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主办单位:煤炭科学研究总院有限公司、中国煤炭学会学术期刊工作委员会

煤矿智能无轨辅助运输装备关键技术研究与应用

2023-08-04
煤矿智能无轨辅助运输装备关键技术研究与应用

论文概要
介绍了煤矿无轨辅助运输技术与装备的发展背景以及当前无轨辅助运输领域的产业政策,针对井下无轨辅助运输技术与装备应用现状,简要地对我国防爆柴油机动力和防爆蓄电池动力辅运车辆的发展现状进行了梳理,详细阐述了清洁动力、高效传动匹配、车辆驱动控制和安全制动等防爆柴油动力无轨辅助运输装备的关键技术、发展趋势,以及防爆蓄电池动力、牵引逆变交流变频调速、分布式多轮驱动转矩协同控制等关键技术;同时,分析了智能化技术在无轨辅助运输中的应用。指出,柴油机降排、新能源车辆续航里程、井下安全驾驶和行业标准体系不足是现存无轨辅助运输领域创新发展的技术难点。对未来煤矿无轨辅助运输技术与装备的发展方向进行了展望,认为绿色安全和高效智能是煤矿辅助运输的发展方向。

作者简介


宋德军(1969-),男,山东威海人,中共党员,研究员,硕士生导师,硕士研究生学历,现任中国煤炭科工集团太原研究院总经理,长期从事煤矿采掘技术与装备方面的研究,取得获奖成果15项,授权国家专利30多件,其中发明专利17件,发表科技论文20余篇。主持、参与各类科研项目40多项,牵头承担的国家重点研发计划子课题“大型矿井综合掘进机器人——掘进机器人关键技术及装备研发”,攻克多项关键核心技术;获得国家级科技奖项2项、省部级科技一等奖3项、二等奖6项、三等奖4项。荣获第十六届孙越崎青年科技奖,山西省学术技术带头人,山西省新兴产业领军人才,“三晋英才”拔尖骨干人才。


主要内容


首先,笔者指出辅助运输是煤矿生产系统不可或缺的组成部分。辅助运输主要分为有轨辅助运输和无轨辅助运输2种方式,而无轨辅助运输具备机动灵活、安全高效、运输环节少、作业人员少、劳动强度小等特点,在国内各大矿区得到广泛应用。我国无轨辅助运输技术与装备经过20多年的引进吸收和创新发展,已研制出一系列可满足我国各类矿井运输需求的无轨辅助运输装备,成为煤矿安全高效发展的重要组成部分。但随着智能化矿山和绿色矿山战略的实施,煤矿企业对辅助运输系统的升级换代提出了多项要求,国家相关部门也出台了多项政策性文件;要求到2025年,大型煤矿要基本实现采掘、运输等系统的智能化决策和自动化协同运行;并且全面建成安全绿色、高效智能矿山技术体系,实现煤矿安全绿色、高效智能生产,这些要求让煤矿井下辅助运输智能化面临更加严峻的挑战。
其次,分析了目前国内防爆柴油机无轨胶轮车取得的成就及关键技术研发进展。目前采用防爆柴油机无轨胶轮车服役数量占比约为90%,在中国煤科太原研究院等龙头企业的引领下,防爆柴油机无轨胶轮车已完全实现了系列化全套车型及关键技术的国产化。其中形成了载重从1~12 t的无轨辅助运输车系列,功能涵盖人员和物料运输、设备检修、巷道运输、设备搬运、专用作业等各类辅运场景;并研发出载重4~100 t的综采工作面快速搬运成套装备,使综采工作面安撤过程缩短至1~2周完成;突破了防爆柴油机清洁燃烧、辅运车辆高效传动匹配、辅运车辆安全制动等“卡脖子”技术,引领了国内无轨辅运技术与装备的研发之路,为我国煤矿井下无轨辅助运输方式的快速发展奠定了技术基础。
第三,讨论了目前防爆蓄电池无轨辅运装备的发展情况,并对其未来的发展给予了展望。近几年防爆蓄电池无轨辅运装备在绿色低碳环保背景下蓬勃发展,促进了煤矿向绿色矿山积极转型;国内以中国煤科太原研究院及航天重型工程装备有限公司为代表企业生产的全系列大吨位防爆铅酸蓄电池无轨辅助运输车辆及防爆锂离子蓄电池车辆已在国内广泛应用;同时,随着电驱技术的发展,近几年逐步突破了牵引逆变交流变频调速、分布式多轮驱动转矩协同控制等核心技术,推动了防爆蓄电池辅运车辆的应用。随着安标国家中心对大容量蓄电池应用限制的放开,防爆蓄电池车辆在煤矿井下长距离连续运输作业能力逐渐提升,其应用范围和服役数量可能将在这几年得到跨越式提升。
第四,总结了智能化系统在煤矿井下无轨辅助运输领域的应用。随着我国煤矿机械装备的快速发展,煤矿企业开始向数字矿山和智慧矿山迈进,煤矿井下无轨辅助运输领域逐渐融入了自动化、智能化等先进技术理念。国内各大企业逐步研发了车辆智能健康管理系统和矿井辅助运输一体化管控系统,有力推动了无轨辅助运输智能化进程;同时,部分矿井已开始逐步对智能辅助驾驶系统在煤矿井下现场的应用进行了探索。目前该系统已经可以实现人员接近预警、视觉识别、车辆遥控驾驶等智能化配置;随着技术的进一步发展,未来有望实现无人安全、及时高效、精准节约的井下全面无人物流配送,将辅助运输系统融入矿井总体架构,形成涵盖人员通勤、智能仓储、物料配送、设备搬运等场景的无轨辅助运输系统整体解决方案,进一步推动煤矿井下智能化建设进程。
最后,全面概括了无轨辅助运输发展中存在的技术难题,并对未来发展方向进行了展望。目前,无轨辅助运输领域的技术难题主要有以下几个方面:防爆柴油机降排、新能源车辆续航里程、井下安全驾驶和行业标准体系不足等。指出,在国家大力发展煤矿智能化的新形势下,攻克国Ⅳ标准防爆柴油机技术、新能源车辆高适应性驱动控制技术、智能辅助驾驶技术和无人驾驶技术等难题,实现辅运作业的少人化甚至无人化,提升辅运装备的可靠性及智能化水平,是我国无轨辅助运输技术未来发展主要方向。

  责任编辑:宫在芹
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