[00137257]薄煤层智能化开采与安全保障技术

本项目属于煤炭地下开采领域,来源于国家高技术研究发展计划（863计划）项目“薄煤层开采关键技术与装备”（2012AA062101）,并得到了国家自然科学基金面上项目：煤层群薄煤层机械化开采卸压增透机理研究（51374200）、深部极薄煤层钻采卸压增透作用机理研究（51404249）和江苏省自然科学基金青年项目：极薄保护层钻采对高瓦斯煤层群卸压增透的作用机制（BK20140201）、煤的多元气体竞争吸附特性和注氮置换瓦斯机理研究（BK20140208）的支持,开发了薄煤层智能化开采与安全保障技术。 我国薄煤层储量约占总储量的20%,多为国家需要保护性开采的稀缺煤种,由于我国稀缺煤种供给仅为需求的一半,2012年国家发改委颁布的《特殊和稀缺煤类开发利用管理暂行规定》要求高于其他煤种回采率3%开采稀缺煤种（薄煤层＞88%）。由于薄煤层工作面采掘空间狭小,装备适应性差,普遍存在煤炭资源回收率低、安全条件差、工人作业环境恶劣等问题,各类矿区普遍存在“采厚弃薄”现象,薄煤层产量仅为煤炭总产量的10%,为此,急需研发薄煤层智能化开采关键技术。随着开采深度的增加,开采保护层卸压上下煤层瓦斯是深部煤层群安全开采的有效方法,薄煤层作为首采保护层,影响其安全开采的关键是瓦斯与顶板灾害能否有效控制,为此,本项目有针对性地研发了首采薄煤层的安全保障技术,形成了薄煤层智能化开采与安全保障技术体系,为实现薄煤层安全高效智能化开采、推动煤炭行业技术升级创造了重要条件。主要创新是： 1、构建了薄煤层开采的智能化决策支持系统。建立了开采方法优选的蒙特卡罗-层次分析模型、综采面设备选型与配套专家系统和开采模式优选的BP神经网络模型,实现了开采方法选择、设备配套及开采模式优选的智能化;提出了薄煤层开采的系统性设计方法,包括以工作面增产提效为核心的采区（面）尺寸优化、基于模糊多属性多目标决策方法的薄煤层采掘系统“整体降高”和区段煤柱设计。显著提高了薄煤层开采方法、设备配套、开采模式及开采参数与地质生产条件的匹配程度,实现了薄煤层开采设计的智能化。 2、研发了薄煤层综采面智能化开采关键技术。提出了“地质条件CT精细探测+采煤机预设轨迹+三机协同控制+视频监控干预”智能化开采模式,开发了地质异常体CT探测分析的软件系统,发明了薄煤层工作面断层、褶曲、煤厚变化带及高瓦斯区的4种条件的自动割煤策略设计方法,开发了薄煤层综采工作面三机协同控制关键技术,发明狭长空间的图像提质及抗噪编码装备,实现薄煤层超长综采工作面的自动割煤、可视化监控和无人化作业。 3、开发了薄煤层开采的智能化监控系统。构建了薄煤层超长工作面生产系统集中远程控制系统,研发了工作面通信集成平台及移动互联技术、薄煤层综采工作面集中智能控制系统,攻克了薄煤层综采工作面、回采巷道系统装备集中控制中的数据融合处理和故障诊断分析难题,提高了薄煤层装备的智能化控制及预警保障能力。 4、研发了薄煤层综采面瓦斯与顶板灾害防控技术。构建了薄煤层卸压开采流固耦合模型,掌握了卸压开采过程中瓦斯渗流路径及覆岩渗透率演化规律,为煤层群瓦斯抽采提供了理论依据;发明了受载煤体注气驱替瓦斯实验系统,揭示了煤体注其驱替瓦斯的机理,为提高本煤层瓦斯透气性提供了方法;发明了全自动支架下缩监测仪,开发了工作面围岩控制智能决策支持系统软件,实现薄煤层综采面矿压的实时监控、预警与安全控制。 本项目已获得8项发明、受理发明专利7项、3项实用新型专利授权,登记9项软件著作权,发表论著24篇,其中被SCI、EI检索22篇。研究成果在冀中能源邯郸矿业集团、中煤集团、陕西汇森煤业公司等单位应用,累计获得直接经济效益2亿元以上,具有广阔的推广应用前景,对解决煤矿安全高效生产技术难题,促进薄煤层开采技术升级革新具有重要作用。