张家峁智能化煤矿巨系统关键技术研发与应用

为进一步加强传统采矿工程与新一代信息技术的不断深入融合发展，构建安全、智能、绿色、高效的煤矿，以张家峁煤矿为例介绍了智慧煤矿巨系统关键技术装备研发与示范矿井建设。以智慧煤矿总体规划及综合管理操作平台设计、智能化无人生产系统、智能化巷道掘进系统、环境感知及辅助系统、智能场区建设等为主线，进行张家峁智慧煤矿巨系统的建设。通过对煤矿5G移动通信技术，透明矿山三维管控平台关键技术，煤矿生产危险源分析预测技术，矿山采掘接续一张图集成技术，智能化无人工作面协同控制技术，环境感知及一通三防智能化技术等关键技术的应用解决了信息孤岛，提升了智能化采掘能力，提高了数据驱动决策，实现了矿区全域多源数据深度融合，生产效能、安全态势与业务流程协同优化的多维场景平衡综合分析决策，形成矿区智能化管理、高效协同运行新体系。     

煤矿智能化及其技术装备发展

对煤矿智能化建设与技术创新相互促进的发展概况进行了综述，总结了煤矿智能化基础组成、系统6S特征要求、标准体系和智能矿山一体化解决方案。提出智能化煤矿分类分级建设任务与未来智能化煤矿主要技术突破方向；指出，应将矿井、矿区、社区三大要素进行有机融合，构建多能融合的智慧生态系统。阐述了煤机智能装备在超大采高智能化综采综放、智能快速掘进、煤流运输、煤矿机器人、智能辅助运输方面的最新进展。认为煤机装备智能制造产业仍然面临基础薄弱、产业结构待完善、产业发展动力不足等问题；应加快高端智能装备研发，突破煤矿智能装备节能、轻量化和机器人关键技术，加快发展智能制造能力，促进煤机装备行业高质量发展。     

基于PSIMining区域中央自动化控制技术的研究与应用

为提高煤炭生产自动化水平,神东煤炭集团公司通过搭建矿井生产专用环网,引进德国PSIMining控制系统,将煤矿各子系统高度集成在同一平台,实现了神东煤炭集团公司"四矿五井"煤炭生产的集中控制。同时,按矿井各子系统职能的不同,分别设置专业调度,转型了煤矿安全生产调度体系。区域中央自动化控制技术的研究与应用,优化了煤矿生产工艺流程,促进了煤炭企业管理变革,达到了"减员提效、智能化生产"的目的。     

智能通风系统在色连二矿的应用

近年来,随着科技的发展,智慧矿山建设已成为我国矿山领域技术发展的主导方向。矿井通风安全是煤矿安全的核心和基础,是矿井安全生产的重要保障。智能通风系统不但可以提高矿井通风安全的可靠性和有效性,减少人工管理的缺陷和效能不足,而且可以提高矿井通风自动化、信息化和智能化的水平,以适应新时代智能化矿山建设发展的要求。色连二矿主要围绕矿井通风系统的网络解算、三维立体平台展示、局部通风机智能控制、风门自动控制、采空区气体自动分析检测系统、智能防尘及灾害智能预警等几个方面进行了智能通风系统的建设。智能通风系统建设完成后,实现了各类通风数据的集中展示、分析和预警,通过通风设施、设备的远程集中控制提升了工作效率,为通风系统调整提供了理论依据,极大地提高了矿井通风自动化、信息化和智能化的水平。     

智能矿山一体化管控平台关键技术研究北大核心

针对煤矿建设过程中存在的信息烟囱、子系统及数据割裂等问题,结合国家能源局下发的《智能化示范煤矿验收管理办法(试行)》中对综合管控平台的验收要求,提出了基于工业互联网的智能矿山一体化管控平台总体架构设计;探讨和研究了智能矿山一体化管控平台建设过程中涉及的统一数据中台、基于三维一张图的集中监测、可视化组态集中控制、多系统多数据融合联动等关键技术。在总结智能矿山一体化管控平台架构设计及关键技术内容的基础上,指出了未来智能矿山一体化管控平台建设过程中需要解决的一些关键问题和研究方向。     

区域煤矿集控信息化技术在煤矿生产中的应用

智能化、信息化、自动化、互联网+、大数据等新技术给煤矿发展带来新的机遇,以大柳塔煤矿为例,介绍了以区域煤矿集中控制系统为平台的信息化、自动化技术在综采、掘进、机电、运转、通风各环节中的应用。有效解决了生产过程中生产组织不平衡,生产数据分析利用不合理的问题,实现了各系统的高度集成、自动化控制和信息共享与智能分析,提高了生产组织效率,减少了井下作业人员。     

翟镇煤矿智慧矿山生产模式研究与实践

针对翟镇煤矿井下综采装备落后、生产效率低、矿井运行体系复杂的问题,提出了智慧矿山生产模式,围绕煤矿八大系统,建立了智慧生产系统评价模型,分析了智慧矿山建设中八大系统的权重.在翟镇煤矿研究应用了采煤工作面无人化开采智能集控技术、掘进工作面智能化自动控制技术、矿井运输系统无人化巡检及自动控制技术、矿井生产保障系统自动化控制技术、基于数据融合的安全检测智能控制技术及智慧矿山综合信息平台与手机APP软件等,形成了智慧生产系统关键技术体系.实践证明,翟镇煤矿智慧矿山建设后,采煤效率提高了35%,掘进效率提高了30%,辅助系统高度智能、安全监控系统更加可靠,单班下井人数减少了115人,实现了煤矿生产的少人化和自动化,为我国智慧矿山建设提供了理论与技术借鉴.     

保德煤矿智能化掘进工作面建设及应用研究

为了解决保德煤矿生产接续紧张，实现减人增安、降本增效，提高智能化开采水平，根据单位现有的生产掘进模式结合智能化科技应用，研究工作面国产化电控系统，为各种自动化控制功能提供控制接口；通过截割动载荷识别和自适应截割，实现掘锚一体机记忆割煤和自适应割煤；采用自动锚杆支护，实现钻孔、送药、锚固等工序的自动化运行；实现梭车自动化作业以及机尾自动移设；通过掘、支、锚、运一体化数字孪生技术，实现工作面数据在线监测和设备远程集中控制；工作面多机协同控制，实现“智能掘进、少人操作”。通过以上研究对掘锚机、梭车、连运车及胶带机机尾进行智能升级改造，针对性地建设智能掘进系统，从而探索出一条符合保德煤矿自身生产条件的智能化掘进道路。     

矿井掘进通风智能控制系统设计及应用

为了实现对矿井局部通风机的稳定控制、安全有效地排放瓦斯、瓦斯浓度的实时监测等目标,结合机电控制技术、计算机技术、网络技术和信息技术等设计了一种矿井掘进通风智能控制系统,介绍了系统组成及功能。该系统已在岱庄煤矿实施,并取得了良好的效果,显著提高了矿井通风控制的智能化,大大降低了生产中的安全隐患。     

矿井智能通风系统关键技术研究

实现矿井通风智能化是建设智能矿山的主要技术手段。针对目前通风系统调整失准、智能化水平低、预警信息不能反映到抢险救灾指挥中心等问题，提出一种矿井智能通风系统建设方案；该方案由井下监控设备和地面控制中心组成，旨在建立三维通风模拟与隐患智能识别平台，实现矿井通风数据实时动态分析、三维可视化展现以及安全预警与辅助决策；重点研究了通风监测大数据库、三维通风模拟、AI视频智能识别、预警及辅助决策、系统联动控制5个关键技术，详细阐述了各自的技术特征与实现方案。基于计算机软件开发技术、三维仿真技术以及人工智能技术设计并开发实现了矿井智能通风系统。     

智能化煤矿顶层设计研究与实践

建设智能化煤矿是实现煤炭工业转型升级和高质量发展的必由之路。针对当前我国智能化煤矿建设初级阶段缺乏体系性与前瞻性的顶层设计的现状,进行了智能化煤矿顶层设计的系统研究,阐述了智能化煤矿应分为数字融合互联,人机主动交互,主要系统自学习自决策3个阶段分区域分层次实现"物质流、信息流、业务流"的高度一体化协同,构建以人为本的智能生产与生活协调运行的综合生态圈的建设目标和阶段性任务。基于煤矿价值活动分析对智能化煤矿复杂巨系统逻辑关联进行研究和系统归并,提出以泛在网络和大数据云平台为主要支撑,以智能管控一体化系统为核心,能够实现对煤矿开拓、生产、运营全过程进行感知、分析、决策、控制的煤矿十大主要智能系统,包括:煤矿智慧中心及综合管理系统;煤矿安全高效信息网络及地下精准位置服务系统;地质保障及4D-GIS动态信息系统;巷道智能快速掘进系统;开采工作面智能协同控制系统;煤流及辅助运输与仓储智能系统;煤矿井下环境感知及安全管控系统;煤炭洗选智能化系统;固定场所无人值守智能管理系统;煤矿场区及绿色生态智能系统等的智能化煤矿建设顶层架构。通过对数据特征与关联关系研究提出智能化煤矿信息实体特征与抽取方法,并研究智能化煤矿知识图谱构建及数据交互推送方法,构建智能化煤矿数字逻辑模型;研究提出智能化煤矿"云边端"数据处理架构和三层递阶控制策略,在此基础上对煤矿智能化应用系统进行具体设计。以张家峁煤矿生产矿井智能化改造和巴拉素煤矿新建矿井全面智能化建设为典型案例进行了工程实践。     

智能矿山环境下局部通风机自动化控制系统的研究与应用

智能矿山系统将矿井通风作为一个重要的内容进行建设,取得了较好的安全效益。然而,目前主流的智能化控制系统也仅仅是将主通风机纳入监控范围,而煤矿局部通风机不同于固定设备主通风机,局部通风机布局分散,环境恶劣,安装拆卸移动频繁,同时局部通风机各开关之间的RS485数据传输与主通风机控制系统存在很大差别,并入智能矿山系统存在一定难度,给煤矿安全生产带来了隐患。针对这一问题,对局部通风机系统进行自动化改造,将局部通风机RS485总线数据转为TCP/IP协议并入工业环网交换系统,从而实现了将矿井局部通风机纳入智能矿山系统的目标,摒弃了传统的人工逐级送电,使用地面远程送电,是减少掘进工作面有毒有害气体聚集的风险、降低因停风造成安全隐患的重要举措。实践证明,智能矿山环境非常适合于矿山灵活变动的控制系统的升级改造。     

智能化煤矿分类、分级评价指标体系

针对我国智能化煤矿尚没有统一标准,无法对煤矿智能化建设和发展水平进行科学合理定量评价的问题,开展了智能化煤矿建设条件分类与智能化程度分级评价指标体系研究,提出了煤矿智能化程度的定义及量化指标,结合不同区域、不同开采条件智能化煤矿建设实际,制定了智能化煤矿分类、分级评价指标体系与评价方法,开发了智能化煤矿分类、分级评价软件系统。首先以煤矿所在区域、地质条件为基本指标,以矿井开采技术参数、开采效率、安全水平、建设基础为参考要素,建立智能化煤矿分类评价指标体系,将煤矿分类评价条件分为良好、中等、复杂3类;然后,根据煤矿分类评价结果,对不同类别煤矿进行智能化程度的分级评价。基于智能化煤矿开拓、生产、运营等主要流程,将智能化煤矿巨系统细分为信息基础设施、智能地质保障系统、智能综采系统、智能掘进系统、智能主煤流运输系统、智能辅助运输系统、智能综合保障系统、智能安全监控系统、智能分选系统、智能经营管理系统等10个主要智能化系统,提出了智能化煤矿10个主系统及相关子系统智能化程度评价指标体系。针对不同生产技术条件分类的煤矿,采用与之相适应的智能化评价指标体系,就可以对煤矿智能化程度进行定量评价。按照综合评价结果,将智能化煤矿划分为甲、乙、丙和不合格4个等级。以陕北某矿智能化建设工程为例证,进行了矿井建设条件分类与智能化程度分级评价分析,验证了评价指标体系与评价方法的科学性与可靠性,评价结果不仅可以反映该矿井的智能化建设水平,也可以为新建智能化煤矿和生产煤矿的智能化建设与升级改造提供依据。     

我国矿井通风技术现状及智能化发展展望

矿井通风是矿井安全生产的基石,在智能化背景下发展智能通风技术装备是保障我国发展少人化、无人化煤矿的必由之路。从通风参数测定与监测、通风网络分析与决策、通风调控技术与装备3个方面对我国矿井通风技术装备近年来的研究与实践成果进行了系统梳理和总结,指出了实现智能通风仍需解决的4大难题,即通风参数测定与监测准确性低,难以满足精准决策的需要;风量调控缺乏有效决策模型,调控装备发展滞后,难以实现动态定量调节;通风动力与通风网络匹配性不强,联动调节能力弱;通风隐患、灾变判识技术发展不成熟,缺乏有效的预防预警与应急控制手段。针对这些技术难题提出了实现矿井通风智能化的3个重点研发方向:智能感知、智能决策、智能控制,给出了各研发方向应着力解决的关键核心技术内容,即通过研发通风系统自动成图技术、通风参数快速精确获取技术,实现通风基础数据智能感知;通过研发数据驱动的网络模型构建方法、通风网络与通风调控联动分析决策技术、通风隐患自动识别与报警技术,实现通风技术智能决策;通过研发通风灾变准确判识方法和灾变控制装备,实现通风灾变智能控制。依托以上技术装备,形成一套智能通风技术装备体系,实现矿井通风无人化、智能化。     

神华智能矿山建设关键技术研发与示范

探讨了智能矿山的内涵,指出智能矿山是以矿山物联网为技术手段在数字矿山基础上的发展与创新,是将感知信息提炼为决策智慧、将决策智慧转化为执行能力的过程。设计了智能矿山5层架构体系并对其关键技术进行攻关,包括面向3个聚焦感知的泛在智能感知技术、面向海量感知数据的"一网一站"传输技术、面向区域矿井群的一体化软件平台研发和面向集团战略落地的业务流程标准化,实现从感知、传输、分析、决策的智能化和一体化。以锦界煤矿为示范点,展开了智能矿山示范工程建设。在示范工程实施过程中,除智能传感与集成化传输、生产过程自动化控制、矿山生产集成化系统监控、计划协同与生产执行系统外,重点强化了智能矿山体系中的"智慧"和"能力"平台建设,主要包括大数据中心和决策分析平台。实践表明,智能矿山可大幅提升生产效率、降低运营成本,是促进煤矿集团转型升级的关键举措。     

智能矿井综合自动化系统研究

智能矿井综合自动化是利用信息网络、自动控制、通信、计算机、视频等先进技术和产品建立的以煤矿安全生产调度指挥系统为核心,集成生产运输系统、安全保障系统和安全生产支持系统的监控及安全生产信息管理系统为一体的完整的“管控一体化”综合应用系统。针对当前河南能源矿井综合自动化水平低、标准不统一、子系统建设形成信息孤岛各系统间不能互联互通、缺少大数据深层次发掘的统一的智能管控平台等问题,提出矿井综合自动化建设原则及基本要求和建设总体目标,论述智能矿井综合自动化建设中总体架构、传输网络、平台软硬件、数据中心、综合自动化子系统、专业化运维6个方面建设的具体要求,为智能矿井综合自动化规范建设提供参考依据。     

煤矿智慧矿山三维智能管控系统设计与实现

基于动态三维模型建模技术、数据信息融合技术以及协同管理技术,融合煤矿安全、生产、经营的结构化和非结构化数据,构建了煤矿智慧矿山三维智能管控系统,介绍了系统的总体架构设计和功能架构设计,详细阐述了包括三维数据处理、三维漫游浏览、资源储量管理、生产仿真与管理、通风动态管理、六大系统监测、事故模拟与分析以及应急救援指挥等系统模块实现的具体功能和模块设计,并对系统采用的关键技术进行了阐述。通过在陕西榆林能源集团有限公司杨伙盘煤矿等用户的实际应用表明,煤矿智慧矿山三维智能管控系统能够真实反映各管理要素的空间位置关系,能够实现全矿井监测、控制、管理、保障的一体化动态管理,提升煤矿安全生产管理水平和生产效率。     

煤矿智能连采工作面建设方向研究

连采掘进主要应用在煤矿双巷快速掘进系统中，完成煤矿井下大巷、顺槽、切眼、回撤通道及联络巷道的施工工作，后配套设备有梭车、锚杆机、给料破碎机、带式输送机、铲车等，采用连采机掘进、梭车运煤、锚杆机支护、破碎机转载、胶带机运输、铲车清煤及辅助运料的施工工艺。为了积极响应国家煤矿安全监察局关于智能矿山建设相关要求，不断提升掘进工作面自动化、智能化水平，结合现阶段连采掘进工作面生产作业现状，提出了基于连采机远控割煤、梭车自动运行、锚杆机自动钻锚、破碎机自动运行、局部通风机智能变频控制、分散设备集中控制的智能连采工作面建设方向，促使掘进工作面不断向无人、少人、自动化、智能化方向发展，改善工人作业环境，提高掘进效率。     

新街矿区井下智能交通系统研究

简要介绍了当前存在的井下交通安全隐患,为提升车辆运行效率、促进煤炭安全生产,提出了矿井智能交通系统。该系统构筑在整个矿区的集中控制平台上,优化了煤矿车辆的调度机制,并且解决了井下长距离巷道车辆的掉头、倒车等控制难题。系统具备反应快、性能可靠、操作简单、现场环境适应性强等特点。     

煤矿巷道智能化掘进感知关键技术

针对目前煤矿巷道掘进工作面智能化应用水平较低导致掘进效率低下、采掘接替紧张的问题,分析了制约巷道掘进工作面实现智能化的关键技术-快速掘进煤炭地质保障技术、智能超前自主感知技术、智能掘进大数据云计算及控制软件技术。论述了煤矿快速掘进理论及技术基础,以煤矿高分辨率三维地震勘探技术、矿井地质透明化技术为支撑,巷道围岩应力及其控制理论为基础,快速掘进设备为保障,形成实现煤矿智能高效掘进的探测、掘进、支护协同作业的基础支撑理论。重点阐述了煤矿巷道掘进工作面的智能超前自主感知技术,包括高分辨地质雷达探测技术、基于TSOA定位原理混合算法的掘进机位姿感知技术、基于同步定位与建图(SLAM)原理的掘进工作面环境感知技术、掘进设备运行状态感知技术。形成实现智能化掘进工作面的"掘进机位姿感知、工作面环境感知、设备状态感知"的空间一体化感知体系。在分析煤矿综掘工作面实现智能化快掘自主感知和调控技术的基础上,提出按照"以智能化超前感知为基础,以多源数据计算为中心,以安全智能快速掘进为目标"的原则进行设计和构建煤矿智能快速掘进技术体系。开发基于F5G通讯的多源数据和多源图像传输、存储技术,确保了数据传输的高效、可靠和稳定。依托大数据分析和云计算平台,开发具有CPU、存储和网络资源聚合计算基础架构VMware vSphere的软件-智能化掘进-SmartX,系统架构划分为数据源层、智能化超前感知数据采集层、多源数据和图像的传输存储层、大数据云平台数据分析层、决策应用层,包括超前地质探测精准感知、掘进设备位姿感知和掘进工作面环境感知等8个主要功能模块。形成智能化掘进工作面HadoopSpark一体化大数据云计算分析处理平台,智能化掘进-SmartX系统。分析煤矿巷道智能化掘进面临的挑战和未来发展,提出继续研制高质量感知设备与多源数据、图像深度融合技术,提高智能掘进设备上使用的感知设备种类、精度和智能性等,提升多源数据、图像在深度融合方面的精度和准确度。加大研发基于F5G通讯技术的掘进工艺智能化技术,智能化掘进设备在工作过程中,确保各项参数判定和指令动作在提前设定的状态下快速可靠准确完成。提出进一步提升巷道智能化掘进辅助生产环节的智能化水平,以减少现场作业人员数量,减轻作业人员劳动强度,实现掘进工作面智能化水平整体提升。