，当采煤机割过煤后，伸缩梁立即伸出并打开护帮板，实现及时支护，避免片帮㊁冒顶的发生㊂伸缩梁行程１０００ｍｍ，大于截割滚筒宽度８６５ｍｍ，在特殊情况下可伸入煤壁支护；三级护帮板回转２５１任怀伟等：煤矿千米深井智能开采关键技术研究与应用２０２１年第４期１８０ʎ后可上翘３ʎ，护帮总高度３５００ｍｍ，如图６所示㊂图６㊀ＺＺ１８０００／３３／７２Ｄ四柱式一次采全高液压支架护帮板结构Ｆｉｇ．６㊀ＳｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆＺＺ１８０００／３３／７２Ｄｆｏｕｒ－ｃｏｌｕｍｎｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔｇｕａｒｄｐｌａｔｅｆｏｒｏｎｅ－ｔｉｍｅｍｉｎｉｎｇｆｕｌｌ－ｈｅｉｇｈｔ同时，针对工作面走向㊁倾向都有倾角的情况，充分考虑俯采情况下的支架稳定性，合理设计结构件质量和尺寸，使支架重心尽量靠后，适应俯采倾角２０ʎ以下的情况；优化后支架临界俯斜失稳㊁仰斜失稳㊁侧翻失稳分别为２２．２５ʎ，２３．７ʎ以及１８．６ʎ，均大于煤层在各个方向上的倾角㊂设置防倒防滑装置，在工作面两端角度较大的区域安装，辅助调整支架，保障工作面支护系统稳定性㊂３．１．３㊀密闭性及可靠性设计工作面在移架过程中可能有矸石冒落，为此支架需要加强密闭性设计㊂ＺＺ１８０００／３３／７２Ｄ四柱式一次采全高液压支架顶梁和掩护梁均设计双侧活动侧护板，顶梁与掩护梁的铰接处具备防漏矸功能；后连杆设计固定侧护板与挡矸板；尽可能让支架后部封闭，阻止矸石进入支架内部㊂同时，加强推移千斤顶和抬底千斤顶，增强抬底力和推移力，保证动作到位㊂为防止拔后立柱造成活柱固定销损坏，增加销轴直径至５０ｍｍ，大幅增加可靠性㊂３．２㊀工作面液压支架（围岩）状态监测系统研发通过安装在液压支架上的压力传感器反映顶板压力变化情况和岩层运移规律是普遍采用的研究工作面状态的方法［１７］㊂然而，对于走向㊁倾向均有倾角的千米深井复杂条件工作面，只有压力数据还不足以反映围岩情况，必须将立柱压力状态和支架姿态数据（工作面角度）结合起来㊂为同时获取支架压力和姿态数据，研发了基于ＬＯＲＡ的工作面液压支架（围岩）状态监测系统㊂系统结构如图７所示㊂在液压支架上安装双通道压力传感器和３个三轴倾角传感器，通过ＬＯＲＡ自组网与数据监测分站连接，实现数据传输；数据监测分站汇聚工作面局部数据后通过ＣＡＮ总线上传至主站㊂图７㊀基于ＬＯＲＡ的工作面液压支架（围岩）状态监测系统Ｆｉｇ．７㊀ＬＯＲＡ－ｂａｓｅｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｆｏｒｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔ（ｓｕｒｒｏｕｎｄｉｎｇｒｏｃｋ）主站与工作面集控中心通过ＯＰＣ数据接口通信，将数据通过井下工业以太环网上传至地面的三维仿真系统进行数据分析及控制应用㊂整个系统的通信链路为 集控中心－主（以太网）㊁主－分（ＣＡＮ总线）㊁分－传感器（ＬｏＲａ自组网） ㊂根据工作面地质条件㊁无线信号传输距离和数３５１２０２１年第４期煤炭科学技术第４９卷据采集需求，现场每３台液压支架安装一套监测传感器（包括前㊁后立柱压力２个压力传感器和顶梁㊁掩护梁㊁底座３个倾角传感器），总计安装４０套；在工作面端头安装１台分站，在顺槽集控中心安装１台主站㊂布置方案如图８所示㊂图８㊀井下设备布置方案Ｆｉｇ．８㊀Ｌａｙｏｕｔｐｌａｎｏｆｅｑｕｉｐｍｅｎｔ三轴无线倾角传感器布置方案如图９所示㊂传感器为本质安全型，测量角度范围ʃ９０ʎ，测量误差ʃ１ʎ，传输协议采用ＭｏｄｂｕｓＴＣＰ，采集周期：２０ｓ，延时小于１００ｍｓ，供电方式为干电池供电，可满足１年以上数据采集电量需求㊂主站和分站采用１２７Ｖ直流电源供电，如图１０所示㊂图９㊀倾角传感器布置方案Ｆｉｇ．９㊀Ｌａｙｏｕｔｐｌａｎｏｆｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒ３．３㊀工作面三维仿真与运行态势分析决策平台㊀㊀工作面三维仿真与运行态势分析决策系统是复杂条件工作面智能开采的大脑㊂监测系统采集的数图１０㊀液压支架倾角传感器Ｆｉｇ．１０㊀Ｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒ据会在平台上进行解算，得出液压支架受力状态和姿态，从而判定围岩稳定性和工作面倾角；同时，可基于历史数据进行趋势分析㊁推进方向路径规划及矿压动态预测；预测结果可通过自动或人工发送指令控制工作面装备调整开采工艺和参数㊂３．３．１㊀液压支架受力状态及位姿解算在倾斜工作面，液压支架受力分析必须考虑角度因素［１８］，如图１１所示㊂图１１㊀液压支架受力分析Ｆｉｇ．１１㊀Ｆｏｒｃｅａｎａｌｙｓｉｓｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔ根据力平衡原理得ðＸｉ＝Ｆｃ－ｆｃ()ｓｉｎθｃ＋Ｆｓ＋ｆｂ()ｓｉｎθｂ＋Ｑｘ()ｓｉｎθｃ－Ｆｙｃｏｓθｙ－Ｆｂｃｏｓθｂ＝０（１）ðＹｉ＝Ｆｃ－ｆｃ()ｃｏｓθｃ＋Ｆｓ＋ｆｂ()ｃｏｓθｂ＋Ｆｂｓｉｎθｂ－Ｑｘ()ｃｏｓθｃ－Ｆｙｓｉｎθｙ－Ｇ＝０（２）式中：Ｆｃ和Ｆｓ为伸缩梁千斤顶和推移千斤顶推力；Ｆｙ为掩护梁在顶梁平面上的投影面积承载的顶板压力再分解至垂直掩护梁方向上的力；ｆｃ和ｆｂ分别为摩擦阻力；θｂ㊁θｙ㊁θｃ分别为液压支架底座㊁掩护梁和顶梁与水平夹角；Ｑ为液压支架顶板载荷；ｘ为液压支架顶板载荷位置；Ｇ为液压支架重力㊂由式（１）和式（２）可求得液压支架底座㊁掩护梁和顶梁在θｂ㊁θｙ㊁θｃ倾角情况下的受力状态，给出合力作用点位置㊁相对正常位置的偏移量㊁立柱平衡性等参数值㊂同时，基于倾角传感器数据可计算出４５１任怀伟等：煤矿千米深井智能开采关键技术研究与应用２０２１年第４期支架实时高度㊁立柱在来压期间下缩量等，如图１２所示㊂液压支护系统的整体受力㊁空间位姿也反映着工作面围岩的力学状态㊁角度及空间形态㊂这些数据均是三维仿真与运行态势分析㊁决策的依据㊂图１２㊀液压支架参数计算Ｆｉｇ．１２㊀Ｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔｐａｒａｍｅｔｅｒｓ３．３．２㊀基于大数据的矿压分析预测技术千米深井软岩条件开采条件下，工作面矿压规律不明显，传统基于各种顶板结构模型的矿压分析预测方法难以适用，这里尝试采用基于大数据的矿压分析预测技术，分别从预测算法㊁模型输入输出特征工程以及数据分布３个方面进行研究㊂算法方面，液压支架工作阻力数据为典型的时间序列数据，分别基于支持向量机（ＳＶＲ）㊁函数链接预测误差法（ＦＬＰＥＭ）㊁极限学习机（ＥＬＭ）㊁长短期记忆网络（ＬＳＴＭ）㊁ＢＰ神经网络㊁自回归滑动平均模型（ＡＲＭＡ）㊁最小二乘支持向量机（ＬＳＳＶＭ）等机器学习算法建立液压支架工作阻力预测模型㊂经测试，ＦＬＰＥＭ和ＡＲＭＡ两种算法的预测精度比较高㊂模型输入输出特征工程方面，针对单个支架，选取该液压支架在采煤机第ｋ刀煤过程中的１２个工作阻力数据为模型的输入（一刀煤的时间大约为１ｈ，液压支架工作阻力数据采样时间为５ｍｉｎ），该液压支架在采煤机第ｋ＋２刀煤过程中的第一个工作阻力数据为模型的输出，确定１２维输入１维输出的工作阻力超前一刀预测模型㊂数据分布方面，针对支护过程中时变工况影响工作阻力数据分布㊁导致预测模型失准的问题，采用数据分布域适应迁移算法进行数据分布一致化处理，消除时变工况干扰㊂基于上述３个方面研究，对口孜东煤矿１４０５０２工作面液压支架工作阻力进行超前预测，采用ＦＬＰＥＭ算法，模型预测精度达到９２％㊂如图１３所示为某一液压支架前立柱工作阻力监测值和预测值对比㊂３．３．３㊀工作面空间态势分析和截割路径规划理想情况下，智能化开采要能够使煤机装备自图１３㊀液压支架工作阻力预测结果与相对误差Ｆｉｇ．１３㊀Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｗｏｒｋｉｎｇｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔ动跟随煤层条件变化㊁做到自适应开采［１９］㊂这就需要根据感知数据分析拟合装备的状态和运行趋势，并规划后续推进控制参数㊂影响智能化开采的因素很多，这里集中讨论煤层倾角变化带来的问题㊂如前所述，１４０５０２工作面在走向和倾向方向都是倾斜的㊂有一定角度，且煤层顶底板曲面在揭露的巷道轮廓和切眼轮廓基础上仍有较大的起伏变化㊂因此，给工作面内成套装备的姿态控制和沿巷道的推进方向控制带来很大困难㊂１）工作面内装备姿态控制㊂工作面底板起伏影响液压支架姿态，在移架过程中会发生挤架㊁咬架显现，自动跟机程序无法正常运行㊂因此需根据感知到的工作面倾角变化情况，在跟机移架过程中，自动调整跟机速度㊁跟机架数以及架间的距离，目的是保障顺利移架，跟上采煤机割煤速度㊂因此，建立了以支架移架速度不小于采煤机速度为优化目标㊁以移架规则为约束条件的液压支架跟机规划模型：ｍｉｎ｛ＮＤ／Ｎ１ｔ１＋Ｎ２ｔ２＋Ｎ３ｔ３()－ｖｓｈｅａｒ｝ｓ．ｔ．Ｎ１ȡＮ２ȡＮ３３ɤＮ１＋Ｎ２＋Ｎ３ɤ３ＣｅｉｌΔｍ／Ｄ[]Ｎ＝ＣｅｉｌＮ１＋Ｎ２＋Ｎ３[]ìîíïïïï式中：Ｎ为支架总数；ｖｓｈｅａｒ为采煤机速度；Ｎ１㊁Ｎ２㊁Ｎ３㊁ｔ１㊁ｔ２㊁ｔ３分别为需要进行降架㊁移架㊁升架操作的支架数量与时间；Δｍ为安全距离；Ｄ为架宽；Ｃｅｉｌ［㊃］５５１２０２１年第４期煤炭科学技术第４９卷为朝正向取整函数㊂根据上式，控制系统会根据工作面角度变化引起的液压支架姿态变化和相关位姿关系变化，同时考虑煤机位置㊁速度等参数，自动调整跟机移架策略，从而适应煤层在倾向方向的变化㊂２）截割推进方向控制㊂对于基于滚筒采煤机的长壁综采装备而言，截割推进方向调整一般情况下是靠调整滚筒截割高度和卧底量实现的［２０］㊂受装备配套尺寸限制，工作面每次调整的角度是有限的，因此必须在煤层角度变化之前提前调整，才能使装备逐渐改变推进方向，而调整量和每刀采煤机滚筒卧底抬高的高度需要超前规划和预测㊂基于采煤机滚筒高度在工作面各监测点数据，利用机器学习算法，以前３刀数据为模型输入，未来１刀数据为输出，建立滚筒高度预测模型，实现超前一步预测，从而可以进一步规划工作面倾向和推进方向的推进路径㊂图１４所示采煤机滚筒高度在整个工作面倾向方向的预测值和实际值对比㊂图１４㊀滚筒高度预测结果Ｆｉｇ．１４㊀Ｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓｏｆｒｏｌｌｅｒｈｅｉｇｈｔ４ 现场试验与数据分析研发的７．２ｍ超大液压支架㊁工作面状态监测系统和三维仿真与运行态势分析决策平台于２０２１年２月安装在口孜东煤矿１４０５０２工作面（图１５），进行工业试验㊂图１５㊀口孜东煤矿１４０５０２工作面Ｆｉｇ．１５㊀Ｎｏ．１４０５０２ｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｏｆＫｏｕｚｉｄｏｎｇＣｏａｌＭｉｎｅ工作面液压支架状态监测系统也同步安装完成，图１６所示为现场安装的倾角传感器㊂图１６㊀液压支架倾角传感器安装情况Ｆｉｇ．１６㊀Ｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎｓｅｎｓｏｒｉｎｓｔａｌｌｅｄｏｎｓｉｔｅ根据液压支架顶梁㊁掩护梁和底座倾角传感器安装情况，可以对局部工作面液压支架的姿态进行实时监测，如图１７所示㊂图１７㊀液压支架倾角监测情况Ｆｉｇ．１７㊀Ｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｉｎｃｌｉｎａｔｉｏｎａｎｇｌｅｏｆｈｙｄｒａｕｌｉｃｓｕｐｐｏｒｔ工作面三维仿真与运行态势分析决策平台安装在地面集控中心的服务器上，如图１８所示㊂图１８㊀工作面三维仿真与运行态势分析决策平台Ｆｉｇ．１８㊀Ｔｈｒｅｅ－ｄｉｍｅｎｓｉｏｎａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅａｎｄｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｉｔｕａｔｉｏｎａｎａｌｙｓｉｓｄｅｃｉｓｉｏｎ－ｍａｋｉｎｇｐｌａｔｆｏｒｍ工作面三维仿真与运行态势分析决策平台分为３个区域：中间为工作面三维虚拟仿真系统，可根据感知数据实时驱动三维模型运动，从而反映井下工作面真实的情况；同时，也可根据后台预测㊁分析的结果，由优化后的运行参数驱动，提前对后续开采过程进行模拟仿真，从而验证优化结果的有效性；左侧６５１任怀伟等：煤矿千米深井智能开采关键技术研究与应用２０２１年第４期区域为工作面压力及截割轨迹的实时监测结果㊁预测结果的实时展现，直观看到工作面来压情况㊁即将来压的情况，截割过的轨迹以及即将截割的方向趋势，便于把握总体运行情况和趋势（图１９所示）；右侧区域为工作面主要设备运行参数显示及控制区，可事实查看设备的速度㊁方向㊁电机温度㊁高度㊁工作阻力等参数，并且在安全和许可的条件下，部分参数可由人工修改，以便更好地控制设备运行（图２０所示）㊂图１９㊀工作面总体运行情况和趋势界面Ｆｉｇ．１９㊀Ｏｖｅｒａｌｌｏｐｅｒａｔｉｏｎｓｔａｔｕｓａｎｄｔｒｅｎｄｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅ图２０㊀设备控制界面Ｆｉｇ．２０㊀Ｄｅｖｉｃｅｃｏｎｔｒｏｌｉｎｔｅｒｆａｃｅ上述设备㊁系统和平台在１４０５０２工作面开采过程中发挥了重要作用㊂现场试验表明：工作面在试验期开采高度达到６．５ｍ左右，每天割煤４ ５刀，月产达到３１．５万ｔ㊂７ｍ四柱式超大采高液压支架在１４ʎ １７ʎ俯采㊁顶板相对破碎㊁煤层普氏系数为１．６的条件下使用，可靠性和适应性较之前该矿使用的支架明显提升，煤壁片帮㊁顶板漏矸情况较少，以前立柱受力为主，没有出现拔后柱情况，工作面安全性大幅改善㊂通过压力和姿态监测数据可实时解算支架合力作用点位置和稳定性，从而保证围岩稳定支护；在工作面三维仿真与运行态势分析决策系统中分析工作面推进方向的变化趋势，判断装备开采空间与煤层的叠加重合度，从而超前调整开采工艺参数以适应煤层变化，实现了千米深井三软煤层的安全高效开采㊂５㊀结㊀㊀论以中煤新集口孜东煤矿１４０５０２工作面地质条件为基础，研究了千米深井复杂条件工作面智能化开采关键技术，并研发了成套装备和监测系统㊁虚拟仿真决策平台，为复杂难采煤层开采提供了技术与装备支撑㊂１）深部开采中，煤层三维曲面分布及围岩变形是其主要特征，综采装备的三维空间姿态及受力状况感知㊁预测是安全㊁高效开采的核心，而非简单条件工作面设备的协同联动控制㊂基于预测结果的预警㊁提前启动工艺保障措施是顺利开采的关键㊂２）研发了基于ＬＯＲＡ的工作面液压支架（围岩）状态监测系统，形成 集控中心－主（以太网）㊁主－分（ＣＡＮ总线）㊁分－传感器（ＬＯＲＡ自组网） 的通信链路，同时获取立柱压力和支架姿态数据㊂３）提出了基于大数据分析的矿压分析预测算法，采用数据分布域适应迁移算法解决了支护过程中时变工况导致预测模型失准的问题，模型预测精度达到９２％以上㊂４）研发了基于Ｕｎｉｔｙ３Ｄ的工作面三维仿真与运行态势分析决策系统，通过监测感知数据实时驱动工作面装备三维模型，同时基于大数据分析结果预测㊁分析和模拟后续开采过程，支撑复杂条件下的围岩控制和煤层跟随截割控制的智能决策㊂针对复杂条件煤层智能开采技术的研究目前尚处于起步阶段，技术㊁工艺和管理上还有许多未解决的问题，需要在环境感知㊁数据分析㊁控制算法等方面加大研究力度，充分利用物联网㊁大数据㊁深度学习等先进技术，不断提高综采装备的智能控制水平，提升复杂条件煤层智能化综采技术的系统性适用性㊁稳定性和协调性，最终降低井下工作人员的劳动强度，提高采出效率和效益㊂参考文献（Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅｓ）：［１］㊀ＷＡＮＧＧｕｏｆａ，ＸＵＹｏｎｇｘｉａｎｇ，ＲＥＮＨｕａｉｗｅｉ．Ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔａｎｄｅｃｏ⁃ｌｏｇｉｃａｌｃｏａｌｍｉｎｉｎｇａｓｗｅｌｌａｓｃｌｅａｎｕｔｉｌｉｚａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｉｎＣｈｉｎａ：ｒｅｖｉｅｗａｎｄｐｒｏｓｐｅｃｔｓ［Ｊ］．ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＪｏｕｒｎａｌｏｆＭｉｎｉｎｇＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，２９（２）：１６１－１６９．［２］㊀ＫＥＬＬＹＭ，ＨＡＩＮＳＷＯＲＴＨＤ，ＲＥＩＤＤ，ｅｔａｌ．Ｌｏｎｇｗａｌｌａｕｔｏｍａ⁃ｔｉｏｎ：ａｎｅｗａｐｐｒｏａｃｈ［Ｃ］／／３ｔｈＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌＳｙｍｐｏｓｉｕｍ－ＨｉｇｈＰｅｒｆｏｒｍａｎｃｅＭｉｎｅＰｒｏｄｕｃｔｉｏｎ．Ａａｃｈｅｎ：ＣＲＩＳＯＥｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ＆Ｍｉｎ⁃ｉｎｇ，２００３：５－１６．［３］㊀李㊀森．基于惯性导航的工作面直线度测控与定位技术［Ｊ］．７５１。
煤矿绿色开采问题研究
煤矿绿色开采问题研究摘要：本文首先介绍了绿色开采内涵及其意义，然后详细阐述了主要的绿色开采技术，最后提出了绿色开采技术的发展。
关键词：煤矿，绿色开采。
中图分类号：o741+.2 文献标识码：a 文章编号：1 绿色开采内涵及其意义绿色开采技术指的是在进行煤炭资源的开采过程中为了降低对周围环境的破坏、避免各种环境污染，坚持可持续发展的原则，积极推行一种将生态保护和矿产企业经济效益相结合的煤矿开采技术。
在煤矿开采中运用绿色开采技术的整体目的是为了能实现矿产资源开采中生态和资源效益的最佳结合。
绿色开采技术的基本出发点是为了降低煤矿开采中对资源和环境造成的不利影响。
在煤矿开采中实施绿色技术对于促进我国的煤炭行业的进一步发展有至关重要的作用：首先，在煤矿开采中实施绿色技术能将开采出来的各种废土、矸石等进行回收利用，作为建筑材料或者是填充材料，从而降低对地表土资源的破坏，实现循环利用。
其次，在煤矿开采过程中使用绿色技术能保证开采活动科学性，不仅能对地表水资源进行保护，而且有助于稳定地下水系统，保证地下水资源的正常循环和流动。
再次，在煤矿开采中使用绿色技术能将矿井内的混合气体进行分离回收，进行合理的排放，减少对空气的污染，降低酸雨发生的概率，营造健康的生活环境。
最后，在煤矿开采中使用绿色技术是未来矿产开采的趋势，煤炭企业实施绿色技术能加强自身的实力，在竞争激烈的矿产资源市场中能占据更加有利的地位。
2主要的绿色开采技术2.1 保水开采由于我国地理环境复杂，在我国5 0 %的矿井具有透水性的危害，并且随着矿井深度的不断扩大，透水引发的危险也相对加重。
因为水资源不仅关系到人们正常的生活，而且对国家的经济发展也产生一定的影响，所以在煤矿开采过程中加强对水资源的保护，对矿井水要进行有效的利用，一般来说，在水资源比较稀缺的地区要将重点放在对水资源的保护上，在水资源比较丰富的地区在保水开采中要将重点放在对透水事故的防御中。
保水开采技术是由于在煤矿开采过程中会对原来的地表径流造成破坏或者是在开采中对地质结构层产生破坏，导致地下水形成下降漏斗，这个时候就需要并采用保水技术对岩层进行相应的处理，如果上覆岩层含有软弱岩层，那么就可以通过压实使裂隙闭合形成新的隔水带，这样地表水和地下水就能及时补给，从而帮助地下水位逐渐恢复。
煤与瓦斯共采理论与实践课件
制定安全规程
制定详细的安全操作规程，确保作业人员熟悉并 遵守。
实施安全检查
定期对煤与瓦斯共采设备进行安全检查，确保设 备正常运转，消除安全隐患。
ABCD
强化安全培训
定期对作业人员进行安全培训，提高他们的安全 意识和应对突发情况的能力。
建立应急预案
制定应急预案，对可能发生的瓦斯泄漏、火灾等 事故进行及时处置，减少事故损失。
特点
该技术具有高效、安全、环保等特点， 能够实现煤炭和瓦斯资源的双重利用， 提高矿井经济效益和资源利用率。
煤与瓦斯共采的重要性
01
提高煤炭开采效率
通过同时开采煤炭和瓦斯，可以 缩短采煤周期，提高矿井生产能 力。
02
充分利用资源
03
保障矿井安全
瓦斯是一种清洁能源，可用于发 电、供暖等领域，实现资源的多 重利用。
煤与瓦斯共采技术可以降低矿井 瓦斯浓度，减少瓦斯积聚，从而 降低瓦斯爆炸等事故风险。
煤与瓦斯共采的历史与发展
历史
煤与瓦斯共采技术起源于20世纪 初，经过多年的研究和实践，逐 渐发展成熟。
发展
近年来，随着科技的不断进步和 环保意识的提高，煤与瓦斯共采 技术不断创新和完善，成为煤炭 开采领域的重要发展方向。
强化安全管理
加强煤与瓦斯共采过程中的安全管理，确保开 采过程的安全性和稳定性。
优化采掘协调
通过优化采掘协调，提高开采效率，降低生产成本。
感谢您的观看
THANKS
煤与瓦斯共采典型案例
山西焦煤集团
该集团采用地面钻井抽采技术和井下瓦斯抽采技术相结合的方式，实现了煤与瓦斯的共采，提高了煤 矿的安全性和经济效益。
平顶山煤业集团
该集团采用采空区瓦斯抽采技术，成功地解决了采空区瓦斯涌出量大的问题，提高了煤矿的安全性和 经济效益。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
一、我国煤炭安全开采现状
2030、2050年煤炭需求预测
类别
能源需求总量 （亿t标煤） 煤炭需求量 （亿t标煤） 煤炭占能源需求量 的比重（%）
按能源需求总量预测
2010~2020年 2021~2030年
42~50
51~64
25~28.5
28.5~32
57%~60%
50%~56%
2031~2050年 59~78 28.5~32
1.5
2050年 40~45 28.5~32.5 3~3.3 2.7~2.9 4.5~5
1.3
5
一、我国煤炭安全开采现状 我国煤矿地质条件极其复杂 ➢ 93%为井工开采，70%以上国有煤矿是高瓦斯矿井；近 10年来，我国煤炭产量年增幅2亿多吨，2012年全国 煤炭产量达36.5亿吨，贡献巨大，难度巨大。
我国煤层瓦斯分区、 分带和煤与瓦斯突出 矿区分布图
6
一、我国煤炭安全开采现状 我国煤矿安全形势严峻 ➢ 应该清醒地看到，随着开采规模和开采深度的变化， 我国大部分煤矿将成为低透气性高瓦斯开采条件，此 类条件瓦斯治理是世界性难题，长期以来没有解决， 造成煤矿瓦斯事故多发，安全高效开采难以实现。
我国高瓦斯矿区分布图
166
4 辽宁孙家湾煤矿“2.14”特别重大瓦斯爆炸事大透水事故
2005年
123
6 黑龙江东风煤矿“11.27”特别重大煤尘爆炸事故 2005年
172
7 河北刘官屯煤矿“12.7”特别重大瓦斯爆炸事故 2005年
108
8 山西瑞之源煤矿“12.5”特别重大瓦斯爆炸事故 2007年
➢ 全国1044个煤与瓦斯突出矿井中，井型为45万吨/年以 下的突出矿井占72.1%，产量仅仅占1.9%。因此，从提 升安全保障能力、调整产业结构和实现煤矿安全生产 形势根本好转方面考虑，必须提高煤矿的准入门槛;
➢ 南方十省产量仅占17%～19%，死亡人数占54%～58%， 百万吨死亡率是北方九省的10～20倍；
➢ 我国煤矿瓦斯地质赋存条件复杂，仅靠地面煤层气开 采技术不能解决大部分矿区瓦斯治理难题，遏制不了 瓦斯事故的发生，必须坚持“两条腿走路”，即煤矿 区井下瓦斯抽采与地面煤层气开发相结合、采煤采气 一体化的技术路线。
12
2 煤与瓦斯共采理论创新
二、煤与瓦斯共采理论创新
国家多次立项以典型矿区——淮南煤矿为基地开展研究， 寻求高瓦斯复杂条件瓦斯治理理论与技术突破
➢ 2012年，全国煤矿瓦斯事故死亡人数下降到350人， 百万吨死亡率下降到0.379，但与世界先进水平差距 仍然较大（2009年澳大利亚0.01，美国0.018，南非 0.07，印度0.176，俄罗斯0.19，波兰0.266），我国 煤矿安全生产要实现根本好转，任重而道远。
9
一、我国煤炭安全开采现状
➢ 我国煤矿安全生产形势十分严峻，瓦斯防治任务艰巨； ➢ 煤矿瓦斯治理理论创新迫在眉睫，必须走科学开采、煤
与瓦斯共采、安全绿色开采的新路子！
11
一、我国煤炭安全开采现状
煤炭开采面临科学问题，存在重大工程技术难题，瓦斯 治理任务艰巨，科学开采势在必行
➢ 大部分资源将转入深部开采，我国探明的5.57万亿t 煤炭资源1000m以下占53%。深部开采基础研究不够， 不同开采条件的构造场、应力场、裂隙场和瓦斯场不 清楚，煤矿技术措施存在盲目性，缺乏针对性。
105
9 山西新塔尾矿库“9.8”特别重大溃坝事故
2008年
276
10 黑龙江新兴煤矿“11.21”特别重大瓦斯爆炸事故 2009年
108
8
一、我国煤炭安全开采现状
➢ 事故原因表明：80%以上重特大事故均存在地质情况 不清、灾害升级、威胁不明、重大技术难题没有解决、 安全投入欠账、人才匮乏严重、现场管理不到位等重 大问题，却盲目生产甚至扩大能力生产；
7
一、我国煤炭安全开采现状
➢ 2003~2009年死亡百人以上矿山特别重大事故统计
序号
事故名称
发生时间 死亡人数
1 重庆开县“12.23”天然气井喷事故
2003年
243
2 河南大平煤矿“10.20”特别重大瓦斯爆炸事故
2004年
148
3 陕西陈家山煤矿“11.28”特别重大瓦斯爆炸事故 2004年
一、我国煤炭安全开采现状
我国的能源结构
天然气 核电、水电 石油 3.50% 7.70% 11.90%
天然气 石油 3.10% 20.40%
核电、水电 7.20%
能源生产结构图
煤炭 76.90%
能源消费结构图
煤炭 69.30%
国家《能源中长期发展规划纲要（2004～2020年）》 中确定，中国将“坚持以煤炭为主体、电力为中心、油气 和新能源全面发展的能源战略”；中国工程院《国家能源 发展战略2030～2050》报告提出2050年煤炭年产量控制在 30亿吨，因此煤炭将长期作为我国的主导能源。
淮南煤矿瓦斯地质及开采条件
创新工程科技理念 实现煤与瓦斯共采
袁亮
中国工程院能源与矿业工程学部 院士 煤炭开采国家工程技术研究院 院长 煤矿瓦斯治理国家工程研究中心 主任 淮南矿业(集团)公司 董事、副总经理
提纲
一、我国煤炭安全开采现状 二、煤与瓦斯共采理论创新 三、煤与瓦斯共采关键技术 四、煤与瓦斯共采推广应用
1 我国煤炭安全开采现状
➢ 按我国目前保证安全生产的科技水平，达到“科学产 能”产量仅1/3，即8～10亿吨，其水平与美国相当；
10
一、我国煤炭安全开采现状
➢ 特大型瓦斯事故仍然频繁发生的客观原因是地质条件特 别复杂，而且随着生产规模提高，开采深度增加瓦斯事 故由西南地区（20世纪60～70年代的云贵川）向较为复 杂的东部、中部（20世纪80年代～90年代中期的江西、 安徽、河南）和相对简单的东北、西北地区（20世纪90 年代～21世纪初期的辽宁、黑龙江、陕西、新疆）转移， 事故起数死亡人数曾经创历史最高；
41%~48%
类别 国内煤炭需求总和
1.电力 2.钢铁 3.建材 4.化工 5.其他
按行业统计的煤炭需求预测
2007年
2020年
2030年
25.8
35~40
40~45
14.4
23~27
28~32
3.4
3.8~4.1 3.6~3.9
3.5
3.7~3.9 3.4~3.6
1.4
2.5~3
3.5~4
3.1
2