5G是煤矿智能化的关键

煤矿智能化和第5代移动通信系统(5G)都处于发展初级阶段,随着5G技术在煤矿智能化建设中逐步展开应用,专家学者对5G技术在煤矿中的应用价值展开讨论。分析了我国煤炭发展的4个阶段,指出了目前煤炭发展面临的矛盾和发展方向;提出了5G赋能煤矿智能化建设,分析了5G不同于以往通信技术,5G技术对煤矿智能化的价值;指出了煤矿智能化建设的关键以及5G技术在其中的作用;提出了5G+煤矿智能化的典型应用场景。总结了5G技术所处的发展时期,煤矿行业融合5G技术的意义,推动煤矿5G技术发展对于煤矿智能化的重要性。     

煤矿智能开采初级阶段问题分析与5G应用关键技术

煤矿智能化是煤炭生产方式和生产力变革的新方向,是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑,当前仍处于煤炭智能化开采的初级阶段。煤炭智能化的发展依赖于数据的高效传输和有效利用,如何解决多感知设备可靠接入、大容量数据高速传输和智能终端低延时控制的问题成为煤炭智能化开采面临的重要基础问题之一。为有效推动煤矿智能化开采的向前发展,分析了煤炭智能开采初级阶段在感知、决策和执行环节面临的短板问题;研究了在设备可靠性、信息传输和位置服务等基本保障技术方面的不足和未来发展方向;指出了工业控制软件在煤炭智能化开采和国家能源安全方面的重要性,提出了工业控制软件要实现自主可控,新技术应用要注重积累和重视基础研究的观点;从顶层设计、多网融合、网络转换、工控安全和应用场景5个方面分析了5G技术在煤炭智能开采应用中的关键问题,并指出5G不是要取代其他网络,而是能使得各种网络融合高效运转,同时提出工控安全将成为5G工业应用中的重要一环;给出了5G平台建设建议:建立微服务架构体系,设计好面向功能的MEC边缘计算模式,规划好针对场景的网络切片,重视5G智能终端研制,做好应用场景算法研究和软件开发。最后提出5G技术研发应用要注重技术生态建设,用好5G这一工具,推动人工智能、大数据、物联网、混合现实等技术在煤矿智能化开采中的落地。     

基于5G技术的煤矿智能化开采关键技术探索

5G的到来,极大地促进了云计算、大数据和人工智能等技术的深度融合,成为包括煤矿智能化开采在内的各行各业升级转型的关键基础设施,必将推动煤矿智能化开采技术的创新与变革。首先阐述了煤矿智能化开采的发展历程,总结了相关的政策支持和技术发展态势,系统分析了智能化开采技术在应用推广过程中亟待解决8个方面的问题,即:工作面自动找直技术、复杂环境下的高清晰可视化技术、煤炭开采多场动态信息融合的4D透明地质构建技术、煤岩自动识别及智能截割技术、高质量传感器研制与多传感器数据融合技术、采矿工艺智能化技术、煤炭智能化开采的微服务系统平台架构、危险源智能感知与预警技术;并从宏观角度分析凝练了技术方面的制约因素,提出以5G技术为核心汇聚而成的技术生态必将成为解决上述问题的一种有效手段。其次,深入研究了通信技术和煤矿开采技术之间的关系,分析了5G技术在智能化开采中的特点和优势,构建了智能化开采核心技术与5G技术生态关联矩阵,指出5G大带宽、泛在万物互联、低时延高可靠、切片技术等特性和技术在煤矿智能化开采发展中的关键支撑作用,阐述了5G生态在煤矿智能化开采中的重要性,并展望了随着5G技术生态的不断成熟,煤矿智能化开采将探索衍生出的一些高效关键技术和生产管理模式。最后,从多个方面探索了5G技术在智能化开采中的关键应用,包括:系统计算分析管控模式、4D-GIS透明地质和实时推演、工作面自动找直、视频驱动的智能化开采、井下环境感知等。最后针对煤矿智能化开采提出了一种基于5G技术的解决方案以供探讨。     

5G技术在煤矿智能化中的应用展望

煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的保障,当前处于煤矿智能化发展的初级阶段,仍然面临泛在感知难、多类型数据同步传输不可靠、远程控制实时性差、融合大数据的智能决策效率低等问题,面向垂直行业智能化应用的第五代移动通信技术(The fifth Generation Mobile Communication Technology,5G)为上述问题的解决提供了契机。分析了5G中的高频通信、大规模天线阵列、超密集组网、设备到设备通信、网络切片和移动边缘计算6项关键技术和各自的技术特征;研究了煤矿智能化应用在信息感知、多类型数据传输、实时决策控制、新技术应用和异构物联设备互联互通需求等方面的短板,以视频传输为例分析了4G技术在未来应用中的局限性,研究了井下WiFi组网的不足之处,指出了煤矿井下应用5G技术的必要性;结合5G技术优势和煤矿井下实际需求提出了基于5G技术的高精度实时定位与应用服务、虚拟交互应用、远程实时控制、远程协同运维及井下巡检和安防等煤矿井下应用场景,提出了基于混合现实的井下智能化开采和远程实时可视化操控的构想,给出了井下应用5G技术的总体架构:有线光纤骨干环网加5G覆盖,分析了实施要点,指出与井下应用场景的结合才能最大程度发挥5G技术在煤矿智能化开采中的作用,简要展望了基于5G技术的物联网、大数据、云计算、人工智能和虚拟现实等技术在煤矿智能化中的融合应用。     

人工智能技术在煤矿水害防治智能化发展中的应用

煤矿智能化开发背景下，煤矿水害防治也随着煤炭开采逐步向智能化转变，而人工智能方法是煤矿水害防治智能化升级变革的重要手段。目前人工智能技术在煤矿水害防治中有了初步应用，已经开展了多方面智能化水害防治初步探索。重点综述人工智能在煤矿水害防治智能化发展过程中的应用现状,主要包括：煤炭开采前地质信息获取、水害致灾因素探测，开采过程中水情监测、判别及水害危险性评价，以及水灾发生后的应急响应；进一步总结并论述了人工智能技术在水害防治应用中的发展趋势与困境，为人工智能技术与水害防治智能化的深度融合提供了研究思路。     

融合5G技术生态的智能煤矿总体架构及核心场景

5G技术的到来,强化和深度融合了物联网、大数据、人工智能等技术,已经形成了较为成熟的5G技术生态,有力推动了包括煤炭企业在内的各个行业的转型升级和智能化发展。通过分析移动通信技术与煤矿建设的关系,明确了5G技术在煤矿生产中所具有的重要作用,揭示了5G技术生态是智能煤矿建设的重要推动力;详析分析了当前制约煤矿智能化的井下高效通信、装备智能化、决策智能化等方面的主要问题,并且从5G技术生态的角度探讨了解决当前问题的技术手段;研究了智能煤矿的内涵,提出了智能煤矿的定义,明确了智能煤矿必须具备时空一体、万物互联、数据融合、全息感知、业务联动、智能决策六大特征;揭示了智能煤矿基础设施所需要的5G技术生态、混合云和GIM技术等3个技术要素,提出顶层设计中所涉及的云边端思维模式、微服务架构和基于一张图的智能态势分析与决策等3个设计理念,从而完成了对智能煤矿建设总体架构的构建。同时,对智能煤矿建设中包括智能探测、智能掘进、智能开采、智能通风、智能洗选和智能调度在内6个典型应用场景所需的研究重点和方向进行了阐述。最后,以延长石油矿业巴拉素煤矿为实例,在兼顾实际开采条件和发展愿景条件下实践了笔者提出的智能煤矿建设构想,力求为我国智能煤矿建设提供一种新探索。     

面向煤矿智能化的5G关键技术研究

5G通信技术应用于煤矿智能化开采中已成为目前各界的共识.为了给煤矿智能化开采应用提供更为有效的无线通信与信息处理支撑,调研了5G技术在煤矿智能化中的研究及网络建设现状,分析了其在煤矿应用时的理论研究、标准化、实验室研究及试点建设多个方面的进展情况;针对井下无线传播环境及业务需求,从无线频段选择、无线基站选型、组网方式以...     

5G技术在煤矿智能化建设中的应用展望

随着网络应用的升级和优化,5G网络逐渐出现在人们的视野中,以较强的虚拟化技术和网速被广泛使用.对于煤矿发展而言,不仅能够帮助进行远程程序的操控和定位,还能够以此为基础来帮助矿井实际应用场景的虚拟模拟,保障操作人员的生命安全.基于此,文章对5G技术在煤矿智能化建设中的应用展望进行研究,以供参考.     

智能化综采工作面全景视频远控技术研究及应用

针对智能化综采工作面建设中对井下少人化、无人化的目标诉求，依托先进的无线通信技术，发展全方位的视频监控系统，提升综采设备的远程操控能力，改善相关生产人员的作业环境，是煤矿智能化开采的重要方向。介绍了智能化综采工作面全景视频远控技术方案和该方案的整体架构，详细阐述了井下综采工作面5G网络部署、短物距下大视场摄像机成像、全景视频实时拼接算法等全景视频远控关键技术，以及对采煤机端侧远程操控进行的改造，同时分析了全景视频远控技术在工程实施过程中的难点。具体实践表明，应用综采工作面全景视频远控技术方案能够促进煤炭生产的减人增安，对煤矿智能化综采工作面的建设具有重要意义。     

煤矿5G智能化应用实践关键技术研究

基于山西新元煤矿5G技术智能化应用背景，通过剖析当前煤矿智能化对于4G与WiFi通信技术各项性能的发展需求，提出了煤矿5G智能化应用场景及设计内容；从智能化建设顶层设计体系出发，搭建矿用5G网络、部署组织架构，研究提出适用于井下精准协调控制、综采工作面设备智能监测与集中控制、系统运行状态回传和井下透明可视化巡检的技术方案，以实现井上井下协同作业、综采工作面智能化和机器人智能巡检。研究成果在新元煤矿31004和3411工作面进行应用，应用结果表明，技术方案的实施显著提高了煤矿经济效益，有助于推动实现煤矿井下少(无)人化作业。     

煤矿机器人技术新进展及新方向

煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的必经之路,煤矿机器人研发应用推动煤矿智能化迈向高水平,同时智能化的全面建设和发展又给机器人的大面积推广应用提供了广阔的工业应用场景。本文研究提出了完整的煤矿机器人技术体系框架,精确定义了煤矿机器人的技术底座和产品外沿,广义煤矿机器人包括单体机器人、机器人化装备、机器人集群和无人化系统等。科学阐明了煤矿机器人研发的共性关键技术支撑,提出了通过与5G、工业互联网、大数据、人工智能、数字孪生等新技术交叉融合,大幅提升煤矿机器人的自主化和智能化应用水平,通过建立科学完备的煤矿机器人行业标准规范体系,实现各类机器人的定制化研发和标准化生产。具体分析了煤矿机器人的防爆设计、机械系统创新、动力驱动、智能传感、定位导航、井下通信等共性关键技术研究进展,综述了当前我国各类煤矿机器人的研发应用现状。提出了未来煤矿机器人研发的新方向：研发变胞机器人,通过机构创新,提高井下地形适应能力;推广机器人化采掘系统,提升采矿装备的整体智能化水平和开采作业效率;发展人机环共融机器人,提高煤矿机器人自主化和协作水平;加快全矿井机器人系统数字孪生,提高煤矿机器人常态化运行水平。     

煤矿智能化标准体系框架与建设思路

煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。建立健全煤矿智能化标准体系,强化基础性、关键共性标准的制修订是智能化煤矿建设基础和指南。针对煤矿智能化标准建设仍处于初级阶段,缺乏统筹规划顶层设计,造成交叉规定,规范不明确及重复建设等问题,构建煤矿智能化标准体系框架,提出煤矿智能化标准体系建设路径,为智能化煤矿标准体系完善及技术发展提供参考。首先对煤矿智能化标准体系建设现状及其立项与发展情况进行分析,并通过对比工业互联网标准体系,明确煤矿智能化标准体系建设需求和重点任务;在深入研究煤矿智能化技术架构的基础上构建煤矿智能化标准体系总体框架,包括总体类标准、设计规划类标准、基础设施与平台类标准、煤矿智能化系统类标准、智能装备与传感器类标准、评价及管理类标准、安全与保障类标准7个部分,并分析各类标准研究方向;基于煤矿智能化标准体系框架对其中重点领域研究和标准制定任务进行分析阐述,提出详细的智能化标准建设方案;最终对煤矿智能化标准体系建设的思路和关键任务进行分析,明确建设目标和方向,提升煤矿智能化标准的整体支撑作用,促进煤炭产业发展。     

现代煤矿生产中计算机智能监控网络的应用

煤炭行业是我国国民经济的重要组成部分,它直接影响着工业的发展和人民群众的日常生活。近年来随着经济的迅速发展,煤炭的需求量逐年增加,据发改委能源局统计,我国早已在2006年就成为世界第1大煤炭生产国。文章分析我国煤矿生产中计算机监控系统的应用现状及发展趋势,介绍了计算机网络技术在煤矿生产中的运用,以基于Lon Works现场总线的分布式智能监控网络和基于工业以太网的煤矿监控系统为例,提出把工业控制计算机(IPC)、现场总线控制技术、工业以太网,以及局域网结合起来,设计1个综合的现代煤矿生产的计算机智能监控网络系统,实现煤矿生产的自动化、一体化、智能化控制。     

5G移动通信在煤矿场景中的网络构建研究

主要分析5G移动通信在煤矿场景中的运用,以及如何运用5G移动通信完成煤矿场景网络的构建工作,以此来提高煤矿生产工作的自动化和智能化,推动煤矿的现代化发展。在这个过程中需要煤矿在结合自身实际和具体发展需求的基础上进行5G移动通信的构建工作。     

浅谈机电一体化技术在煤矿的应用

近年来,我国煤炭系统在利用机电一体化技术改造旧设备和开发新产品方面做了大量的工作,取得一定的成效。它已使人们清楚地认识到,机电一体化技术和产品的发展,是实现高效、安全、机械化采煤和煤矿机电产品更新换代的重要途径。该文对机电一体化技术在煤矿中的应用进行阐述,并对其发展趋势进行分析。     

煤矿开采技术分析及工艺运用探索

随着近代工业机械自动化的发展与21世纪以来智能化控制的应用,我国煤炭产量呈现逐年递增的趋势。与之相应的,煤矿的开采技术和开采工艺也在不断发展与进化。该文主要介绍了我国煤矿开采行业的现状,对煤矿的开采技术与工艺运用进行了探究。     

我国煤矿应用自动化技术的现状和发展目标

我国煤矿应用自动化技术的现状和发展目标煤炭科研总院冀鸿恩１国外煤矿自动化技术的现状为提高矿井设备的生产能力、效率和系统的可靠性，国外一些先进的采煤国家，自７０年代起已普遍将高新技术，如机电一体化、智能化等应用到煤矿生产中。综采机械化：为适应高产高效综...     

智慧煤矿与智能化开采关键核心技术分析

为解决煤炭开采面临的突出问题,找到煤炭开采未来发展方向和急需突破的关键核心技术,分析了国内外能源结构及煤炭的现状,指出利用科技进步实现安全高效绿色开采和清洁高效利用是煤炭的发展方向,建设智慧煤矿发展智能化开采是煤炭工业发展的必然选择。提出了智慧煤矿的内涵和3个基础理论问题及研究方向:① 数字煤矿多源异构数据的统一表达及信息动态关联关系;② 复杂围岩环境-开采系统作用机理及设备群全程路径和姿态智能控制的理论基础;③ 矿井设备群的系统健康状况预测、维护决策机制。提出了建设智慧煤矿MOS多系统综合管理、井下机器人群协同智慧和馈电管理、井下精确定位导航和5G通信管理、地质及矿井采掘运通信息动态管理、视频增强及实时数据驱动三维场景再现远程干预、环境及危险源感知与安全预警系统管理、智能化无人工作面系统管理和全矿井设备和设施健康管理八大智能系统管理操作平台的构想,分析了各平台的功能、特征和关键核心问题,提出了相应的建设路径和方法;分析了智慧煤矿的构成和建设目标,提出了智能化开采的八大核心技术短板和亟待攻破的关键技术,提出了技术层面从数据获取利用、智能决策和装备研发3个主要方向进行突破,管理层面从科学产能布局、专业化运行服务和建立新规范规程体系等促进发展的措施,指出了智慧煤矿和智能化开采技术发展的目标和实现路径。     

煤矿井下仿生机器人技术应用与前景分析

当前煤矿安全生产正面临着重大技术挑战,井下作业技术的智能化、无人化迫在眉睫,机器人化替代已成为重要解决途径。煤矿智能化是煤炭工业高质量发展的核心技术支撑,从煤矿井下智能化、无人化作业需求出发,综述了目前掘进、采煤、运输、安控、救援五大类煤矿机器人国内外的应用现状。在此基础上,就国内外仿生机器人技术在煤矿作业中的应用现状做了概述,指出了煤矿仿生机器人技术与装备发展思路和研究方向。综述了仿生机构、仿生感知、仿生控制、仿生驱动和仿生材料等关键技术的研究现状,并阐述了仿生技术较现有设备的优势及可应用场景。结合目前仿生技术与人工智能技术的发展水平,科学分析了仿生机器人的发展趋势,包括:从传统驱动器向生物肌肉驱动器的发展,从刚性结构向软体和刚柔混合结构发展,由传统材料到新型生物材料发展,从单一运动模式向高机动多栖机器人发展,从传统控制方法向生物智能控制发展,从机电系统机器人向生物系统机器人发展,从单一机器人向集群机器人发展。结合仿生机器人技术的发展趋势,展望了仿生机器人技术在煤矿无人化作业中的应用前景:新型功能材料的应用,高效行走方式的应用,智能环境感知的应用,智能化自主作业的应用,为煤矿仿生机器人的开发利用提供参考。     

煤矿智能化(初级阶段)技术体系研究与工程进展

煤炭是实现清洁高效利用的最经济、最可靠的能源,煤炭资源的智能、安全、高效开发与低碳清洁利用是实现我国煤炭工业高质量发展的核心技术支撑。基于我国煤矿智能化初级阶段的发展要求,开展了煤矿智能化技术体系研究和工程建设,进行了智能化煤矿顶层设计研究,以"矿山即平台"的理念将智能化煤矿整体架构分为设备层、基础设施层、服务层与应用层,实现煤矿生产、安全、生态、保障的智能化闭环管理。针对智能化煤矿存在的信息孤岛问题,开展了多源异构数据建模、特征提取与数据挖掘等技术研究,研发了基于数据驱动的信息实体建模与更新技术;研究了智能化煤矿高精度三维地质模型构建方法,通过在刮板输送机上布设巡检机器人与三维激光扫描仪,将三维激光扫描数据与地质模型数据、采煤机位姿数据、采煤机摇臂截割数据进行有效融合,获取采煤机的实时截割曲线,通过比对采煤机实际截割曲线与地质模型的煤岩层分界面曲线,实现基于地质模型动态更新的煤层厚度自适应截割控制方法;研发了工作面采掘接续智能设计技术,实现了接续工作面图纸、规程、规范的智能设计,大幅降低了采掘接续过程中的重复劳动;研究了掘锚一体机的位姿检测与导航技术、自动打锚杆技术、自动铺网技术、巷道三维建模与质量监测技术,探索了基于远程视频监控的巷道智能高效掘进技术与装备;以"有人巡视,无人操作"为特征的智能化开采工作面在全国逐渐推广应用,开展了基于三维地质模型动态更新的采煤机自适应截割技术研发与实践,在部分矿区取得较好的试验效果。分析了智能分选技术、智能辅助运输技术、5G通信技术在煤矿井上下应用存在的技术难点及解决的技术路径,从技术研发角度系统分析了制约智能化煤矿建设的关键技术难题。详细阐述了神东煤炭集团、兖矿集团、同煤集团、阳煤集团、淄矿集团、新汶矿业集团等国内大型煤炭生产企业现阶段在智能化煤矿建设中取得的阶段性成果,从技术研发与现场实践相结合的角度分析了智能化煤矿建设过程中存在的主要技术难题与发展方向。同时对煤矿智能化标准体系进行研究,提出了煤矿智能化标准体系框架,起草制定了"智能化煤矿分类、分级技术条件与评价指标体系"、"智能化综采工作面分类、分级评价技术条件与指标体系"等相关标准,为智能化煤矿建设提供标准支撑。