煤礦井下采選充一體化虛擬仿真實(shí)驗理論性強，具有綜合性、專(zhuān)業(yè)性和多學(xué)科交叉的特點(diǎn)。由于煤礦井下采選充現場(chǎng)實(shí)驗環(huán)境危險，且實(shí)驗規模大、設備眾多，環(huán)節復雜，受時(shí)空條件限制，難以采用傳統手段開(kāi)展實(shí)驗教學(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)驗室和煤炭開(kāi)采利用與裝備工程國家級實(shí)驗教學(xué)示范中心，建成了煤礦井下采選充一體化虛擬仿真實(shí)驗平臺，同學(xué)們可通過(guò)本平臺進(jìn)行煤礦井下采煤、煤矸分選、固體充填工藝實(shí)驗。

實(shí)驗目的：

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、采煤區地面塌陷災害問(wèn)題也隨之而來(lái)。在國家大力提倡綠色開(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，將煤礦井下采煤、煤矸分選與矸石回填三套系統進(jìn)行有機融合，實(shí)現井下原煤開(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)責任重大，在校學(xué)生到煤礦井下采煤工作面進(jìn)行現場(chǎng)學(xué)習和實(shí)驗比較困難，學(xué)生無(wú)法接觸現代化礦井真實(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)法切身處地體驗井下惡劣環(huán)境中的設備運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備的結構原理、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)驗教學(xué)項目正是為了應對這一難題，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及其環(huán)境模型，使學(xué)生依靠三維虛擬技術(shù)有細膩的現場(chǎng)沉浸感，彌補實(shí)驗中不能到工作面現場(chǎng)操作實(shí)際設備的短板。調動(dòng)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗的積極性和主動(dòng)性，在掌握基礎知識的同時(shí)，自主設計實(shí)驗和操作，解決實(shí)際操作中的問(wèn)題，增強學(xué)生創(chuàng )新創(chuàng )造能力。通過(guò)對智能干選機結構原理、干選方法虛擬仿真及根據井下煤質(zhì)特點(diǎn)自主設計最優(yōu)的破碎篩分工藝參數等，使學(xué)生深刻理解書(shū)本知識，掌握煤礦井下采選充一體化工藝流程特點(diǎn)、合理選擇各設備型號、根據煤質(zhì)特點(diǎn)靈活設計分選參數的基本技能。

實(shí)驗目標：

煤礦井下采選充一體化虛擬仿真實(shí)驗系統為學(xué)生逼真展現采煤機、智能干選機、矸石充填系統的內部結構、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。可以完全自主的對本實(shí)驗進(jìn)行系統的學(xué)習

實(shí)驗原理

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(chǎng)壓力，同時(shí)可以達到有效處理煤礦矸石、控制地面塌陷和降低礦區生態(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和井下固體充填采煤系統兩個(gè)核心，井下固體充填采煤系統開(kāi)采出來(lái)的原煤運送至煤矸分選系統進(jìn)行煤矸分選，經(jīng)煤矸分選系統分選出的廢棄物矸石通過(guò)運矸輸送機進(jìn)入固體充填采煤系統，兩者相輔相成。

 協(xié)同綜采技術(shù)

在國家大力提倡綠色開(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械化固體充填材料回填釆空區，將井下煤矸分選與綜合機械化固體充填開(kāi)采有機集合與一體，實(shí)現直接井下原煤開(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包括采煤工藝、選煤工藝和填充工藝，采煤工藝展示采煤機工作過(guò)程以及分析煤塊質(zhì)量、選煤工藝利用智能干選機，將煤塊與矸石分離，提高工作效率、填充工藝利用液壓支架將分離出的矸石與地上運輸下來(lái)的矸石進(jìn)行回填，該系統可以全方位的認識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。

 煤礦井下充填開(kāi)采“采選充”綜合智能一體化系統示意圖

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)同綜采工藝設計流程如圖2-4-27所示。

協(xié)同綜采工藝設計流程

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、保護礦區環(huán)境以及傳統綜采高產(chǎn)高效雙重技術(shù)優(yōu)勢。設計一套基礎的采選充系統如圖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處理方式管理頂板，綜采工作布置滾筒式采煤機、液壓支架等綜采設備，充填段布置充填液壓支架、底卸式輸送機等充填設備。選煤工藝利用智能干選機，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輸至充填段采空區充填。協(xié)同綜采面在常規充填面原有基礎上，保留原有充填能力的同時(shí)增加了工作面產(chǎn)量，最終達到兼顧充填與產(chǎn)能的前提下實(shí)現采煤與充填安全高效協(xié)同作業(yè)