基于控制周期的一次性放顶煤工作面来压步距优化研究

基于控制周期的一次性放顶煤工作面来压步距优化研究

孙贵成

内蒙伊泰集团酸刺沟煤矿  内蒙古鄂尔多斯市  017000

摘要：顶煤工作面是煤矿采煤过程中的重要环节，步距优化是提高采煤效率和安全性的关键问题。控制周期作为调控顶煤工作面运行的基本单位，对步距优化具有重要影响。然而，现有研究多集中在连续放顶煤工作面，缺乏对一次性放顶煤工作面的系统研究。本文旨在基于控制周期的一次性放顶煤工作面来进行步距优化研究。通过本研究，将为一次性放顶煤工作面的步距优化提供理论支持和实际指导，推动煤矿生产效率和安全性的提升。

关键词：控制周期；一次性放顶煤工作面；压步距

引言

煤矿行业一直是世界上最重要的能源产业之一，顶煤工作面是煤矿采煤过程中的关键环节。步距是指顶煤工作面上两次采煤之间的距离，步距的合理设置对采煤效率和安全性具有重要影响。过大的步距可能导致采煤机停顿时间过长，降低采煤效率；过小的步距可能增加煤矿冒顶、顶板失稳等安全隐患。目前，对于步距优化的研究多集中在连续放顶煤工作面，缺乏对一次性放顶煤工作面的深入探究。一次性放顶煤工作面是指在一次掘进周期内将整个煤层顶部剥离的工作方式，其采煤过程具有一定的特殊性和复杂性。因此，针对一次性放顶煤工作面的步距优化研究具有重要意义。通过对一次性放顶煤工作面的步距进行优化，可以提高采煤效率，减少能源浪费，并降低采煤过程中的安全风险。同时，优化步距还可以减少采煤机的运行成本，提高设备利用率，对煤矿生产效益具有积极影响。因此，本研究旨在基于控制周期的一次性放顶煤工作面来进行步距优化研究，为煤矿生产的高效、安全运行提供理论支持和实际指导。

1基于控制周期的一次性放顶煤工作面来压步距的作用

1.1提高采煤效率

通过合理设置步距，可以有效减少采煤机的停顿时间，减少工作面停机时间，从而提高采煤效率。控制周期是调控工作面运行的基本单位，通过在控制周期内优化步距，可以使采煤机的工作更加连续、高效，提高煤矿的产量。

1.2降低能源消耗

步距优化可以减少采煤机的空载或负载低效运行时间，减少能源的浪费。合理设置步距可以使采煤机在最佳工作状态下运行，提高能源利用率，减少煤矿的能源消耗。

1.3提升采煤安全性

步距的合理设置对采煤工作面的安全性具有重要影响。过大的步距可能导致煤矿冒顶、顶板失稳等安全隐患，而过小的步距可能导致采煤机在顶煤过程中受到过大的压力，增加设备损坏的风险。通过基于控制周期的步距优化，可以在保证安全的前提下最大限度地提高采煤效率，减少安全风险。

1.4优化设备利用率

步距优化可以减少采煤机的空载运行时间，提高设备的利用率。合理设置步距可以使采煤机的工作周期更加紧凑，减少非工作时间，提高设备的利用效率，降低设备的运行成本。

2基于控制周期的一次性放顶煤工作面来压步距应用面临的问题

2.1煤层地质变化

一次性放顶煤工作面在采煤过程中面临的主要挑战之一是煤层地质的复杂性和不均匀性。煤层地质的变化可能导致步距优化策略的不适应，例如，地质构造异常区域的存在可能需要调整步距设置，但如何在控制周期内准确识别并应对这些变化是一个挑战。

2.2设备性能限制

步距优化需要考虑到采煤机的性能和限制。不同型号的采煤机具有不同的工作能力和限制条件，例如最大推力、最大速度等。在压步距过程中，需要充分考虑到采煤机的实际工作情况，以避免超过设备的安全工作范围或降低采煤效率。

2.3数据获取与处理

步距优化需要大量的实时数据支持，包括煤层地质信息、采煤机运行数据等。然而，实时数据的采集、传输和处理可能存在困难和延迟，对步距优化的准确性和实时性带来挑战。

2.4算法选择和优化目标

在进行步距优化时，需要选择合适的优化算法和确定适当的优化目标。不同的算法和目标函数可能导致不同的优化结果，如何选择最适合的算法和目标函数是一个关键问题。

3基于控制周期的一次性放顶煤工作面来压步距优化策略

3.1数据采集和监测

煤层地质数据采集：采集煤层地质数据，包括煤层的厚度、倾角、岩性、构造特征等。这些数据可以通过钻孔、地质勘探和现场观察等方式获取。煤层地质数据的准确性和实时性对步距优化非常重要，因为地质变化会直接影响步距的设置。采煤机运行数据采集：实时采集采煤机的运行数据，包括推力、速度、负荷、功率等参数。这些数据可以通过传感器和监测设备实时采集，并通过数据采集系统传输到中央控制室或数据分析平台。采煤机运行数据的监测可以了解采煤机的工作状态和性能，为步距优化提供依据。安全监测数据采集：采集与安全相关的数据，包括顶板位移、瓦斯浓度、温度等。这些数据可以通过传感器和监测设备进行实时采集，并与其他数据进行关联分析，以确保步距优化过程中的煤矿安全。数据处理和分析：采集到的数据需要进行处理和分析，以获取有用的信息和趋势。数据处理可以包括数据清洗、滤波、数据对齐等操作，以确保数据的准确性和可靠性。数据分析可以通过统计分析、模式识别、机器学习等方法来识别潜在的关联性和规律，为步距优化提供决策支持。实时监控和报警系统：建立实时监控和报警系统，通过数据采集和分析实现对步距优化过程的实时监测。监控系统可以根据设定的阈值和规则，及时发出报警信号，提醒操作人员采取必要的措施。

3.2控制周期的设置

工作面的特点和条件：考虑工作面的特点和条件来确定控制周期的长度。包括工作面的长度、岩层稳定性、顶板条件、煤层倾角等因素。控制周期的长度应适应工作面的实际情况，保证采煤机在每个周期内能够顺利运行。采煤机的工作能力：根据采煤机的工作能力来设置控制周期的长度。考虑采煤机的推力、速度、负荷等参数，确保控制周期的长度不会超出采煤机的安全工作范围。合理设置控制周期可以最大程度地提高采煤机的工作效率。生产需求和目标：考虑煤矿的生产需求和目标来设置控制周期的长度。包括煤矿的产量要求、工作效率要求、能源消耗要求等。根据煤矿的生产计划和目标，确定控制周期的长度，以实现生产效益的最大化。安全性和稳定性考虑：考虑工作面的安全性和稳定性来设置控制周期的长度。煤层地质变化、岩层条件等因素可能会影响工作面的安全性和稳定性。控制周期的长度应根据工作面的情况和实时监测结果来调整，以保证工作面的安全运行。实时监测和反馈：通过实时监测工作面的运行状态和数据，以及采煤机的工作情况，及时反馈到控制周期的设置。根据实时数据和监测结果，对控制周期进行调整和优化，以适应煤矿生产的变化和需求。

3.3步距优化模型的建立

建立目标函数：确定步距优化的目标函数，即衡量步距设置效果的指标。目标函数可以根据煤矿的生产需求和优化目标来确定，例如最大化采煤效率、最小化能源消耗、最大化设备利用率等。目标函数的建立应综合考虑煤层地质、采煤机性能和其他约束条件。确定约束条件：考虑到煤层地质条件、采煤机性能和安全要求等因素，确定步距优化的约束条件。约束条件可以包括采煤机的工作能力、工作面的稳定性要求、顶板控制要求等。确保在步距优化过程中，满足煤矿生产的安全性和可行性要求。建立数学模型：根据目标函数和约束条件，建立数学模型来描述步距优化问题。数学模型可以是线性规划模型、非线性规划模型、动态规划模型等，根据问题的特点选择合适的模型形式。模型中需要包含步距、工作面状态、采煤机运行状态等变量，并建立它们之间的关系。

结语

基于控制周期的一次性放顶煤工作面来压步距的研究对于提高煤矿生产效率、保障采煤安全和实现可持续发展具有重要意义。我们希望通过本研究的成果和提出的解决方案，为相关领域的研究和实践提供理论支持和实际指导，推动煤矿行业的进步和发展。同时，也呼吁在步距优化领域开展更多的研究，以不断完善和改进现有的方法和技术，为煤矿生产带来更大的效益和可持续发展。

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