煤矿井下采选充一体化虚拟仿真实验

2020-01-13

煤矿井下采选充一体化虚拟仿真实验理论性强,具有综合性、专业性和多学科交叉的特点。由于煤矿井下采选充现场实验环境危险,且实验规模大、设备众多,环节复杂,受时空条件限制,难以采用传统手段开展实验教学。我院依托矿产资源安全高效开采山西省重点实验室煤炭开采利用与装备工程国家级实验教学示范中心,建成了煤矿井下采选充一体化虚拟仿真实验平台,同学们可通过本平台进行煤矿井下采煤、煤矸分选、固体充填工艺实验。

 

实验目的:

近年来煤炭科学技术取得了突飞猛进的发展,矿山机械化、智能化水平不断提高,然而矿山矸石堆积如山带来的环境污染问题、采煤区地面塌陷灾害问题也随之而来。在国家大力提倡绿色开釆的背景下,将原煤中的混夹矸石在升井之前进行分选并将其作为井下固体充填材料回填釆空区,将煤矿井下采煤、煤矸分选与矸石回填三套系统进行有机融合,实现井下原煤开采、分选、充填一体化创新技术模式。

 

然而,煤矿安全生产责任重大,在校学生到煤矿井下采煤工作面进行现场学习和实验比较困难,学生无法接触现代化矿井真实或高度仿真的井下采选充一体化生产场景,造成学生无法切身处地体验井下恶劣环境中的设备运行工况以及采选充一体化工艺流程之间的联系和特点,仅仅通过网络上简单的图片、视频等根本无法想象和了解掌握这些大重型设备的结构原理、真实工作过程和采选充一体化工艺流程之间的衔接与密切配合。

 

本虚拟仿真实验教学项目正是为了应对这一难题,开发了高逼真度的煤矿井下采选充一体化虚拟仿真系统及其环境模型,使学生依靠三维虚拟技术有细腻的现场沉浸感,弥补实验中不能到工作面现场操作实际设备的短板。调动学生进行实验的积极性和主动性,在掌握基础知识的同时,自主设计实验和操作,解决实际操作中的问题,增强学生创新创造能力。通过对智能干选机结构原理、干选方法虚拟仿真及根据井下煤质特点自主设计最优的破碎筛分工艺参数等,使学生深刻理解书本知识,掌握煤矿井下采选充一体化工艺流程特点、合理选择各设备型号、根据煤质特点灵活设计分选参数的基本技能。

 

实验目标:

煤矿井下采选充一体化虚拟仿真实验系统为学生逼真展现采煤机、智能干选机、矸石充填系统的内部结构、工作原理与性能特点,同时学生能够通过了解煤流、矸石走向,清晰地将采选充一体化作业流程融会贯通。可以完全自主的对本实验进行系统的学习

 

实验原理

井下采选充一体化技术可以提高“三下”压煤资源采出率、减轻矿井辅助提升和地面洗煤厂压力,同时可以达到有效处理煤矿矸石、控制地面塌陷和降低矿区生态环境破坏的效果。是将井下采煤、井下煤矸分选、井下固体充填三个部分有机集成一体,在井下形成“采煤→分选→充填”的循环闭合开采体系。井下采选充一体化技术体系主要包括井下煤矸分选系统和井下固体充填采煤系统两个核心,井下固体充填采煤系统开采出来的原煤运送至煤矸分选系统进行煤矸分选,经煤矸分选系统分选出的废弃物矸石通过运矸输送机进入固体充填采煤系统,两者相辅相成。

 

 协同综采技术

在国家大力提倡绿色开釆的背景下,将原煤中的混夹矸石在升井之前进行分选并将其作为井下综合机械化固体充填材料回填釆空区,将井下煤矸分选与综合机械化固体充填开采有机集合与一体,实现直接井下原煤开采、分选、充填一体化创新技术模式。煤矿井下采选充一体化虚拟仿真系统包括采煤工艺、选煤工艺和填充工艺,采煤工艺展示采煤机工作过程以及分析煤块质量、选煤工艺利用智能干选机,将煤块与矸石分离,提高工作效率、填充工艺利用液压支架将分离出的矸石与地上运输下来的矸石进行回填,该系统可以全方位的认识采选充一体化工艺流程,为未来实际接触煤矿打下良好基础。

 

 煤矿井下充填开采“采选充”综合智能一体化系统示意图

协同综采技术是集地面矸石投放、矸石井下洗选、破碎与运输及工作面部分充填于一体的绿色充填方法,其整体技术工艺包括井下煤矸分选工艺、矸石井下破碎运输工艺以及协同综采面开采工艺,具体协同综采工艺设计流程如图2-4-27所示。

 

 

协同综采工艺设计流程

协同综采技术旨在充分发挥固体充填综采消耗矸石、保护矿区环境以及传统综采高产高效双重技术优势。设计一套基础的采选充系统如图2-4-28所示,该技术在两个工作面中分段分别布置综采工作与矸石充填段,充填段采用充填法和垮落法两种不同的采空区处理方式管理顶板,综采工作布置滚筒式采煤机、液压支架等综采设备,充填段布置充填液压支架、底卸式输送机等充填设备。选煤工艺利用智能干选机,将综采工作面的原煤进行煤与矸石分离,充填段将矿井地表堆积或井下分选矸石破碎处理后直接运输至充填段采空区充填。协同综采面在常规充填面原有基础上,保留原有充填能力的同时增加了工作面产量,最终达到兼顾充填与产能的前提下实现采煤与充填安全高效协同作业