煤礦井下采選充一體化虛擬仿真實驗理論性強，具有綜合性、專業(yè)性和多學科交叉的特點。由于煤礦井下采選充現場實驗環(huán)境危險，且實驗規(guī)模大、設備眾多，環(huán)節(jié)復雜，受時空條件限制，難以采用傳統手段開展實驗教學。我院依托礦產資源安全高效開采山西省重點實驗室和煤炭開采利用與裝備工程國家級實驗教學示范中心，建成了煤礦井下采選充一體化虛擬仿真實驗平臺，同學們可通過本平臺進行煤礦井下采煤、煤矸分選、固體充填工藝實驗。

實驗目的：

近年來煤炭科學技術取得了突飛猛進的發(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的環(huán)境污染問題、采煤區(qū)地面塌陷災害問題也隨之而來。在國家大力提倡綠色開釆的背景下，將原煤中的混夾矸石在升井之前進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進行有機融合，實現井下原煤開采、分選、充填一體化創(chuàng)新技術模式。

然而，煤礦安全生產責任重大，在校學生到煤礦井下采煤工作面進行現場學習和實驗比較困難，學生無法接觸現代化礦井真實或高度仿真的井下采選充一體化生產場景，造成學生無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系和特點，僅僅通過網絡上簡單的圖片、視頻等根本無法想象和了解掌握這些大重型設備的結構原理、真實工作過程和采選充一體化工藝流程之間的銜接與密切配合。

本虛擬仿真實驗教學項目正是為了應對這一難題，開發(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，使學生依靠三維虛擬技術有細膩的現場沉浸感，彌補實驗中不能到工作面現場操作實際設備的短板。調動學生進行實驗的積極性和主動性，在掌握基礎知識的同時，自主設計實驗和操作，解決實際操作中的問題，增強學生創(chuàng)新創(chuàng)造能力。通過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特點自主設計最優(yōu)的破碎篩分工藝參數等，使學生深刻理解書本知識，掌握煤礦井下采選充一體化工藝流程特點、合理選擇各設備型號、根據煤質特點靈活設計分選參數的基本技能。

實驗目標：

煤礦井下采選充一體化虛擬仿真實驗系統為學生逼真展現采煤機、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，同時學生能夠通過了解煤流、矸石走向，清晰地將采選充一體化作業(yè)流程融會貫通。可以完全自主的對本實驗進行系統的學習

實驗原理

井下采選充一體化技術可以提高“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，同時可以達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)閉合開采體系。井下采選充一體化技術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核心，井下固體充填采煤系統開采出來的原煤運送至煤矸分選系統進行煤矸分選，經煤矸分選系統分選出的廢棄物矸石通過運矸輸送機進入固體充填采煤系統，兩者相輔相成。

 協同綜采技術

在國家大力提倡綠色開釆的背景下，將原煤中的混夾矸石在升井之前進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(qū)，將井下煤矸分選與綜合機械化固體充填開采有機集合與一體，實現直接井下原煤開采、分選、充填一體化創(chuàng)新技術模式。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程以及分析煤塊質量、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的矸石進行回填，該系統可以全方位的認識采選充一體化工藝流程，為未來實際接觸煤礦打下良好基礎。

 煤礦井下充填開采“采選充”綜合智能一體化系統示意圖

協同綜采技術是集地面矸石投放、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同綜采面開采工藝，具體協同綜采工藝設計流程如圖2-4-27所示。

協同綜采工藝設計流程

協同綜采技術旨在充分發(fā)揮固體充填綜采消耗矸石、保護礦區(qū)環(huán)境以及傳統綜采高產高效雙重技術優(yōu)勢。設計一套基礎的采選充系統如圖2-4-28所示，該技術在兩個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、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(qū)充填。協同綜采面在常規(guī)充填面原有基礎上，保留原有充填能力的同時增加了工作面產量，最終達到兼顧充填與產能的前提下實現采煤與充填安全高效協同作業(yè)