【能源人都在看|首席科学家专题 | 任怀伟研究员：煤矿千米深井智能开采关键技术研究与应用( 三 ) 【能源人都在看

37.0m大采高复杂条件工作面智能化关键技术3.17.0m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。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。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。

文章图片
3.2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。然而，对于走向、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。 3.3工作面三维仿真与运行态势分析决策平台
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。监测系统采集的数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、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。
4现场试验与数据分析
研发的7.2m超大液压支架、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。

文章图片
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。

文章图片
根据液压支架顶梁、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。

文章图片
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。

文章图片
5结论
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、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。
1)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、预测是安全、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。基于预测结果的预警、提前启动工艺保障措施是顺利开采的关键。
2)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)、主-分(CAN总线)、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。
3)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。
4)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、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。
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、工艺和管理上还有许多未解决的问题，需要在环境感知、数据分析、控制算法等方面加大研究力度，充分利用物联网、大数据、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、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。