Что такое лава в шахте
Лава (горное дело)
Содержание
Элементы
История термина
Первоначально термин «Лава» употреблялся на шахтах Донбасса. В литературе впервые этот термин использовал А. И. Куприн в рассказе «В недрах земли» (1899) [1]
Примечания
См. также
Полезное
Смотреть что такое «Лава (горное дело)» в других словарях:
Горная выработка — искусственная полость, сделанная в недрах земли или на поверхности. Подземные горные выработки, независимо от наличия непосредственного выхода на поверхность, имеют замкнутый контур поперечного сечения. Выработки, расположенные на поверхности… … Википедия
ПЕРЕХОДИТЬ — ПЕРЕХОДИТЬ, перейти, перехаживать, идти через что, по чем. Перейдем мост или через мост. Перейдешь ли тут? можно ли, удобно ли перейти. Никому не переходи дороги. Что, я тебе дорогу перешел, что ли? чем прогневил? Я тут не перехажаваль реки, и… … Толковый словарь Даля
Соединённые Штаты Америки — Соединенные Штаты Америки США, гос во в Сев. Америке. Название включает: геогр. термин штаты (от англ, state государство ), так в ряде стран называют самоуправляющиеся территориальные единицы; определение соединенные, т. е. входящие в федерацию,… … Географическая энциклопедия
ЭПИЛЕПСИЯ — ЭПИЛЕПСИЯ. Содержание: История. 531 Этиология. 532 Распространение. 536 Патологическая анатомия. 5 37 Экспериментальная патология. 539 Патогенез … Большая медицинская энциклопедия
devover
devoverВ погоне за мечтой.
Сидя дома думаешь о ебенях. Сидя в ебенях думаешь о доме.
Не та лава которую извергает вулкан. Речь пойдёт о лаве в угольной шахте, а именно об основном виде разработки угольных пластов.
Нет на фото не лава, а часть руддвора.
Чтоб понимать что такое лава, ознакомимся немного с теорией.
Уголь как вам известно залегает пластами, и для удобства его добычи забой проходит по всей длине пласта как показано на картинке ниже:
Пласт может идти под любым углом, в зависимости от геологии.
Разработка лавы может производится как в ручную так и механически.
С ручной разработкой всё очевидно и понятно. Шахтёры ползая на карачках по локти в воде, подпирая свод распорами из подручных материалов, отбойными молотками выдают уголь на конвейер. Всё сурово и дешево. Ручную лаву я никогда не видел, но наслышан. Когда кто-то жалуется что он сильно устал в офисе, то вспомните этих ребят:
Сама по себе лава выглядит так:
Механические методы куда более брутальны и изящны.
Штреки и другие выработки проходят горнопроходческим комбайном.
Во время проходки, добытый уголь как правило уходит на террикон, так как он идёт в перемешку с другой случайно попавшей под раздачу породой. В разных угольных районах Украины, я часто видел как люди лазят по относительно свежим терриконам и собирают тот самый уголь, который попал туда при проходке штреков и других нерудных тоннелей.
Под самим комбайном проходит конвейер, на который падает добытая руда и уходит на пересыпь на другой конвеер. Далее по штрекам, квершлагам и другим интересным местам, руда по конвейеру попадает либо в наклонник (по которому конвейер доставляет её на вверх), либо в бункер, откуда скипами уголь будет поднят по стволу на поверхность.
Сбоку эта штука выглядит так:
Как видно, её рабочий орган может перемещаться в двух осях выбирая породу по максимуму.
На заднем фоне располагается гидравлическая крепь, которая движется строго за комбайном по мере выработки угля.
Сама крепь выглядит примерно вот так:
Каждый агрегат устанавливается друг за другом, и в паре шагает вперёд удерживая свод.
Смотрится это конечно очень круто 🙂
Во время проходки в забое стоит сплошной туман из угольной пыли.
Существует ещё и такой тип добычи, но как по мне коэффициент полезного действия у него будет куда ниже, чем у барабанного комбайна.
Дальше уголь по конвейерам поступает на выход.
Вообще кто не догадался, это шахта не совсем настоящая, а самый что ни наесть настоящий музей, который был оборудован на основе настоящей шахты. Сама шахта была давно закрыта, для экскурсантов показываю только пару километров приствольных выработок и пару лав разной степени запущенности, а остальные километры тоннелей были наглухо отбетонированы и попасть туда не представляется возможным.
Шахта находится в агломерации Катовице, в городе Забже. Как по мне это один из лучших музеев на базе настоящего предприятия. Техника ни разу не бутафорская, когда-то было в работе и до сих пор готова к новым трудовым подвигам.
Всем любителям горнопроходческого дела рекомендую посетить этот аттракцион. Экскурсии на польском языке, но в принципе всё понятно о чём идёт речь.
Везде по шахте проложено стационарное освещение, сквозняки на централках отсутствуют.
В реальности основным источником света на предприятии являются фонари самих шахтёров и штатное освещение на технике, такие меры предосторожности связаны с взрывоопасностью угольного дела. Конечно на предстволовые выработки и на мастерские это правило не распространяется.
Один из примеров «ручной» лавы, и её крепей.
Ещё одна «ручная» лава. Слева можно узреть конвейер на который ручками ссыпался добытый уголь.
Самым странным изобретением европейских шахт, по моему мнению, является подвесная монорельсовая дорога. Привод может быть как дизельный, так и от электросети.
Вагоны и локомотив движутся по такому вот двутавру, который закреплён за шахтные крепи.
Проблема всей этой схемы в том, что невозможно построить развитую инфраструктурную сеть данного вида передвижения. Поезд может двигаться только взад вперёд. Ну по крайней мере в данном случае.
С дизельным приводом возможны какие-то усложнения инфраструктуры.
Естественно дальность действия ограничивается длинной питающего кабеля. С дизельным приводом такой проблемы быть не должно.
На локомотиве установлена шестерня, которая входит в зацеп с двутавром.
Для транспортировки с места на место, где отсутствует подвесная дорога, вагоны легко ставятся на обычные вагонетки, и по узкоколейке перемещаются куда им нужно.
Беспощадно-ламповая штука, но как по мне бесполезна. Чем не угодил обычный традиционный шахтный поезд, не понятно.
Кстати на всех поездах катают!
Добыча лавами
Общее описание
История
Основная идея добычи широким очистным забоем была разработана в Англии в конце 17-го века. Шахтеры подрезали уголь по всей ширине забоя, удаляя уголь, и используя деревянные опоры, чтобы контролировать падение кровли. Такой способ был известен как метод добычи Shropshire. В то время как технология существенно изменилась, основная идея остается той же – удалить по существу весь уголь со стороны широкого очистного забоя и позволять кровле и нависающим породам обрушаться в пустоту позади, сохраняя при этом безопасные рабочие места вдоль грани лавы для шахтеров.
Рисунок 1 – Оклахома, продвижение шахты длинными забоями, 1917, стрелки показывают поток воздуха
Рисунок 2 – Западная Вирджиния, отступы в шахте длинными забоями, 1917
Начиная примерно с 1900 года, была применена механизация к этому методу. К 1940 году, некоторые называют выемочные добычи как » конвейерный метод» добычи, после сильного увеличения количества машин в процессах добычи. В отличие от более ранней добычи лаве, использование конвейерной ленты параллельно забоя заставили забой развиваться вдоль прямой линии. Только другие машины использовали электрический резак, чтобы подрезать забое и электродрели для взрывных работ что бы обрушить забой. После того, как обрушился уголь, Вручную его грузили на конвейер параллельно поверхности и ставили деревянные стойки, чтобы контролировать опускание кровли Такие низкотехнологичные Выемочные машины действовали в 1970-е годы. Наиболее известным примером был Гладстон Mine вблизи Centerville, Айова «одна из последних работающих лав Соединенных Штатах». В этой лаве даже не использовали конвейерную ленту, но на пони возили бадьи с уголем от забоя к склону, где подъемник буксировал бадьи к поверхности.
Добыча лавами широко используется в качестве заключительного этапа в горнодобывающей промышленности старой камерной и столбовой систем. В связи с этим, добычу лавой можно классифицировать как форму добычи отступлением.
Планировка
Ворота дороги приводятся в движение к задней части каждой панели перед началом добыча лаве. Ворота дороги вдоль одной стороны блока называется Maingate или headgate; дорога на другой стороне, называется задней двери. Там, где толщина угля позволяет, эти ворота дороги были ранее разработаны непрерывных блоков рудничных, а сама лава не способна начального развития. Схема Выемочные может быть либо типа «опережения» или типа «отступления». В наступающей типа, ворота дороги образуются в забое достижений. В более тонких швов можно использовать опережающий очистной метод добычи. В типе отступления, панель формируется при движении Мэйнгейт, ворота хвоста и лицо, соединяющую оба. Только Maingate дорога формируется заранее лица. Задняя дверь дорога формируется за забой путем удаления камня выше уровня угля для формирования дорожного полотна, который достаточно высок, чтобы ездить в. Конец блока, который включает в лаве оборудование называется лицо. Другой конец блока, как правило, одним из главных туристических дорог шахты. Полость позади лаве называется завал, Гофф или плевок.
Вентиляция
Для того, чтобы избежать самовозгорание угля в зоне выработанного, газы могут быть разрешено строить за уплотнениями, с тем, чтобы исключить кислород из запечатанного области выработанного. Если завал может содержать взрывоопасную смесь метана и кислорода, азота инъекции / инертизации могут быть использованы, чтобы исключить кислород или толкать взрывоопасную смесь глубоко в выработанном пространстве, где не существует вероятных источников воспламенения. Уплотнения должны быть проверены каждую смену сертифицированным шахтной супервизора на наличие повреждений и утечек вредных газов.
Оборудование
Рисунок 3 – Гидравлические упоры
Ряд гидравлических домкратов, называется крепей, клинья или щиты, которые, как правило, 1,75 м в ширину и помещается в длинной линии, бок о бок до 400 м в длину, чтобы поддержать крышу забое. Индивидуальная чурка может весить 30-40 тонн, распространяется на максимальную высоту реза до 6 м и имеют рейтинг текучести 1000-1250 тонн каждый, и гидравлически авансовый собой 1 м, в то время.
Рисунок 4 – Гидравлические упоры, конвейер и стригущим
Рисунок 5 – Колодки, обеспечивающие поддержку, чтобы позволить Ширер работать
Комбайн проводится по длине лица на забойных конвейера (AFC); с использованием системы автоперевозок цепи менее, напоминающий Упрочненная реечный систему, разработанную специально для горнодобывающей промышленности. До Бесцепные систем перевозок, откаточные системы с цепью были популярны, где тяжелая цепь обязанность была проходить по длине очистного забоя за комбайном, чтобы вытащить себя вместе. Комбайн движется со скоростью 10-30 м / мин в зависимости от условий резания.
АФК помещается перед крепей и касательное действие вращающихся барабанов режущими в угольный пласт рассыпается уголь, это грузят АФК. Уголь удаляется из очистного забоя с помощью скребкового конвейера к главным воротам. Здесь он будет загружен на сеть конвейерных лент для транспортировки на поверхность. На главных воротах уголь обычно уменьшается в размерах в дробилке, и загружают на первой конвейерной ленты по стадиям луча погрузчиком (BSL). По мере того как Комбайн убирает уголь, АФК будет извивался над за комбайном и крепей двигаться вперед во вновь созданную полость. В горнодобывающей промышленности прогрессирует и весь лава проходит через шов, выработанное пространство увеличивается. Это выработанное пространство разрушается под действием веса вышележащих слоев. Страты примерно в 2,5 раза больше толщины угольного пласта удаляется обвалы и кровати выше оседают на свернутом выработанном пространстве. Это Collapsing может понизить высоту поверхности, вызывая такие проблемы, как изменение русла рек и сильно повреждающих фундаментов зданий.
Сравнение с комнатного и столбового методов
Выемочные и комната, штендера методы добычи полезных ископаемых могут быть использованы как для добычи подходящих подземных угольных пластов. Лавами имеет лучшее восстановление ресурсов (около 80% по сравнению с примерно 60% для помещения и способа стойки, расходные материалы поддержки меньше крыши необходимы более высокие объемные системы разминирования угля, минимальная механическая обработка и безопасность шахтеров усиливается тем фактом, что они всегда под гидравлической крепи при их добыче угля.
Автоматизации горных работ длиными забоями
Добыча лавами традиционно ручной процесс, в котором выравнивание лица оборудования было сделано с струнных линий. Разработаны технологии, которая позволяет автоматизировать некоторые аспекты ведения горных работ, в том числе очистной системы, которая выравнивает лицо отступающей панели лаве перпендикулярно к воротных дорог.
Вкратце, инерциальная навигационная система выходы используются при расчете мертвом расплаты для оценки позиции Ширер. Оптимальные фильтры Калмана и Гладилки могут быть применены для улучшения счисление оценкам до репозиции лаве оборудования при завершении каждого сдвига. Алгоритмы Expectation-максимизация могут быть использованы для оценки неизвестного фильтра и более гладкие параметры для отслеживания позиции очистной Ширер.
Оседание
Проведенной в 2005 году геотехнических отчет по заказу NSW RTA предупреждает, что «просадка может произойти внезапно и происходят в течение многих лет». Тем не менее, есть несколько шахт, которые были успешно добывали с практически не измеримой оседания поверхности, включая мины под озер, океанов, важных водосбора воды и экологически уязвимых районах
Оседание сведено к минимуму за счет увеличения ширины смежных цепи оплота стабильности блока, уменьшая экстрагированных блоков ширины и высоты, а также учитывая при глубине покрова, а также правомочность и толщина покрова.
Новые угольные лавы
Новая лава запущена на шахте «Ерунаковская-VIII» в Кузбассе
Горняки шахты «Ерунаковская-VIII» начали добывать уголь из новой лавы 48-6. Запасы этого выемочного участка составляют 2,9 млн т коксующегося угля ценной марки ГЖ.
Лава 46-6 расположена на глубине более 500 метров. Забой оснащен современным высокопроизводительным очистным оборудованием фирмы «Joy», с помощью которого горняки планируют ежемесячно добывать 250 — 300 тыс. т угля в зависимости от горно-геологических условий.
Впервые для дегазации выемочного участка на шахте применили станок направленного бурения — VLD-1000 австралийского производства. Новое оборудование позволяет бурить длинные скважины под разным углом падения пласта, добиваясь высоких объемов извлечения метана. Всего для дегазации лавы 48-6 горняки пробурили 10 скважин, их которых извлекли 4,5 млн кубометров метана.
Шахта «Ерунаковская-VIII»-самое молодое угледобывающее предприятие Распадской угольной компании ЕВРАЗа и одно из самых высокотехнологичных в Кузбассе. Горняки отрабатывают запасы в сложных горно-геологических условиях с помощью передовой техники ведущих мировых и отечественных производителей. В 2014 году бригада Александра Ляне выдала на-гора 2,5 млн тонн угля за год, что соответствует проектной мощности предприятия. В 2017 году впервые этот добычной коллектив добыл 3 млн тонн „черного золота“.
Уголь марки ГЖ шахты „Ерунаковская-VIII“ перерабатывается на Центральных обогатительных фабриках „Кузнецкая“ и „Абашевская“. Потребителями готового концентрата являются металлургические предприятия ЕВРАЗа, а также сторонние российские и зарубежные металлургические компании.
Шахта „Комсомольская“ приступила к отработке новой лавы
Шахта „Комсомольская“ компании „Воркутауголь“ (входит в „Северсталь“) ввела в эксплуатацию новый лаву 612-ю пласта Тройного, запасы которой составляют 821 тыс. тонн угля марки 2Ж.
Очистной забой 612-ю оснащен немецким добычным комбайном Eickhoff SL 300, чешской механизированной крепью Ostroj, а также лавным конвейером „Анжера“ отечественного производства. Часть оборудования во время перемонтажа выдавали на поверхность для планового ремонта.
Перемонтаж оборудования занял 41 сутки — это новый рекорд „Комсомольской“. Добиться такого результата удалось благодаря грамотному планированию, а также слаженной работе всех участков шахты и горномонтажников Воркутинского механического завода — сервисного предприятия „Воркутауголь“.
«В ходе перемонтажа участок внутришахтного транспорта перевез 4,5 тыс. тонн оборудования. В сутки удавалось перевозить от девяти до 14 секций механизированной крепи, каждая из которых весит 18 тонн. При этом общая протяженность пути составила более 1,5 км», — отметил главный механик шахты «Комсомольская» Николай Чагин.
Длина лавы 612-ю составляет 300 метров, мощность пласта — 2,2 метра. Отработкой ее запасов займутся горняки добычного участка № 6. Завершить выемку угля из этого очистного забоя «Комсомольская» планирует в апреле 2019 года
Воркутауголь начала выпуск низкозольного концентрата для ЧерМК
Центральная обогатительная фабрика «Печорская» компании «Воркутауголь» (входит в «Северсталь») успешно завершила эксперимент по повышению качества готовой продукции — угольного концентрата — и уже начала отгрузки в адрес Череповецкого металлургического завода. Потенциальный экономический эффект от реализации проекта составит около 1 млрд руб. в год.
Проект по снижению зольности угольного концентрата специалисты фабрики начали в апреле. Перед ними стояла задача уменьшить содержание компонентов, негативно влияющих на качество угля — фосфора и серы. Положительных результатов удалось достичь благодаря частичному обновлению оборудования и совершенствованию методики обогащения.
Испытания проводили с двумя марками угля — 2Ж и ГЖО. В результате зольность обеих марок удалось снизить до 8%. Стоит отметить, что чем ниже содержание серы и фосфора в угольном концентрате, тем меньше его получится извлечь из одинакового объема горной массы. Однако более качественный продукт способен полностью компенсировать эти потери.
«Теперь продукция „Воркутауголь“ сможет заместить собой от 10 до 20% концентратов, которые ранее Череповецкий металлургический комбинат вынужден был закупать у других компаний. К примеру, потребление угольного концентрата марки ГЖО выросло почти втрое и теперь достигает 60 тыс. тонн в месяц. Объемы отгрузки 2Ж остались на прежнем уровне, но выросло качество», — отмечает директор ЦОФ «Печорская» Ирина Суворова.
Снижение зольности также положительно отражается на качестве получаемого из угля кокса, поэтому для выплавки чугуна его требуется меньше. Угольный концентрат с низким содержанием вредных примесей одновременно повышает прочностные характеристики стали и снижает себестоимость ее выпуска.
УГОЛЬ КУЗБАССА
ФЕДЕРАЛЬНЫЙ НАУЧНО-ПРАКТИЧЕСКИЙ ЖУРНАЛ
Интеллектуальная лава
Современное состояние и перспективы развития автоматизированного очистного комплекса
В последние годы крупные шахты в Китае стали основными объектами производства, использование производственных мощностей значительно улучшилось.
Технологии и уровень оборудования для разработки угля длинными столбами развиваются не по дням, а по часам, особенно в области отработки мощных и сверхмощных пластов как традиционными методами, так и методом с выпуском угля, они достигли большего объема промышленного применения, получили значительный экономический и социальный эффект.
Китай занимает лидирующее место в мире в области оборудования МОК (механизированных очистных комплексов) высокого уровня. В XXI веке во всем мире проводятся исследования и разработки в области технологий искусственного интеллекта; «Китайское производство-2025 —реализация энергетической безопасности» включает оборудование для добычи угля экологичными и интеллектуальными методами в качестве одной из задач развития энергетического сектора. Государственная программа «Тринадцатая пятилетка» также предлагает ускорить разработку и применение безлюдных технологий добычи угля. Программа Главного управления по надзору за безопасным производством «Механизация и автоматизация сократит людей» включила интеллектуальную добычу угля в качестве главного направления исследований. Угольная промышленность также начала углубляться в изучение новой модели экологичной добычи «интернет + искусственный интеллект + автоматическая добыча».
В 1984 году США начали исследования и практику применения автоматизированной добычи длинными столбами, в основном вокруг безопасного эффективного производства, не приносящего вреда здоровью — это ведущее направление развития автоматизированного оборудования. В 1990 году в Германии была внедрена система автоматизации электрогидравлического управления очистными комплексами, реализующая программный контроль за оборудованием. В 2001 году Австралийская федеральная организация по жизнеспособности и промышленным исследованиям (CSIRO) разработала систему автоматизации длинных столбов LASC, представляющую технологию позиционирования оборудования. В настоящее время США и Австралия лидируют в области применения автоматизации, при благоприятных горно-геологических условиях для средних и мощных угольных пластов успешно реализована высокоскоростная добыча в длинных лавах, стабильная и точная работа оборудования.
Исследование системы электрогидравлического управления началось в Китае с 1980-х годов, но только в 2007 году она начала широко распространяться. Развитие электрогидравлической технологии управления и ориентирование государственной политики на всестороннее интеллектуальное развитие добычи угля в Китае в течение последних двух-трех лет привело к ее высокой оценке и широкому применению. Получен ряд инновационных решений, представляющих собой комплексную автоматизацию управления «электрогидравлический контроль крепью + резание угля по памяти (шаблону) + визуальное дистанционное управление». Группа ZMJ, как крупнейшее предприятие по производству ГШО в стране, в последние годы инвестировала значительные средства и вместе с научно-исследовательскими институтами и ведущими предприятиями разработала технологию автоматической регулировки высоты выемки очистного комбайна, автоматического выпуска угля, автоматической передвижки секций вслед за проходом очистного комбайна. Реализовано групповое управление очистного комбайна, скребкового конвейера и механизированной крепи, дистанционный визуальный контроль и др. В настоящее время электрогидравлическая система управления и система автоматизации были использованы в 184 рабочих лавах, поставлены 158 лавокомплектов, находятся в производстве еще 26 лавокомплектов, внедрены демонстрационные проекты с интеллектуальными лавами на шахте «Фуцунь» в провинции Шаньдун и шахте «Цзуньи» в провинции Гуйчжоу.
Планы развития и основные технологии при добыче угля интеллектуальными механизированными лавами
В соответствии с текущим планом развития технологий, в сочетании с текущей технической практикой в угольной промышленности Китая, мы разделили задачи интеллектуальной добычи угля на четыре этапа, как показано на рисунке 1.
На первом этапе в качестве основной задачи устанавливается автоматизация отдельного оборудования, в том числе автоматическая передвижка крепи за комбайном, резание угля очистным комбайном по памяти (шаблону). На втором этапе в качестве основной задачи устанавливается полная автоматизация всего оборудования в лаве, которая включает в себя контроль за совместной работой лавного оборудования с помощью видео + дистанционное управление. Третий этап — внедрение цифровой технологии в лаве в качестве основной задачи — устанавливает прозрачную рабочую лаву (визуализацию) + автоматическое планирование добычи угля, в конечном итоге достижение самоадаптивной добычи + глубокое интеллектуальное обучение (оборудования) вместо управления человеком.
Основные проблемы интеллектуальной лавы. Надежность оборудования
Надежность оборудования является главной проблемой, которую необходимо решить для интеллектуальных разработок.
Надежность интеллектуального оборудования состоит из двух аспектов, включая работу оборудования и работу сенсорных элементов конфигурации (датчиков). Надежность оборудования потребует создания теории надежности и применения ее при проектировании, производстве, испытании, использовании и обслуживании. Кроме того, основными компонентами интеллектуального управления оборудованием для более точной работы являются чувствительные элементы (датчики), которые адаптируются к сложной окружающей среде и условиям работы в шахтах. Под надежностью чувствительных элементов понимается точность записи данных о состоянии оборудования в реальном времени, передача, выполнение команд обратной связи и т.д. Например, выход из строя инфракрасного датчика положения может привести к прерыванию автоматической передвижки секций механизированной крепи, а повреждение датчика передвижки может повлиять на качество автоматической передвижки конвейера.
Технологии оценки состояния оборудования и внешних факторов в шахте
Окружающая среда в шахтах очень сложная и агрессивная, что формирует ненадежную связь и взаимосвязь между отдельными элементами оборудования. Для решения этих задач в дополнение к ранее применяемым наиболее популярным датчикам, таким как датчики передвижки, инфракрасные датчики положения, датчики давления, датчики вынимаемой мощности, разрабатываются и тестируются новые технологии зондирования. Например, геофизические технологии в оценке состояния угольных пластов только что были испытаны, точность и надежность обнаружения в структуре угольного пласта геологических нарушений недостаточна и должна быть улучшена; лидары (сканеры, формирующие двухмерную или трехмерную модель угольного пласта), удовлетворяющие подземным условиям, все еще тестируются; разрабатываются интеллектуальные роботы для осмотра рабочей лавы.
Технология контроля прямолинейности рабочей лавы
Прямолинейность рабочей лавы имеет важное значение для нормальной работы оборудования, автоматическое выравнивание рабочей лавы было проблемой, с которой сталкивается интеллектуальная лава. Применяемая в настоящее время технология не гарантирует, что крепь и конвейер точно перемещаются на свое место в процессе автоматической передвижки. Австралийская система LASC может эффективно выполнять автоматическое выравнивание рабочей лавы, но для сложных условий, таких, как круто наклонные пласты, необходимо дополнительно усовершенствовать и улучшить интеллектуальную технологию управления (комплектующее оборудование на прилегающих выработках должно быть автоматически взаимоувязано с оборудованием лавы на сопряжениях). Кроме того, точность измерения датчика положения секции, зазор между механическим оборудованием (между соседними секциями, конвейером и т.д.), состояние кровли и почвы лавы, гидравлическое давление подачи рабочей жидкости в лаве, объем загрузки забойного конвейера горной массой и т.д. являются факторами, влияющими на автоматическое выравнивание рабочей лавы. Таким образом, для достижения лучшего эффекта автоматического выравнивания необходимо не только разработать недорогое устройство, контролирующее прямолинейность рабочей лавы, но и разработать более продвинутые алгоритмы и методы автоматического выравнивания рабочей лавы.
Адаптация логики управления к фактическим условиям в шахтах
В последние годы технология распознавания границы между углем и породой не получила эффективного применения, автоматизированная рабочая лава по-прежнему использует для работы очистного комбайна память (шаблон, полученный после нескольких проходов комбайна по лаве под управлением человека) и автоматическое передвижение крепи вслед за проходом комбайна в качестве основного средства автоматизации. Резание угля очистным комбайном по памяти (шаблону) в лаве при условии стабильного залегания пластов позволяет достичь автоматической добычи угля, что уменьшает численность и значительно снижает трудоемкость добычи. В сложных горно-геологических условиях резание по памяти (шаблону) требует частого «обучения», что влияет на эффективность добычи угля, поэтому разработка и адаптация к сложным горно-геологическим условиям системы автоматического определения границ угольного пласта и технологии управления вынимаемой мощностью являются ключом к автоматизации добычи угля.
Сбор большого объема данных и использование для совместного управления оборудованием
Интеллектуальная система управления позволяет оборудованию (например, секциям) взаимодействовать как между собой, так и с соседним оборудованием, а многочисленные датчики (сенсоры) и контролирующие устройства генерируют множество сигналов о его состоянии. Быстрая передача информации от датчиков, ее анализ и применение для выемки угля являются ключом к интеллектуальной лаве. Мгновенная передача данных от датчиков и их применение позволяют не только повысить точность реагирования оборудования, но и повысить адаптивность и надежность системы управления в целом. Совместное использование большого объема данных и взаимодействие между оборудованием формируют интеллектуальную систему принятия решений через моделирование и раннее предупреждение о взаимодействии вмещающих пород лавы с очистным комплексом.
Новые решения и практические технологии добычи угля интеллектуальными методами с применением механизированных крепей
Пример интеллектуальной технологии на шахте «Фуцунь» в лаве №1008 на мощном пласте.
Основным пластом шахты «Фуцунь» является пласт №3, условия залегания простые, мощность пласта относительно стабильна, средний угол падения составляется 2 градуса, средняя мощность пласта 5,7 м. Состав основного оборудование лавы №1008: поддерживающая механизированная крепь типа ZY9000/27/60D, очистной комбайн с большой вынимаемой мощностью типа MG750/1915-GWD, скребковый конвейер типа SGZ-1000/1400, и интеллектуальная система управления производства завода ZMJ, общая схема показана на рисунке 2.
Лава №1008 в шахте «Фуцунь» — это первая в стране интеллектуальная лава для добычи угля, которая объединяет автоматическую систему подачи рабочей жидкости, электрогидравлическую систему управления крепью, систему автоматизации очистного комбайна, систему громкой связи, систему видеосвязи в лаве, систему автоматизации и централизованного управления в штреках. На поверхности и в шахте реализован запуск с одной кнопки, т.е. автоматический последовательный запуск и остановка, дистанционное и автоматическое управление крепью, дистанционное и автоматизированное управление очистным комбайном, видеовспомогательное наблюдение, автоматический контроль и т.д. Основные элементы контроля и управления лавой включают в себя высокоточные датчики наклона, установленные на основаниях, рычагах, перекрытиях, обеспечивающие точный контроль за положением секции крепи в лаве и фактической вынимаемой мощностью.
Использование непрерывного контроля положения очистного комбайна обеспечивает автоматическую и стабильную передвижку секций крепи и забойного конвейера со слежением за комбайном. В этом проекте система централизованного управления в штреке отслеживает местоположение очистного комбайна, контролируемое инфракрасным датчиком, учитывает передвижение очистного комбайна, что контролируется энкодером (датчиком) на очистном комбайне, и создается непрерывная картина положения очистного комбайна в лаве. Контроллер автоматического слежения в соответствии с положением очистного комбайна после обработки данных может эффективно предотвращать проблемы, вызванные повреждением или блокировкой инфракрасного датчика, что повышает стабильность и отказоустойчивость системы.
Созданы платформы обмена данными в «облаках», загрузка данных в реальном времени в «облако» через интернет, хранение и пересылка из «облака» на веб-браузер и мобильное приложение для доступа в реальном времени к данным о состоянии в шахте.
Предложены пути решения проблемы видеопокрытия лавы с большой вынимаемой мощностью. Лава №1008 высотой до 6 метров, и обычня камера не может одновременно наблюдать и кровлю, и почву в лаве. В этом проекте после нескольких испытаний применена комбинация камер, направленной камеры и камеры кругового обзора для того, чтобы достичь полного охвата наблюдаемой части лавы, в том числе направленная камера контролирует положение перекрытия крепи и положение шнеков очистного комбайна, камера кругового обзора наблюдает за передвижкой крепи и конвейера.
Пример интеллектуальной лавы на шахте «Цзуньи» на пластах малой мощности
Интеллектуальная лава №12701 на шахте «Цуньи»: диапазон мощности пласта составляется от 1,2 до 1,55 м, средняя вынимаемая мощность 1,41 м, использована механизированная крепь типа ZY3600/7.5/17D в количестве 135 шт., длина лавы — 205 м, лава волнистая. В апреле 2018 года департамент науки и техники провинции Гуйчжоу анализирует ситуацию и публикует «Исследование системы безлюдной и малолюдной добычи в шахте», научно-технический список основных специальных технологий. Шахта «Цуньи» — это демонстрационная шахта данного департамента науки и техники, завод ZMJ отвечает за раздел №4 «Интеллектуальное исследование и демонстрация лавы с системой разработки длинными столбами».
Интеллектуальная лава №12701 шахты «Цуньи» — это самая передовая лава по проектированию и технологии в Китае (третий этап-планирование добычи), это первое применение цифрового планирования добычи. Главные — основные технологии: точное определение состояния залегания пласта с помощью трехмерной геофизической модели, построение трехмерной геоинформационной модели лавы в соответствии с величиной продвижения лавы, создание текущей кривой изменения кровли и почвы и построение прогнозного профиля лавы для управления очистным комбайном с автоматической выемкой угля. В настоящее время проект реализован, по сравнению с предыдущими интеллектуальными лавами самой большой особенностью проекта является использование планирования для выемки угля комбайном вместо традиционной добычи по памяти (шаблону). Трасса и параметры выемки угля комбайном заранее запланированы на ПК, а не заложены в его память, полученную при «обучении», что решило проблему выемки угля по шаблону, распространенную на лавах с волнистой кровлей и почвой. Основная технология проекта следующая: с помощью технологии сейсмического обнаружения была построена исходная модель состояния залегания пласта, подлежащего отработке, как показано на рисунке 3, в процессе разработки угля по пласту длинными столбами модель постоянно корректируется. В соответствии с плановыми профилями лавы был выполнен предварительный план выемки угля, как показано на рисунке 4.
Через датчики положения очистного комбайна (наклона) и датчики угла наклона, установленные на секциях механизированной крепи, в реальном времени происходит контроль изменения профиля кровли и почвы лавы и изменение текущей вынимаемой мощности, как показано на рисунке 5. Затем в реальных координатных размерах указывается относительное положение между почвой и кровлей лавы очистного комбайна, текущая вынимаемая мощность и высота крепи по всей лаве, нахождение персонала и передвижение очистного комбайна, как показано на рисунке 6.
Перспективы интеллектуальных технологий добычи угля. Создание реальных моделей очистных забоев для реализации планирования добычи угля
С помощью технологии визуализации формирования изображения, глубинного бурения CT и т.д., можно точно выявить основные параметры залегания глубоких угольных пластов и характеристики динамических изменений в горных породах, таким образом, может быть сформирована «прозрачная лава», основанная на трехмерной геоинформации шахты, для формирования научной и разумной компоновки участка для разработки пласта.
В том случае, когда технология распознавания контакта угля и породы временно не может достичь большого прогресса, с помощью трехмерной геоинформационной модели лавы в сочетании с точным контролем передвижки секций крепи в режиме реального времени можно получить текущее положение продвижения лавы по отношению к кровле, почве и автоматически направлять работу оборудования в лаве. Таким образом достигается самоадаптация оборудования к горно-геологическим условиям, все данные передаются на поверхность, и можно полностью наблюдать различные ситуации в лаве, (эффект присутствия). В то же время, основываясь на «прозрачной лаве», можно моделировать рабочее состояние подземного оборудования, заранее прогнозировать изменения в кровле, почве и мощности пласта, происходящих в процессе добычи угля, а также принимать решения о потенциальных изменениях горно-геологических условий, встречающихся при фактической работе оборудования.
«Всесторонняя автоматизация + помощь человека» будет целью интеллектуального будущего системы разработки длинными столбами. Развитие шахт в Китае в направлении увеличения глубины приведет к тому, что условия добычи угля будут более сложными. Если полностью использовать безлюдный режим работы лавы и оборудования то в случае аварии, влияющей на интеллектуальную систему и нормальную работу оборудования, полностью безлюдное состояние в шахте повлияет на эффективность производства и безопасность оборудования. Таким образом, в будущем, даже в случае, если интеллектуальная лава будет полностью автоматизирована, 1-2 квалифицированным рабочим необходимо быть в лаве для ее контроля и своевременного вмешательства в возникшие проблемы, чтобы обеспечить безопасную и нормальную работу оборудования.
Интеллектуальные роботизированные комплекты для безлюдной добычи угля
В последнем стратегическом исследовании новейшей энергетической программы Китайской академии инженерных наук предложена концепция развития добычи угля как: «высокий уровень международных связей, минимальное воздействие на экологию, научная организация труда, высокая эффективность, развитие и трансформация». Спланирована Национальная угольная революция 3.0, 4.0 и 5.0, состоящая из трех этапов развития, а также определены стратегические цели, предусмотрено создание новой энергетической стратегии с использованием продуктов переработки угля и подземной газификации угля (на шахтах). Подземная добыча угля с использованием интеллектуального роботизированного оборудования без присутствия людей в шахте, углехимия, подземная газификация должны превратить уголь в экологически чистую энергию с нулевыми выбросами.
Технология интеллектуальной добычи — это междисциплинарная, меж- профессиональная и очень важная интегрированная передовая задача, связанная с геологическим исследованием, сенсорными технологиями, интеллектуальным оборудованием, конвергенцией больших объемов данных, использованием интернета и другими технологическими вопросами. Технология интеллектуальной добычи будет ключевым направлением развития угольной промышленности в Китае и во всем мире. Технология интеллектуальной добычи — это набор важных мероприятий, продвигающих технический прогресс в области добычи угля очистными комплексами, ее развитие и модернизацию, являются основным способом решения проблем безопасности, эффективности, себестоимости и других проблем, стоящих перед шахтами.
В настоящее время интеллектуализация стремительно продвигается и внедряется на шахте «Фуцунь» в провинции Шаньдун, шахте «Цзуньи» в провинции Гуйчжоу и других шахтах, где уже достигнуты значительные результаты в пилотном проекте интеллектуальной добычи. Но некоторые проблемы в технологиях интеллектуальной добычи еще не решены, такие как определение точного геологического строения угольных пластов, навигационное позиционирование подземного пространства сложного рельефа, обработка больших объемов данных, глубокое обучение оборудования, интеллектуальная система добычи и т.д. С помощью непрерывного технического развития, постепенно решая вышеупомянутые технические проблемы, в конечном итоге будет достигнута цель безлюдной выемки.
Гао Юцзинь, Ло Кайчэн, Чжан Цзие, Николай Рябков