煤礦井下采選充一體化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)理論性強(qiáng)，具有綜合性、專業(yè)性和多學(xué)科交叉的特點(diǎn)。由于煤礦井下采選充現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)環(huán)境危險(xiǎn)，且實(shí)驗(yàn)規(guī)模大、設(shè)備眾多，環(huán)節(jié)復(fù)雜，受時(shí)空條件限制，難以采用傳統(tǒng)手段開(kāi)展實(shí)驗(yàn)教學(xué)。我院依托礦產(chǎn)資源安全高效開(kāi)采山西省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室和煤炭開(kāi)采利用與裝備工程國(guó)家級(jí)實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心，建成了煤礦井下采選充一體化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，同學(xué)們可通過(guò)本平臺(tái)進(jìn)行煤礦井下采煤、煤矸分選、固體充填工藝實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)目的：

近年來(lái)煤炭科學(xué)技術(shù)取得了突飛猛進(jìn)的發(fā)展，礦山機(jī)械化、智能化水平不斷提高，然而礦山矸石堆積如山帶來(lái)的環(huán)境污染問(wèn)題、采煤區(qū)地面塌陷災(zāi)害問(wèn)題也隨之而來(lái)。在國(guó)家大力提倡綠色開(kāi)釆的背景下，將原煤中的混夾矸石在升井之前進(jìn)行分選并將其作為井下固體充填材料回填釆空區(qū)，將煤礦井下采煤、煤矸分選與矸石回填三套系統(tǒng)進(jìn)行有機(jī)融合，實(shí)現(xiàn)井下原煤開(kāi)采、分選、充填一體化創(chuàng)新技術(shù)模式。

然而，煤礦安全生產(chǎn)責(zé)任重大，在校學(xué)生到煤礦井下采煤工作面進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)比較困難，學(xué)生無(wú)法接觸現(xiàn)代化礦井真實(shí)或高度仿真的井下采選充一體化生產(chǎn)場(chǎng)景，造成學(xué)生無(wú)法切身處地體驗(yàn)井下惡劣環(huán)境中的設(shè)備運(yùn)行工況以及采選充一體化工藝流程之間的聯(lián)系和特點(diǎn)，僅僅通過(guò)網(wǎng)絡(luò)上簡(jiǎn)單的圖片、視頻等根本無(wú)法想象和了解掌握這些大重型設(shè)備的結(jié)構(gòu)原理、真實(shí)工作過(guò)程和采選充一體化工藝流程之間的銜接與密切配合。

本虛擬仿真實(shí)驗(yàn)教學(xué)項(xiàng)目正是為了應(yīng)對(duì)這一難題，開(kāi)發(fā)了高逼真度的煤礦井下采選充一體化虛擬仿真系統(tǒng)及其環(huán)境模型，使學(xué)生依靠三維虛擬技術(shù)有細(xì)膩的現(xiàn)場(chǎng)沉浸感，彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)中不能到工作面現(xiàn)場(chǎng)操作實(shí)際設(shè)備的短板。調(diào)動(dòng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的積極性和主動(dòng)性，在掌握基礎(chǔ)知識(shí)的同時(shí)，自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和操作，解決實(shí)際操作中的問(wèn)題，增強(qiáng)學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)造能力。通過(guò)對(duì)智能干選機(jī)結(jié)構(gòu)原理、干選方法虛擬仿真及根據(jù)井下煤質(zhì)特點(diǎn)自主設(shè)計(jì)最優(yōu)的破碎篩分工藝參數(shù)等，使學(xué)生深刻理解書(shū)本知識(shí)，掌握煤礦井下采選充一體化工藝流程特點(diǎn)、合理選擇各設(shè)備型號(hào)、根據(jù)煤質(zhì)特點(diǎn)靈活設(shè)計(jì)分選參數(shù)的基本技能。

實(shí)驗(yàn)目標(biāo)：

煤礦井下采選充一體化虛擬仿真實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)為學(xué)生逼真展現(xiàn)采煤機(jī)、智能干選機(jī)、矸石充填系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、工作原理與性能特點(diǎn)，同時(shí)學(xué)生能夠通過(guò)了解煤流、矸石走向，清晰地將采選充一體化作業(yè)流程融會(huì)貫通。可以完全自主的對(duì)本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行系統(tǒng)的學(xué)習(xí)

實(shí)驗(yàn)原理

井下采選充一體化技術(shù)可以提高“三下”壓煤資源采出率、減輕礦井輔助提升和地面洗煤廠壓力，同時(shí)可以達(dá)到有效處理煤礦矸石、控制地面塌陷和降低礦區(qū)生態(tài)環(huán)境破壞的效果。是將井下采煤、井下煤矸分選、井下固體充填三個(gè)部分有機(jī)集成一體，在井下形成“采煤→分選→充填”的循環(huán)閉合開(kāi)采體系。井下采選充一體化技術(shù)體系主要包括井下煤矸分選系統(tǒng)和井下固體充填采煤系統(tǒng)兩個(gè)核心，井下固體充填采煤系統(tǒng)開(kāi)采出來(lái)的原煤運(yùn)送至煤矸分選系統(tǒng)進(jìn)行煤矸分選，經(jīng)煤矸分選系統(tǒng)分選出的廢棄物矸石通過(guò)運(yùn)矸輸送機(jī)進(jìn)入固體充填采煤系統(tǒng)，兩者相輔相成。

 協(xié)同綜采技術(shù)

在國(guó)家大力提倡綠色開(kāi)釆的背景下，將原煤中的混夾矸石在升井之前進(jìn)行分選并將其作為井下綜合機(jī)械化固體充填材料回填釆空區(qū)，將井下煤矸分選與綜合機(jī)械化固體充填開(kāi)采有機(jī)集合與一體，實(shí)現(xiàn)直接井下原煤開(kāi)采、分選、充填一體化創(chuàng)新技術(shù)模式。煤礦井下采選充一體化虛擬仿真系統(tǒng)包括采煤工藝、選煤工藝和填充工藝，采煤工藝展示采煤機(jī)工作過(guò)程以及分析煤塊質(zhì)量、選煤工藝?yán)弥悄芨蛇x機(jī)，將煤塊與矸石分離，提高工作效率、填充工藝?yán)靡簤褐Ъ軐⒎蛛x出的矸石與地上運(yùn)輸下來(lái)的矸石進(jìn)行回填，該系統(tǒng)可以全方位的認(rèn)識(shí)采選充一體化工藝流程，為未來(lái)實(shí)際接觸煤礦打下良好基礎(chǔ)。

 煤礦井下充填開(kāi)采“采選充”綜合智能一體化系統(tǒng)示意圖

協(xié)同綜采技術(shù)是集地面矸石投放、矸石井下洗選、破碎與運(yùn)輸及工作面部分充填于一體的綠色充填方法，其整體技術(shù)工藝包括井下煤矸分選工藝、矸石井下破碎運(yùn)輸工藝以及協(xié)同綜采面開(kāi)采工藝，具體協(xié)同綜采工藝設(shè)計(jì)流程如圖2-4-27所示。

協(xié)同綜采工藝設(shè)計(jì)流程

協(xié)同綜采技術(shù)旨在充分發(fā)揮固體充填綜采消耗矸石、保護(hù)礦區(qū)環(huán)境以及傳統(tǒng)綜采高產(chǎn)高效雙重技術(shù)優(yōu)勢(shì)。設(shè)計(jì)一套基礎(chǔ)的采選充系統(tǒng)如圖2-4-28所示，該技術(shù)在兩個(gè)工作面中分段分別布置綜采工作與矸石充填段，充填段采用充填法和垮落法兩種不同的采空區(qū)處理方式管理頂板，綜采工作布置滾筒式采煤機(jī)、液壓支架等綜采設(shè)備，充填段布置充填液壓支架、底卸式輸送機(jī)等充填設(shè)備。選煤工藝?yán)弥悄芨蛇x機(jī)，將綜采工作面的原煤進(jìn)行煤與矸石分離，充填段將礦井地表堆積或井下分選矸石破碎處理后直接運(yùn)輸至充填段采空區(qū)充填。協(xié)同綜采面在常規(guī)充填面原有基礎(chǔ)上，保留原有充填能力的同時(shí)增加了工作面產(chǎn)量，最終達(dá)到兼顧充填與產(chǎn)能的前提下實(shí)現(xiàn)采煤與充填安全高效協(xié)同作業(yè)